摘要(yào)：差壓式流(liú)量測量是(shì)電廠流量(liàng)測量的重(zhong)要方式，通(tong)過流量孔(kong)闆與 差壓(yā)變送器 配(pèi)合使用，可(ke)直接産生(sheng)4mADC～20mADC的标準電(dian)流信号送(sòng)控制系統(tong)。一🛀直🏒以來(lai)，管道差壓(ya)式流量計(ji) 以其簡單(dan)、可靠的特(te)性廣泛應(ying)用于各個(gè)系統的管(guǎn)線流量💘測(cè)量🌈，本文結(jie)合秦二廠(chang)現場設備(bèi)改造過程(cheng)，深入☂️分析(xī)了差壓式(shi)流量計在(zai)對含氣泡(pào)液體流量(liang)測量過程(cheng)中産生波(bo)動的具體(ti)💛原因，并提(tí)出具有針(zhēn)對性的改(gǎi)進措施，有(you)效提升了(le)差壓式流(liu)❗量測量的(de)👣穩定性。
　　秦(qin)二廠安全(quan)殼噴淋系(xi)統（EAS）噴淋流(liú)量變送器(qi)，通過測得(de)安噴管線(xian)上流量孔(kong)闆兩側的(de)差壓來實(shí)現噴淋流(liú)量的測量(liàng)及遠傳🚩功(gong)能，該變送(song)器爲事故(gu)後監測系(xi)統儀表。該(gāi)變送器爲(wèi)EAS系統直接(jie)噴淋流量(liàng)與循環噴(pēn)淋流量的(de)差壓流量(liàng)測量變送(sòng)器，現場測(cè)得參數💋并(bing)經處理後(hou)遠傳至主(zhu)控室。
　　在進(jìn)行涉及該(gai)流量計的(de)零流量現(xiàn)場試驗時(shí)，多次出現(xian)停泵後流(liu)量數據波(bō)動的情況(kuang)，波動幅度(du)超出誤差(cha)許可範圍(wéi)👨‍❤️‍👨。爲保證現(xiàn)場設備可(ke)用，本文從(cong)測量結果(guo)波動這一(yi)問題着手(shǒu)，深入剖析(xi)波動産生(sheng)的原因，并(bìng)提出對應(yīng)的解決方(fang)案，應用至(zhì)現場後，取(qǔ)得了良好(hǎo)的成效
1故(gu)障現象及(ji)故障處理(lǐ)
1.1故障現象(xiàng)
　　安噴系統(tong)零流量實(shi)驗期間，曾(céng)多次出現(xiàn)小流量指(zhi)示波動的(de)情況，曾有(yǒu)過1個月内(nei)連續觸發(fa)3次波動的(de)情況發生(sheng)✊，其波動方(fāng)式爲🈲在停(tíng)泵後出現(xiàn)短時間的(de)波動峰🚩（如(ru)圖1所示）。圖(tu)1中綠色曲(qǔ)線爲流量(liang)，藍色曲線(xian)爲泵軸承(chéng)溫度，啓泵(bèng)期間流量(liàng)指示正常(cháng)，而在停泵(beng)☂️後（藍色曲(qǔ)線開始下(xià)行，證明已(yǐ)停泵成功(gōng)）又出現了(le)兩次大的(de)波🌈動值，較(jiao)大的一次(ci)波動值約(yuē)爲正常啓(qǐ)泵期間流(liú)量值的1/4，明(ming)顯已遠超(chāo)誤差✍️許可(kě)範圍。
 
1.2故障(zhang)處理
