發布日期：2022-04-27 點擊率：63
摘 要： 介紹了差壓式流量測量裝置的測量原理，對差壓式流量測量裝置中的孔板與均速管做了深入比較，論述了插入式流量探頭在電廠運用的優勢以及保證探頭安全精確使用的條件和注意事項。
關鍵字： 流量測量 孔板 均速管
隨著電力工業的迅速發展，各種高效率的新技術、新工藝不斷被投入使用。先進的工藝需要高精度的控制和測量相配合。對鍋爐及汽機中的蒸汽、水、煙、風各種介質流量的全面精確計量，是保證機組安全及經濟運行的必要條件之一。
流量測量產品的種類繁多，按照最廣泛的分類可以分為：容積式流量計、差壓式流量計、浮子流量計、渦輪流量計、電磁流量計、渦街流量計和質量流量計等。各種流量計都有各自的特點，沒有一種測量方式或流量計能對各種流體及各種流動工況都能適應。不同的測量方式和結構，要求不同的測量操作、使用方法和使用條件。每種流量計都有它特有的優缺點，因此，在對各種測量方式和儀表特性做全面了解比較的基礎上選擇適合于具體生產特點的、既安全可靠又經濟耐用的最佳流量測量產品。
1 差壓式流量測量孔板與均速管的比較
1.1 差壓式流量測量裝置種類
目前，工業測量中應用最廣泛的還是差壓式流量測量，差壓式的主流產品為節流式(孔板、文丘里管等)和動壓頭式(均速管)。
利用差壓原理進行流量測量是當今工程領域中最經典可靠的流量檢測方式，差壓式流量計是根據安裝于管道中流量檢測件產生的差壓、已知的流體條件和檢測件與管道的幾何尺寸來計算流量。差壓式流量計由一次裝置(檢測件)和二次裝置(差壓轉換和流量顯示儀表)組成。通常以檢測件形式對差壓式流量計分類，如孔板流量計、文丘里流量計、均速管流量計等。
管道中流量檢測件產生的壓差越大，對于差壓變送器選型和成本越有益處，對于測量精度也有好處。但是由于流量測量裝置通常是根據流量大小選擇收縮比(孔板、噴嘴)，因此提高差壓的同時也會產生壓損增加的問題。管道里的永久壓力損失增加使得需要增加管道動力，這需要大功率的風機、水泵等，增加了能源的消耗，使整個系統的運行成本增加。
差壓式流量計的代表產品為孔板，因為人們對它的安裝、使用、檢修非常熟悉，且孔板易于復制，簡單、牢固，性能穩定可靠，使用期限長，價格低廉，因此長期來應用普遍。但孔板使用時間一長，精度會急劇下降，需要進行定期檢測和清洗。
1.2 均速管流量計測量原理
均速管流量計是通過測量某一直徑上的流速取代孔板的截面流速，隨著均速管截面技術和開孔技術的不斷發展，其測量精度不斷提高。德國的Systec-Controls公司與德國著名的Erlangen大學聯合推出的德爾塔巴均速管流量計采用了流線形管狀設計，流量檢測是通過插入介質管道中均速管上的兩排不均勻分布的取壓孔來檢測由流體所產生的差壓，得出一個由平均流速所產生的平均差壓，并將這個差壓通過接口傳送給變送器。通過多個不均勻的取壓孔，能盡量真實地反映管道中的平均流速。使得其不僅在流量測量上保持了高精度、高強度和大量程比，還使得管道壓損大大降低。使用插入式流量探頭與使用孔板相比，由于管道壓損的降低，其經濟效益非常明顯。同時特有的探頭設計能同時滿足壓損小和差壓大的要求，方便變送器的選型。
取單點信號的插入式流量傳感器(如插入式渦輪、渦街、電磁等)檢測管道中的某一點的流速，然后通過經驗圖表上的流速剖面來分析這個檢測點，推斷出平均流速。管道、流體等綜合情況復雜多變，大多是非定型的速度剖面，用一點的測量值來代替平均流速是不準確的，直接導致測量精度差，重復性低。
1.3 德爾塔巴流量探頭優點
(1)可測量多種介質，應用范圍廣，受物性及管道特性的影響極小。口徑范圍可以從3mm到15m；高溫高壓探頭可以工作在650℃，28MPa的蒸汽環境下，如選擇1.4828，X15CrNiSi20-12型探頭，其工作溫度可以高達1040℃；還可選擇1.4539(A904合金，X1NiCrMoCu25-20-5)和HC4型探頭，工作在具有SO，SO2的煙氣或者強酸強堿介質中。
德爾塔巴流量探頭可用于：①各類氣體測量，包括空氣、潮濕氣體、凈化前和凈化后的各種煙氣、高溫煙氣、壓縮空氣、一次風、二次風等；②各類蒸汽測量，包括蒸汽、飽和蒸汽、過熱蒸汽；③各類液體測量，包括水、燃油及苯類等。
(2)精度高，重復性好，量程比大(1：30)。德爾塔巴流量探頭開孔非均布，開孔點均基于計算軟件復雜的運算，根據管徑、介質和主要工藝參數確定制造參數。探頭測量精度的提高使被測參數的調節更加精準。
