摘要：差壓式流(liú)量測量是電廠流(liu)量測量的重要方(fāng)式，通過流量孔闆(pan)與 差壓變送器 配(pèi)合使用，可直接産(chan)生4mADC～20mADC的标準電流信(xìn)号送控制系🔱統。一(yi)直以來，管道差壓(ya)式流量計 以其簡(jian)單、可靠的特性廣(guǎng)泛應用于各個系(xì)統的管🈲線流量測(cè)量，本文結合秦二(er)廠現場設備改造(zao)過程，深入分析了(le)差壓式流量計在(zai)對含氣泡液體流(liu)量測量過💰程中産(chǎn)生波動的具體🤩原(yuan)因，并提出具有針(zhen)對性的改進措施(shi)，有效提升了差壓(ya)式流量測量的穩(wěn)定性。
　　秦二廠安全(quán)殼噴淋系統（EAS）噴淋(lin)流量變送器，通過(guo)測得安噴管⚽線上(shang)流量孔闆兩側的(de)差壓來實現噴淋(lin)流量的測🏒量及遠(yuǎn)傳功能，該變送器(qì)爲事故後監測系(xì)統儀表。該變👄送器(qi)爲EAS系統直接噴淋(lin)🐆流量與循環噴淋(lin)流量🈚的差壓流量(liang)測量變送器，現場(chǎng)測得參數❄️并經處(chu)理後遠傳至主控(kong)室。
　　在進行涉及該(gāi)流量計的零流量(liang)現場試驗時，多次(cì)出👨‍❤️‍👨現停泵後流量(liang)數據波動的情況(kuàng)，波動幅度超出誤(wù)差許可範圍。爲保(bǎo)證現🚶‍♀️場設備可用(yong)，本文從測量結果(guǒ)波動這一問題着(zhe)手，深入剖析波動(dong)産生的原👉因，并提(tí)出對應的解決方(fang)案，應用至現場🌏後(hou)，取得了良好的成(cheng)效
1故障現象及故(gù)障處理
1.1故障現象(xiang)
　　安噴系統零流量(liang)實驗期間，曾多次(cì)出現小流量指示(shì)波動的情況，曾有(yǒu)過1個月内連續觸(chù)發3次波動的💘情況(kuang)🏃🏻發生，其波動方式(shi)爲在停泵後出現(xian)短時間的波動峰(feng)（如圖1所示）。圖1中💋綠(lǜ)色曲線爲流量，藍(lán)色曲線爲泵軸承(chéng)溫度，啓泵期間流(liú)量指示正常，而在(zài)停泵後（藍色曲線(xiàn)開始下行，證明已(yi)停泵成📞功）又出現(xiàn)了🔞兩次大的波動(dong)值，較大的一次波(bō)動值約爲正常啓(qǐ)泵期間流✨量值的(de)🈲1/4，明顯已遠超誤差(cha)🤩許可範圍。
 
1.2故障處(chù)理
　　針對這一故障(zhang)，現場多采用充水(shuǐ)排氣方式進行處(chu)理，對儀表🤞進行充(chong)水排氣并校準後(hòu)，在一段時間内👣儀(yí)表的測㊙️量穩定性(xìng)會有所提高，然而(ér)在進行多次♻️試驗(yàn)後（該管線🆚在機組(zǔ)🏃‍♂️運行期🔞間不投運(yun)），流量波動的情況(kuang)又🌈會出現。經🌍統計(jì)，近3年内對單個變(biàn)送器校驗（含充水(shuǐ)排🥵氣）的工作次數(shu)多達7次。從現場實(shí)際效果來看，充水(shuǐ)排氣具有見效快(kuài)❄️、操作容易等優點(diǎn)，但屬于一種治标(biāo)不治本的辦法，對(dui)于應用于事故期(qi)間及事故後處理(lǐ)的📞安全殼噴淋系(xi)統來♈說，每次使用(yòng)前進行人爲校驗(yan)的🔴行爲是不現實(shí)的。
2背景介紹
2.1差壓(ya)式流量計測量原(yuan)理
　　差壓式流量測(cè)量方式基于伯努(nu)利方程和連續性(xìng)原理，通過測量液(ye)體流經節流元件(jiàn)時産生的壓力🔅變(biàn)化，從而計算出流(liú)體流量[2]。推導爲：
　　已(yǐ)知流體密度ρ；流體(tǐ)管道前後截面積(ji)A1、A2；截面處流體流速(su)v1、v2；壓強p1、p2。根據不可壓(ya)縮理想流體的伯(bó)努利方程🐪：
 
