摘要:多孔(kong)平衡流量計 是(shi)在傳統 孔闆流(liu)量計 的基礎上(shang)所研發出的新(xīn)一代節流式流(liú)量計。通過介紹(shao)✂️其基✂️本工作原(yuán)理及優化後的(de)性能特點，并結(jié)合幾🈲種工況條(tiáo)件下的使用，對(duì)多孔平衡流量(liàng)計的應用加以(yi)闡述。
0引言
　　節流(liu)式流量計 通常(chang)也被稱之爲 差(chà)壓式流量計 ，迄(qì)今爲止仍因其(qi)制造工藝标準(zhun)化、使用技術成(cheng)熟、适用☀️範圍廣(guǎng)，而被水利、石油(you)、化工等各行各(gè)業廣泛地應用(yòng)，占流量計使用(yòng)總數的50%以上。但(dàn)同時，其測量精(jīng)度低、量程比👄小(xiǎo)、上下遊安裝直(zhí)管段🍉距離長、節(jiē)流裝置後所産(chan)生的永久壓力(li)損失大等諸多(duō)不足也日益趨(qu)顯。
　　随着儀表測(ce)量、制造技術的(de)不斷發展，爲适(shì)應各種過程控(kòng)制對于節流式(shì)流量計測量精(jīng)度及使用性能(neng)的更高要求節(jiē)流式流量計，即(jí)多孔平衡流量(liang)計随之而🌍誕生(shēng)。多孔平衡流量(liàng)計誕生之🐅初由(you)美國國家航空(kong)航天局馬歇爾(er)航空飛行中心(xīn)最先應用于航(háng)天飛機主發動(dòng)機的液态氧流(liú)量測量，随後因(yīn)其⁉️測量、使用性(xìng)能被更多行業(yè)所熟知并發展(zhan)使用。
1工作原理(lǐ)
　　多孔平衡流量(liàng)計沿用了傳統(tong)孔闆流量計的(de)組成形式，由節(jie)流❓裝置、傳輸差(cha)壓信号的引壓(ya)管路及測量信(xin)号所用的☀️差壓(yā)計這3個部分所(suo)組成。并巧妙地(di)将多孔📐整流器(qì)與傳統單孔節(jie)流孔闆的結構(gòu)形式🔞、性能特點(diǎn)相結合，形成了(le)新型🌈的多孔節(jie)流整流器🙇🏻，用以(yi)替代原有的單(dan)孔孔闆作爲節(jie)流原件安裝于(yu)流體管道上。多(duo)✍️孔節流整流器(qi)🐆上每個節流孔(kong)🤟的尺🚶寸大小及(jí)分布情況都是(shi)👄由特定的♉公式(shi)及實測數據計(jì)算所得，故被稱(chēng)之爲函數孔。流(liu)量檢測時，所測(cè)介質在通😘過多(duō)孔節流整流器(qì)的同時進行流(liú)🈲體整♍流，減小節(jiē)流裝置後的渦(wo)流，形成較穩定(dìng)的紊流，從而使(shi)引壓管路能夠(gou)獲取到較穩定(ding)的差壓信号，并(bing)進一步通過伯(bó)努利方程🐆計算(suàn)得出工藝所需(xu)體積流量、質量(liàng)流量等流量參(cān)數。
 
2多孔平衡流(liú)量計的性能優(yōu)化
　　多孔平衡流(liu)量計是以傳統(tong)孔闆流量計爲(wei)基礎，改變☎️其節(jiē)流孔的構成形(xing)式，從而極大程(cheng)度地優化了使(shi)用性能。
1)平衡流(liú)場，提高測量精(jīng)度
　　傳統孔闆流(liú)量計的節流裝(zhuang)置隻設有一個(gè)圓形節流孔，節(jiē)流原件與管壁(bi)結合處成直角(jiao)，在流體通過節(jie)流孔時🛀，孔兩邊(bian)會有大♌面積的(de)“死區”，從而産生(sheng)持久的渦流，進(jìn)而大量消耗流(liú)體的動能。同時(shí)，雜亂的渦流所(suǒ)形成的流體波(bo)動和噪聲也會(huì)讓📞測量的線✂️性(xìng)度和正确🌍率降(jiàng)低，并且需要較(jiao)長的直管段來(lai)恢🔴複流體正常(cháng)❓的壓力和流場(chǎng)。