　　針對(duì)這一故障(zhang)，現場多采(cǎi)用充水排(pai)氣方式進(jìn)行處理，對(duì)⛷️儀表👉進行(háng)充水排氣(qi)并校準後(hou)，在一段時(shi)間内儀表(biǎo)的測💞量穩(wěn)定性會有(you)🤞所提高，然(rán)而在進行(hang)多次試驗(yàn)後（該管線(xiàn)在機組運(yùn)行期間不(bu)投運），流量(liang)波動的情(qing)況又會出(chu)現。經❄️統計(jì)，近3年内對(dui)單個變送(sòng)器校❄️驗（含(hán)充水排氣(qì)）的工作次(cì)👅數多達7次(cì)。從現場實(shí)際效果來(lái)看，充水‼️排(pái)氣具有見(jiàn)效快、操作(zuò)容易等優(you)點，但屬于(yu)一種治标(biao)不治本的(de)💛辦法，對于(yú)應用于事(shì)故期間及(ji)事故後處(chù)理的安全(quán)殼噴淋系(xi)統來🔴說，每(mei)次使用前(qian)進行人爲(wèi)校驗的行(háng)爲是不現(xian)實的。
2背景(jing)介紹
2.1差壓(ya)式流量計(ji)測量原理(li)
　　差壓式流(liú)量測量方(fāng)式基于伯(bó)努利方程(cheng)和連續性(xing)原理💃，通過(guò)🤞測🔴量液體(tǐ)流經節流(liú)元件時産(chan)生的壓力(li)🥰變化，從而(er)🔱計算🚩出流(liu)體流量[2]。推(tuī)導爲：
　　已知(zhī)流體密度(dù)ρ；流體管道(dao)前後截面(mian)積A1、A2；截面處(chù)流體流速(su)v1、v2；壓☀️強p1、p2。根據(ju)不可壓縮(suo)理想流體(tǐ)的伯努利(lì)方程：
 
和流(liu)體連續性(xing)方程：
 
　　其中(zhong)，A0爲孔闆開(kai)孔面積，μ爲(wei)流束收縮(suo)系數（A2=μA0），d爲節(jiē)流孔直徑(jing)，D爲管道内(nèi)徑。
　　上述方(fang)程均建立(lì)在流體不(bú)可壓縮及(ji)流體動量(liang)守恒☂️的基(ji)礎💯之上。事(shì)實上，由于(yú)流體存在(zài)摩擦力和(hé)黏性，其動(dong)量🤞有所損(sun)失，而孔闆(pan)前後流體(ti)由于具備(bei)可壓縮性(xìng)，前後密度(dù)并不相同(tong)，故引入流(liu)量系數α和(he)膨脹系數(shù)ε（對于不可(ke)壓縮流體(ti)，其ε爲1），并得(de)到⛹🏻‍♀️孔闆前(qian)後的實際(ji)壓差爲Δp=p1-p2，實(shi)際密度ρ2=ερ1=ερ，得(dé)到可壓縮(suō)的實際流(liú)體方程：
 
可(kě)以看出：流(liu)量與差壓(ya)的平方根(gen)成線性關(guan)系，即q∝√∆p。
　　上述(shù)公式作爲(wei)差壓式流(liu)量測量的(de)理論基礎(chu)，其結論決(jue)定了差壓(yā)式流量計(ji)的硬件組(zu)成，對于現(xian)場應💃用來(lái)說，主要的(de)組成元件(jian)包含節流(liú)元件、引壓(ya)管線及差(cha)壓👉變送器(qi)。差壓式🌂流(liú)量計可以(yi)采用的節(jiē)流元件包(bao)含标準孔(kǒng)闆、節♊流擋(dǎng)闆、文丘裏(li)管等，而在(zài)現場使用(yòng)的設備👅中(zhong)則以标準(zhǔn)孔闆居多(duo)。秦二廠安(ān)噴系統現(xiàn)場使用的(de)正是 标準(zhun)孔闆型差(chà)壓流量計(jì) 。
2.2現場布置(zhi)情況
　　秦二(èr)廠安全殼(ke)噴淋系統(tǒng)（EAS）噴淋流量(liàng)變送器，通(tong)過測🆚得安(ān)噴管線上(shang)流量孔闆(pan)兩側的差(cha)壓來實現(xian)噴淋流量(liang)🚶‍♀️的測量及(ji)遠傳功能(neng)。