和流體(tǐ)連續性方程：
 
　　其中(zhōng)，A0爲孔闆開孔面積(jī)，μ爲流束收縮系數(shu)（A2=μA0），d爲節流孔直徑，D爲(wei)管道内徑。
　　上述方(fāng)程均建立在流體(tǐ)不可壓縮及流體(ti)動量守恒🛀的基礎(chu)🌐之上。事實上，由于(yú)流體存在摩擦力(lì)和黏性，其動量有(you)所損失，而孔🆚闆前(qián)後流體由于具備(bei)可壓縮性，前後密(mì)度并不相同，故引(yǐn)入流量系數α和膨(péng)脹系數ε（對于不可(kě)壓縮流體，其ε爲1），并(bing)得到孔闆前後的(de)實際壓差爲Δp=p1-p2，實際(jì)密度ρ2=ερ1=ερ，得到可壓縮(suō)👈的實際流體🏃‍♀️方程(cheng)：
 
可以看出：流量與(yu)差壓的平方根成(cheng)線性關系，即q∝√∆p。
　　上述(shu)公式作爲差壓式(shì)流量測量的理論(lun)基礎，其結論決定(ding)了差壓式流量計(ji)的硬件組成，對于(yu)現場應用來🔞說，主(zhu)🐅要的💘組成元件包(bao)含節流元件、引壓(yā)管線及差壓🔴變送(sòng)器。差壓式流量計(jì)可以采☔用的節流(liu)元件包含标準孔(kong)闆、節流擋闆、文丘(qiū)裏管等，而在現場(chang)使用的設備中則(zé)以标準孔闆居多(duo)。秦💰二廠安噴系🚶統(tong)現場使用的正是(shi) 标準孔闆型差壓(ya)流量計 。
2.2現場布置(zhì)情況
　　秦二廠安全(quán)殼噴淋系統（EAS）噴淋(lin)流量變送器，通過(guo)測得安噴管🛀線👨‍❤️‍👨上(shàng)流量孔闆兩側的(de)差壓來實現噴淋(lin)💜流量的測量及遠(yuǎn)傳功能✂️。
　　現場儀表(biao)安裝于管道側方(fāng)，通過引壓管線自(zi)孔闆❗兩側接入管(guǎn)♈道，對孔闆前後兩(liang)側的差壓值進行(hang)測量，并送出🥰4mADC～20mADC标準(zhǔn)電流信号至控制(zhi)與監測系統，在控(kòng)制櫃系統中通過(guò)開方卡件與線性(xìng)運算卡件處理，即(jí)可直接得到流量(liang)值。
　　現場采用的差(chà)壓式變送器，測量(liàng)範圍0kPa～60kPa，精度0.25，通過約(yue)6m長的引壓🤩管線由(yóu)孔闆引入變送器(qi)進行測量，如圖2所(suo)示。
 