多🤟孔平衡流量(liang)計💘的節流裝置(zhi)結🐉合了多孔整(zhěng)流器的整流原(yuan)理，通過使用精(jīng)密的計算，使多(duō)孔🐅節流整流器(qì)可以最大程度(dù)地減少死區效(xiào)應，避免渦🧑🏽‍🤝‍🧑🏻流的(de)産🌍生，平衡流場(chang)，降低因渦流所(suo)引起的信号波(bō)動🚶‍♀️，提高取壓點(dian)數據的正确♍率(lǜ)，從而使檢❤️測精(jīng)度從傳統🈲孔闆(pan)流量計的±1%~±2%提高(gāo)至±0.3%、±0.5%，能更好的适(shi)用于如能量計(jì)量、貿⚽易核算等(deng)有較高流量測(cè)量精度要求的(de)場合。
2)減小永久(jiu)壓力損失、縮短(duǎn)直管段安裝距(ju)離
　　多孔平衡流(liu)量計的節流裝(zhuāng)置采用了對稱(chēng)式的流👨‍❤️‍👨通孔💃🏻布(bù)局設❤️計，提升了(le)流體通過的效(xiào)率，最大程度地(di)降低了‼️渦流的(de)形成，減少了流(liu)體通過節流裝(zhuang)置時造成的紊(wěn)流摩擦及🤩動能(neng)的損失，和傳統(tong)孔闆流量計相(xiang)比，既可獲得更(gèng)差壓信号，又降(jiang)低了1/3~1/2的永久性(xing)的壓力損失。同(tóng)時，節流裝置後(hòu)流體壓力較快(kuai)的平穩恢複又(yòu)可縮短流量計(jì)安裝時所需的(de)上下遊💋直管段(duàn)距🙇🏻離。通常，多孔(kong)平✉️衡流量計的(de)上下遊安裝直(zhí)管段隻需0.5D~2D,是傳(chuán)統孔闆流量計(jì)所需直🐇管段的(de)1/7甚至更短，很大(da)程度上節省了(le)流體測量的管(guan)道材料🍉及安裝(zhuāng)投入成本，這一(yī)優📞勢也得到了(le)各💃行業的廣泛(fan)認可。
3)量程比寬(kuan)、穩定性更好
　　多(duō)孔平衡流量計(jì)特殊的多孔節(jie)流裝置極大程(chéng)度地提高了流(liú)體測量量程比(bi)。美國某機構的(de)實驗數據結果(guǒ)顯示，多😘孔平衡(héng)流量計常規測(ce)量的量程比可(ke)以做到7:1~10:1，如果函(hán)數孔計算參數(shu)選擇合适，量程(cheng)比可以達到30:1甚(shèn)至更高，這一數(shù)據比傳統孔闆(pǎn)流量計要高出(chū)2~7倍。而且，傳統孔(kǒng)闆流量計的流(liu)量系數--般在雷(lei)諾數高于🔴4000時🔅才(cai)能趨于平穩，在(zai)雷諾數較低時(shí)受其影響較大(da)。但多孔平衡流(liú)量計的管道内(nei)基本無滞留區(qu)，其流量系數👨‍❤️‍👨受(shòu)雷諾數的影響(xiǎng)很小。即使在🏃‍♂️較(jiao)低雷諾👈數的測(ce)量條件下，多孔(kong)平衡流量計的(de)正确率依然能(néng)夠得到保證，從(cong)根本上提升了(le)流量檢㊙️測時測(cè)量精度的穩定(ding)性🏃🏻‍♂️。
3多孔平衡流(liú)量計的應用
　　多(duō)孔平衡流量計(jì)不僅适合在常(chang)見工況條件下(xia)使用，在某些👣特(tè)殊工況流量測(cè)量中也得到了(le)很好的應用。
1)高(gao)量程比流量測(cè)量
　　在醫藥、化工(gōng)等行業中，蒸汽(qi)一般作爲熱媒(méi)介質被用于加(jia)熱或🧡加濕工段(duan)，通常由于不同(tóng)季節或一天中(zhong)的🔞不同時段所(suǒ)需加熱、加濕量(liàng)的不同，造成燕(yan)汽能源計量時(shi)蒸汽總管用汽(qi)流量有較大波(bo)動，往往遠遠超(chāo)出傳統孔闆流(liu)量計3:1的量程比(bǐ)範圍。同樣,在其(qi)他類似需要大(da)量程比流量測(ce)量時,傳統孔闆(pan)流量計亦無法(fǎ)适用。而多孔平(ping)衡🛀🏻流量計可适(shì)用💋于10:1甚至更高(gāo)的🚶‍♀️量程比的流(liú)量測量,并且因(yin)其測量精度高(gāo)，受雷諾數影響(xiang)小，可進行較爲(wei)正确💞的高量程(chéng)比流量檢測或(huo)能源計量📱。