(3)探頭取壓孔設計防堵特性。探頭開孔最大8mm，只要介質中塵埃或顆粒不大于130mg/m3，就不需要維護及吹掃。加裝氮氣吹掃管路可對大管道的高爐煤氣、焦爐煤氣、轉爐煤氣、燒結煙氣等高含塵氣體進行準確計量。
(4)流線型探頭腔設計，測量信號穩定、波動小。且前后取壓孔的數量和分布完全對稱，不怕裝反，還可以實現雙向測量。
(5)管道永久性壓損很小，對直管段要求低。插入式流量探頭在很短的直管段內(前4D，后3D)就能保證1%的精確度，且采用非收縮節流設計，比孔板的永久壓損至少低了90%以上。
(6)安裝費用低，基本免維護，并可在線安裝維修。
2 德爾塔巴流量探頭在主蒸汽測量和熱網改造的使用
德爾塔巴流量探頭應用廣泛，在300MW/600MW大型火電機組中已大量使用，在江蘇田灣核電站上對飽和蒸汽的測量更證明了其安全性及測量精度。
德爾塔巴流量探頭在主蒸汽測量和熱網改造有其特有的微壓損節能的優勢。
(1)主蒸汽流量的精確測量是為了滿足機組檢測和控制的要求，通過精確的蒸汽測量，來調節汽機的出力。一般300MW/600MW單元機組的主蒸汽流量是通過間接方法測量的，即測量汽機調節級壓力，根據主機生產廠家提供的數學模型來推導蒸汽的做功能力。主蒸汽流量測量精度不僅取決于數學模型的正確性和精度以及傳感器的精度，汽輪機設備的結構及其運行工況的變化、參數測點的安裝位置及測得參數是否具有代表性，都會影響到測量的準確程度，其計算精度很難滿足運行要求。
若設置主蒸汽流量測量，則其流量測量點要置于汽機前面，高溫、高壓和高流量，如果出現探頭斷裂，對后面汽輪機的損壞后果將不堪設想。德爾塔巴高溫高壓的流量測量元件最高應用場合是69MPa，1200℃，探頭選型是根據管道的最高壓力和最高溫度通過相應的軟件在線計算自動生成，具有較高安全系數。在高溫高壓工況下，德爾塔巴探頭材料選用1.4828，其材料和制造工藝確保設計壽命可達到20萬h，可長期用于650℃以下的高溫蒸汽場合，完全可對汽輪機前的主蒸汽流量直接測量。對于主蒸汽流量測量，在探頭出口均配有冷凝壺，使高溫蒸汽在冷凝壺內迅速降溫(下端為冷凝水，上端為蒸汽)，在正常運行介質溫度達到550℃時，能夠保護截止閥和差壓變送器免受高溫的影響，確保流量測量的可靠進行。由于出廠時就將冷凝壺焊接和試壓好，所以用戶對一體化的產品只需安裝三閥組和變送器，分體的產品則在截止閥之后焊接分體引壓管，這樣減少了高溫高壓引起的泄露現象和現場的工作量。德爾塔巴流量計由于壓損小，使鍋爐提高了產汽量，也使鍋爐和蒸汽輸送管道的運行更加安全可靠。
德爾塔巴流量計直接測量高溫高壓主蒸汽流量在歐洲已經廣泛應用，自從投用以來，已有數百個高溫高壓應用實例，在國內也逐步被認可并大量使用。
(2)流量儀表的測量是供熱系統計量收費的依據，因此要求流量計具有較高的測量精度。以往在熱網計量中使用較多的是孔板流量計和超聲波流量計，而近來德爾塔巴流量計在熱網蒸汽和循環水的應用也越來越多。不僅由于其計量精度完全能滿足對熱網蒸汽和循環熱水的計量要求，而且當管道溫度低于100℃、壓力小于1MPa時，可對現有管道實施帶壓開孔及安裝等操作，非常適合熱網等技術改造項目。德爾塔巴流量計可選用在線插拔的流量探頭，滿足了長期不能停氣的管線在線拆除和維修探頭的需要，解決了孔板等計量裝置安裝和維護困難的問題。
熱網應用中常見的幾種流量計主要性能指標比較見表1。
3 流量計安裝使用
均速管流量計是高精度傳感器，能在相當復雜的工況下正常工作，并保持良好的性能。為了達到最佳性能，需對流量計進行合理的安裝和維護。在選用該產品時一定要把測量管的內徑提供準確。因為設計探頭取壓孔的分布是按管道中心計算的，管內徑如有較大誤差時，會造成探頭與被測管道不同心而引起較大的測量誤差。作為計量用的流量計建議選用滿管插入的探頭，尤其在直管段不滿足要求時更應這樣。均速管是通過測量某一直徑上的流速取代孔板的截面流速，而不同直徑線上的流速是不完全相同 的(除非它所在位置的直管段足夠長)，因此若安裝位置和方向不合適將導致無效測量或者沒有精度的測量，故在選型時，需根據安裝條件進行理論分析和計算，選擇合適的安裝位置和安裝方法，以達到最佳效果。流量計探頭安裝建議在廠家指導下安裝，以防止由于探頭安裝原因引起測量大幅度誤差。
參考文獻：
[1]周群峰.德爾塔巴一體化均速管在大型火電廠流量測量方案和應用[Z].
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