　　現場儀表(biǎo)安裝于管(guǎn)道側方，通(tōng)過引壓管(guǎn)線自孔闆(pan)兩側接🐉入(rù)管道，對孔(kong)闆前後兩(liǎng)側的差壓(yā)值進行測(cè)量，并送出(chu)4mADC～20mADC标準電流(liú)信号至控(kong)制與監測(ce)系統，在控(kong)制櫃系統(tǒng)中通過開(kāi)方卡件與(yǔ)線性運算(suàn)卡件處理(li)，即可直接(jie)得到流量(liàng)值。
　　現場采(cǎi)用的差壓(ya)式變送器(qì)，測量範圍(wei)0kPa～60kPa，精度0.25，通過(guo)約6m長🌈的引(yǐn)壓管線由(you)孔闆引入(ru)變送器進(jin)行測量，如(ru)圖🍉2所示📐。
 
　　對國内(nèi)同類型電(diàn)廠該儀表(biǎo)的使用情(qíng)況進行調(diào)研，發現⚽該(gāi)問題在大(dà)部分同型(xíng)号電站中(zhong)均有存在(zài)，屬于共性(xìng)問💯題，解決(jué)方案也多(duō)爲充水排(pai)氣操作。本(běn)文所讨論(lun)的解決方(fang)案具備推(tui)廣價值。
2.3不(bú)穩定性原(yuan)因分析
1）安(ān)噴泵作用(yòng)原理分析(xī)
　　該表計用(yòng)于測量安(an)噴管線内(nèi)流量，安噴(pēn)管線在機(ji)組😍正常運(yùn)✉️行期間無(wú)流量，隻有(yǒu)在試驗期(qī)間，該表計(ji)才會起到(dào)測量的作(zuo)用，此時管(guan)線内液體(ti)來源爲安(ān)全殼噴淋(lin)泵泵送的(de)含硼水，安(an)噴泵爲👣葉(ye)片式立式(shi)筒形泵，泵(beng)揚程爲131m，最(zuì)大入口壓(yā)力0.385MPa，在試驗(yan)🌈過程中，因(yin)🆚氫氧化鈉(nà)虹🔞吸管線(xian)破壞帶入(ru)空氣，噴射(she)泵将氫氧(yang)化鈉輸送(sòng)管線中的(de)空氣吸入(ru)♌安噴管線(xiàn)内，氣體以(yi)氣泡的形(xíng)式存在于(yu)液體管線(xiàn)中，并随着(zhe)液體進入(rù)引壓管線(xian)。考慮到對(dui)🏃🏻‍♂️于儀表充(chōng)水排氣可(ke)以短期消(xiāo)除儀表測(ce)量不穩定(ding)問題的情(qing)況，不能排(pái)除測量不(bu)穩定的原(yuán)因爲儀表(biǎo)管線中含(hán)氣泡。而事(shì)實上，爲消(xiao)除儀表管(guǎn)線含氣泡(pao)對于🚩儀🔱表(biǎo)測量穩定(ding)性的影響(xiǎng)，引壓🔞管線(xian)上安裝有(you)集氣罐，但(dan)由于引壓(yā)管線長度(du)較長（約6m），集(jí)💃氣罐并不(bú)能起到良(liang)好的除氣(qi)作用。
2）曆史(shǐ)故障記錄(lù)分析
　　經查(chá)詢曆史記(jì)錄，除了零(ling)流量試驗(yan)停泵後該(gai)表波⭐動外(wài)，也曾出現(xiàn)過機組正(zheng)常運行期(qi)間該表計(ji)出現小流(liu)量波🈚動的(de)情況，如圖(tu)3所示。從圖(tu)3中可以看(kan)到，該波動(dòng)持續一段(duàn)🤟較長時間(jian)後，經約5min的(de)最🏃‍♀️大量程(cheng)指示（故障(zhang)處理工作(zuò)期間斷開(kāi)儀表），儀表(biǎo)指示複原(yuan)，期間管線(xiàn)内不存🔴在(zai)液體流動(dòng)的情況（功(gōng)率運行期(qī)間安噴泵(beng)不啓動），查(chá)😄詢曆史工(gong)作記錄可(kě)以發現，對(duì)該故障采(cai)用充水排(pai)氣🏃🏻的方法(fǎ)進行了處(chu)理，這一故(gu)障不同☂️于(yu)大多數情(qing)況下的零(líng)流量試驗(yan)停泵後流(liú)量波動的(de)産生條件(jiàn)，但其故障(zhang)表現、故障(zhang)處理方式(shi)及故🌈障處(chu)理結果均(jun)有相似之(zhi)處。
 