2)雙向(xiang)流流量測量
　　傳(chuan)統孔闆流量計(jì)的節流裝置僅(jǐn)在下遊設有斜(xie)角，而多孔平衡(héng)流量計的節流(liú)裝置上下遊采(cai)取完全🔴對稱👈設(she)計♍。這種對稱的(de)結構形式使其(qí)在某些需要🏒雙(shuāng)向流流量檢🥰測(ce)的特殊工況🏃條(tiao)件下，可以實現(xian)隻使用一台流(liu)量儀表✊即可進(jìn)行雙向流流量(liang)檢測。
3)短直管段(duan)流量測量
　　受場(chang)地大小、建築尺(chǐ)寸等外在客觀(guān)條件的限制，在(zài)布🌂置工藝管道(dao)走向時往往無(wu)法爲流量測量(liang)預留出足🔞夠的(de)📧直管段安裝距(jù)離，從而影響測(cè)量精度。特别是(shì)在特殊貴🈲重金(jin)屬如锆材、哈氏(shì)合金、鉻钼合金(jīn)鋼等工藝管道(dao)上進行流量測(cè)量時，較長🈲的直(zhi)管段需求意味(wei)着昂貴的建設(shè)成本。在這種情(qíng)況下，多孔平衡(héng)流量計上下遊(you)直管段距離僅(jǐn)需0.5D~2D的應用優勢(shi)尤爲明顯🆚，即可(kě)節省工藝管道(dao)、安裝支架等的(de)鋪設🌈成本，又可(kě)滿足在短直管(guǎn)段流量測量時(shí)的精度要求，是(shi)一種較爲經濟(ji)的👄流量檢測配(pèi)置方式。
4)大口徑(jing)流量檢測
　　在大(dà)口徑的流量檢(jian)測中，多孔平衡(heng)流量計亦有其(qí)不可替代的獨(dú)特優勢。隻需通(tōng)過正确計算對(duì)相應📐節流孔的(de)尺寸、數量🈲及分(fèn)布情況進行調(diao)整，即可在較短(duan)的💘管道距離内(nei)進🛀行大口徑的(de)流量測量，無需(xu)擔憂因管道口(kou)徑較大而産生(sheng)的15D甚至更長的(de)上下遊直管段(duàn)距㊙️離。特别是在(zai)高溫、低壓等各(ge)種嚴苛工況下(xia)，多孔平衡流量(liang)計也能保證大(da)口徑流量🐉測量(liang)精度的穩定性(xing)。同時，可以使用(yòng)多對☁️取壓孔進(jìn)行取壓的冗餘(yú)配置，以确☁️保差(chà)壓信号被有♍效(xiào)傳輸，降低大口(kou)徑流量檢測的(de)後期維護🐕、清掃(sao)、運營成本。
5)高溫(wen)及極低溫流體(ti)測量
　　由于本體(tǐ)及法蘭材質選(xuan)擇的多樣化，多(duo)孔平衡流量計(jì)擁有較爲廣泛(fàn)的工作溫度。通(tōng)過對不同材質(zhì)的選☔用，多孔平(ping)衡流量計可測(ce)量850C甚至更高溫(wen)度的高溫流體(ti)介質,亦适用于(yu)液氮、液氧、液氫(qīng)、液氩等極低溫(wen)流體的流量測(ce)量。
6)多種管道連(lián)接方式選擇
　　多(duo)孔平衡流量計(ji)誕世至今，爲适(shì)應各種工況的(de)管🔴道連接要求(qiu)，逐步衍生出多(duō)種連接方式以(yǐ)供選擇。如可用(yong)于大多數:工況(kuàng)的管道式法蘭(lan)連接，可用于大(dà)口徑流量測量(liang)的對夾式連🏃🏻‍♂️接(jiē)，适用于高溫高(gāo)壓工況的焊🔴接(jiē)式連接以及适(shi)用于黏稠、有毒(dú)、強腐蝕液體、髒(zang)污及粉塵氣體(tǐ)介質流量測量(liang)的雙法蘭式連(lián)接等等。而節流(liú)裝置的外形也(yě)從最初便于管(guǎn)道連接的圓💚管(guǎn)形節流裝置，演(yǎn)變出方管式節(jie)流裝置，以便于(yu)更簡便地與各(gè)種方形管道進(jin)行連接，可适用(yòng)于空調系統送(song)、排風風量檢🛀🏻測(cè)。