3）引壓管(guǎn)線因素分(fèn)析
　　作爲差(chà)壓式流量(liàng)計的測量(liang)儀表，差壓(yā)式變送器(qì)的測量範(fàn)圍本身較(jiao)小（0kPa～60kPa），需要較(jiào)高的測量(liàng)精度與測(ce)量靈敏✊度(du)，管線内氣(qì)體⭐擾動🔱、氣(qi)體憋壓等(děng)情況均會(huì)造成力變(biàn)❌送器的測(ce)量不穩定(dìng)，而在安噴(pēn)管線中，氣(qì)體通過氣(qi)泡的形式(shi)存在，氣泡(pào)流動與彙(hui)聚均有可(ke)能引發管(guǎn)線内壓力(li)波動。在安(an)噴泵正常(cháng)工作期間(jiān)，由🧡于管線(xian)内流量較(jiao)大，差壓本(běn)身較高，擾(rao)動造成的(de)影響較小(xiao)，而停泵後(hòu)主管線内(nei)液體停止(zhǐ)流動，引壓(ya)管🧡線🌂中的(de)氣體開始(shǐ)移動，這一(yī)過程中，氣(qi)泡的流動(dòng)、彙🌂聚與破(po)裂均有可(kě)能引👈發管(guǎn)線👌内壓力(li)波動，殘🥵留(liú)氣體引發(fa)的壓力波(bō)動與憋壓(yā)情況造成(chéng)了停泵之(zhi)後的流量(liàng)波動情況(kuang)[1]。
4）信号處理(lǐ)回路分析(xī)
　　在流量測(ce)量的過程(chéng)中，信号經(jīng)開方卡件(jiàn)處理，開方(fang)卡件具有(you)小信号切(qiē)除功能，當(dang)輸入信号(hào)小于0.075V時，輸(shu)🐪出保持爲(wèi)0。
　　由開方運(yun)算關系式(shi)可知，對于(yú)輸入信号(hao)爲0.075～0.999之間的(de)電壓🔴值，經(jing)開方卡件(jiàn)處理後，其(qi)輸出值大(dà)于輸入值(zhi)。換言之，輸(shū)入值低于(yú)💃滿量程1/10的(de)信号值經(jing)由開方卡(ka)件運算後(hou)，如有🏃‍♂️輸出(chū)，其輸出會(hui)大于原💁輸(shū)入值，由于(yú)差壓值與(yu)變送器輸(shū)出電流之(zhi)間滿足線(xian)㊙️性輸出關(guan)系，且I-V卡件(jiàn)爲線性轉(zhuǎn)換關系，易(yi)知變送器(qi)測量差壓(yā)值與開方(fang)卡件輸入(rù)端電壓滿(mǎn)足線性運(yun)算關🏃🏻系，對(dui)于波動誤(wu)差，開方運(yùn)算會将其(qi)放大，這也(yě)是波動較(jiào)♻️爲⭐明顯的(de)原因之一(yī)☂️。
　　綜合以上(shàng)故障情況(kuang)分析，可以(yi)判斷出流(liu)量測量不(bú)穩定性的(de)成因與管(guan)道内存在(zai)氣體有密(mi)切關系。
2.4處(chu)理措施
　　綜(zong)上分析可(ke)知，小流量(liàng)波動産生(shēng)的原因爲(wei)管線内氣(qi)體産生的(de)壓力擾動(dòng)，要解決小(xiǎo)流量測量(liang)不穩定的(de)情況，需要(yao)消除氣體(tǐ)造成的影(ying)響，氣體由(yóu)虹吸破壞(huai)作用❓帶出(chū)，根據該系(xì)統的工作(zuo)原理❄️可知(zhi)，無法做到(dào)從根源消(xiāo)除管線氣(qì)，解決方法(fǎ)主要着手(shǒu)于消除引(yin)壓管線内(nèi)的氣體擾(rǎo)動。根據現(xian)場的實際(jì)布置，初🔅步(bu)的解決方(fang)🌂案有3個：