7)一體化
　　在檢測(cè)儀表一體化的(de)發展趨勢帶動(dong)下，多孔平衡流(liú)量計同🤞樣化零(ling)爲整，将節流原(yuan)件、引壓管路、閥(fá)組及差☔壓計等(děng)需✂️分步安裝的(de)儀表原件整合(hé)爲一體,從而減(jian)少安裝🏃‍♀️步驟,以(yi)滿足适合工況(kuang)條件下快速安(ān)裝、使用的需求(qiu)。
3核電仿真機驗(yàn)證
　　爲驗證上述(shu)分析,在某核電(dian)站進行全方位(wei)仿真機驗🛀證。試(shì)驗變量描述如(rú)表1所示。
　　仿真結(jie)果如圖4所示。當(dang)電網頻率由50Hz将(jiāng)至49.75Hz時，機組進行(hang)一次調🍓頻動作(zuò)，産生約爲64MW的一(yī)次調頻補償量(liàng)。汽機主🌏汽門在(zai)76s内🏃由55%開度開啓(qǐ)至全開，汽機功(gōng)率GRE0I2MY由1089MW上升至1144MW,R棒(bàng)RGL013QM在102s内提升了6步(bù),C2報警信号出現(xiàn)💯，控制棒提升被(bei)閉鎖，熱👈功率爲(wei)3011MWt,這些都将導🚶緻(zhi)核電機組無法(fa)安全穩定的運(yun)行，并且超出🌈了(le)核電機組運行(hang)技術規🌈範,根據(jù)規程,核電操縱(zong)員必須🤟要避免(miǎn)此類狀況的發(fā)生，當發生此類(lèi)功率，必👨‍❤️‍👨須手動(dòng)降低反應堆的(de)功率，是機組核(hé)功率穩定在100%之(zhī)内。
 

4一次調頻優(you)化
　　由于反應堆(dui)的控制模式是(shi)“堆跟機模式”，即(jí)反應堆🧡的功率(lü)緊緊跟随汽輪(lun)機的功率。如果(guǒ)反應堆因爲汽(qì)輪🈲機一次調頻(pín)功能而超功率(lǜ),将會閉鎖控制(zhi)棒，甚至會緊急(ji)停堆，反而會加(jia)劇電網頻率異(yi)常事故。基于上(shàng)述分析，核電機(ji)組的控制特性(xìng)決定其參與一(yī)次調頻的能力(lì)有限，核👅電一次(cì)調頻死區設置(zhì)太小，當電網發(fā)生故障時，可能(néng)會💞對核電機組(zu)的🆚安全運行造(zao)成影響，使🏒機組(zu)停機，造成更大(da)事故。因此綜合(he)🌐考慮，從以下方(fang)面✨考慮進行優(you)化研究❄️。
根據核(hé)電機組的特殊(shū)性，優化設置一(yi)次調頻限幅值(zhí)。
　　優化設置一次(ci)調頻死區值，整(zhěng)個電網一次調(diao)頻動作🔴分梯隊(duì)進行，進行水電(diàn)、火電一次調頻(pín)動作，最後進行(hang)✊對穩定要🆚求較(jiao)高的核電機組(zu)一次調頻動作(zuò)🔅。
　　增加預警信号(hao),在反應堆保護(hu)動作啓動前，增(zeng)加一🌈些預🔆警信(xìn)🐕号，能更好的控(kong)制汽輪機一次(ci)調頻動作。
5結束(shù)語
　　電網頻率是(shi)電網安全穩定(ding)運行的關鍵參(cān)數，其控制主要(yao)依靠各發電機(jī)組的一次調頻(pin)和二次調頻實(shí)現🙇🏻的，其中一次(cì)調頻尤爲重要(yào)。針對核電機組(zu)滿☀️功率情況下(xia)，分👄析了一🚩次調(diao)頻動作存在的(de)風險，并提出相(xiang)應的方向，對核(hé)電機組一次調(diao)頻有重要的指(zhǐ)導意義。

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