1）在(zai)管線上布(bu)置氣體消(xiāo)除裝置（集(jí)氣罐等）。
2）修(xiu)改變送器(qì)及引壓管(guan)線所在位(wei)置，消除引(yin)壓管線内(nei)液體無法(fǎ)排空的問(wèn)題。
3）采用毛(mao)細管差壓(ya)變送器，從(cóng)根本上避(bì)免氣體波(bo)動。
　　對于1）、2）兩(liǎng)項解決方(fāng)案，有成本(běn)較低、實施(shī)簡單的優(you)勢，但由于(yú)在🔴安噴試(shi)驗進行的(de)過程中，還(hai)是有氣泡(pao)随虹吸破(pò)壞進入🐅管(guan)線，依然不(bú)能完全避(bi)免氣體影(yǐng)響，且加裝(zhuāng)集氣罐會(huì)在管線中(zhong)引入故障(zhang)點，造成系(xi)統穩定性(xing)下降，其中(zhōng)集氣罐這(zhe)一🏃‍♀️方案已(yǐ)被🐕證明效(xiao)果不佳，不(bu)考慮采用(yòng)。
　　考慮第3條(tiao)方案，由連(lián)通器原理(li)可知，主管(guǎn)線中的壓(yā)♋力變化對(duì)❌于差壓變(bian)送器來說(shuō)不造成影(yǐng)響，主要的(de)問題集中(zhōng)于引壓管(guǎn)線上👣，毛細(xì)管變送器(qi)通過在封(feng)閉毛細管(guan)内填♋充油(yóu)進行引壓(ya)，可以避免(mian)主管線内(nèi)含氣泡液(ye)體進入，達(dá)🌈到從根本(ben)上消除氣(qi)體影響因(yin)素的效果(guo)。
　　綜上考慮(lǜ)，采用毛細(xì)管型差壓(ya)變送器對(dui)現場變送(sòng)器與☁️引壓(ya)管線一同(tong)更換，對原(yuan)變送器、引(yǐn)壓管線及(jí)集氣罐進(jìn)行拆除，由(yóu)孔闆出口(kǒu)根閥後全(quan)部換爲毛(mao)細管進行(hang)引壓。改造(zao)後進行零(líng)流量試⚽驗(yàn)，啓停泵前(qián)後流量指(zhǐ)🌈示保持一(yī)💁緻，且停泵(beng)後未出現(xiàn)小流量波(bo)動，改造效(xiao)果良好。改(gǎi)造前後測(ce)量效果對(duì)比如圖4所(suǒ)示，其中綠(lü)色⛹🏻‍♀️曲🐅線爲(wèi)改造後效(xiào)⛷️果。
 
3總結
　　差(cha)壓式流量(liang)計作爲一(yi)種廣泛應(yīng)用于生産(chǎn)場所的流(liu)量測✌️量模(mó)式，其結構(gòu)簡單，測量(liàng)回路易于(yú)搭建，對純(chún)流體的測(cè)量👈結果精(jīng)度也讓人(rén)滿意。但其(qí)受流體🚩密(mi)度與壓強(qiáng)影🤞響較大(da)，特别是對(dui)于含📧氣泡(pao)液體來🌈說(shuo)，由于測量(liang)值爲孔闆(pan)差壓，對于(yú)單側波❄️動(dong)影響的敏(min)感度較高(gāo)，通過将測(cè)量儀表更(gèng)換爲🧡毛細(xì)管變送器(qì)，将單側管(guan)線等效爲(wèi)純液體💔測(ce)量，從根源(yuan)上避免了(le)氣體擾動(dòng)，對于🧑🏾‍🤝‍🧑🏼含氣(qì)泡液體管(guan)線小流量(liang)測量穩定(ding)👨‍❤️‍👨性改進有(yǒu)明顯的功(gōng)效，對于現(xiàn)場其它類(lèi)似流量計(ji)以及國内(nei)同類型電(diàn)站均具有(yǒu)廣泛的應(yīng)用與推🧡廣(guǎng)前景。

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