　　對國内同類型(xíng)電廠該儀表的使(shi)用情況進行調研(yan)，發現該問題在大(dà)部分同型号電站(zhàn)中均有存在，屬🔆于(yú)共性問題，解決方(fāng)案也多爲充水排(pái)氣操作。本文所讨(tao)論的解決方案具(jù)備推廣價值。
2.3不穩(wen)定性原因分析
1）安(an)噴泵作用原理分(fèn)析
　　該表計用于測(cè)量安噴管線内流(liu)量，安噴管線在機(jī)組正常運行💋期間(jian)無流量，隻有在試(shì)驗期間，該表計才(cai)會起到測量的作(zuò)用，此時管線内液(yè)體來源爲安全殼(ké)噴🔴淋泵泵送的含(hán)硼水，安噴泵爲葉(ye)片式立式筒形泵(beng)，泵⭐揚程爲131m，最大入(rù)口壓力0.385MPa，在試驗過(guò)程中，因♈氫氧化鈉(na)虹吸管線破壞帶(dài)入空氣，噴射泵将(jiang)氫氧化鈉輸送管(guan)♍線中的空氣吸入(ru)🔆安噴管線内，氣體(ti)以氣泡的形式存(cun)在于液體管線中(zhōng)，并随着液體進入(rù)引壓管線。考慮到(dào)對✨于儀表充水排(pai)氣💋可以短期消除(chu)儀表測量不穩定(ding)問題的情🚶‍♀️況，不能(neng)排除測量不穩定(ding)的原因爲儀表管(guan)線中含氣泡。而事(shì)🔞實上，爲消除儀表(biao)管線含氣泡對于(yu)儀表測量穩定性(xing)的影響，引壓管線(xiàn)上安裝有集氣罐(guan)，但♌由于引壓管線(xian)長度較長（約6m），集氣(qi)罐并不能起到良(liáng)好的除氣作用。
2）曆(li)史故障記錄分析(xi)
　　經查詢曆史記錄(lù)，除了零流量試驗(yan)停泵後該表波㊙️動(dong)外，也曾🚶‍♀️出現過機(jī)組正常運行期間(jian)該表計出現☎️小流(liu)🔴量波動的情況，如(rú)圖3所示。從圖3中可(ke)以看到，該波動持(chi)續一段較長時間(jian)後，經🔞約5min的最大量(liàng)程指示（故障處理(lǐ)♻️工作期間斷開儀(yí)表），儀表指示複原(yuán)，期間管線内不存(cun)在液體流動的情(qíng)況（功率運行期間(jiān)安噴泵不啓動），查(chá)詢曆史工作記錄(lu)可以發現，對該故(gù)障采用充⛷️水排氣(qì)的方法進行了處(chù)理，這一故障不同(tóng)㊙️于大多數情況下(xià)的零流量試驗停(tíng)👈泵🎯後流量波動的(de)産生條件，但其故(gù)障表現、故障處理(li)方式及故障處理(lǐ)結果均有相似之(zhī)🛀🏻處。
 
3）引壓管線因素(sù)分析
　　作爲差壓式(shi)流量計的測量儀(yí)表，差壓式變送器(qi)的測🔴量範🈲圍🍓本身(shēn)較小（0kPa～60kPa），需要較高的(de)測量精度與測量(liang)靈敏度，管線内㊙️氣(qì)體擾動、氣體憋壓(yā)等情況均會造成(chéng)力變送器的測量(liàng)不穩定，而在安噴(pen)管線中，氣體通過(guo)氣泡😘的形式存在(zai)，氣泡流💃🏻動與彙聚(jù)均有可能引發管(guan)線内壓力波動。在(zài)安噴泵正常💛工作(zuò)期間，由🏃‍♂️于管線内(nei)流量較大，差壓本(ben)身較高，擾動造成(chéng)的影響較小，而停(tíng)泵後主管線内液(ye)體停止流動，引壓(ya)管線中的氣體開(kāi)始移動，這一過程(cheng)中，氣🏃‍♀️泡的流動、彙(huì)聚與破裂均有可(kě)能引發管線🤩内壓(yā)力波動，殘留氣體(ti)引發的壓力波⭕動(dòng)與憋壓情況造成(chéng)了停泵之後的流(liu)量波動情況[1]。
4）信号(hao)處理回路分析
　　在(zài)流量測量的過程(cheng)中，信号經開方卡(kǎ)件處理，開方卡件(jian)具有♊小信号切除(chu)功能，當輸入信号(hào)小于0.075V時，輸出保持(chí)爲0。
　　由開方運算關(guan)系式可知，對于輸(shū)入信号爲0.075～0.999之間的(de)電壓值，經開方卡(kǎ)件處理後，其輸出(chu)值大于輸入值。換(huàn)言之，輸👉入值💯低于(yu)滿量程1/10的信号值(zhi)經由開方卡件運(yun)算後，如有輸出，其(qí)輸出會大于原🌈輸(shū)入值，由于差壓值(zhi)與變送器輸❗出電(diàn)流之間滿足線🔞性(xìng)輸出關㊙️系，且I-V卡件(jiàn)爲線性轉換關👣系(xi)，易知變送🐕器測量(liang)差壓🌈值與開方卡(kǎ)件輸入端電壓滿(mǎn)足線性運算關系(xì)，對于波動誤差，開(kāi)方運算會将其放(fang)大☀️，這也是波動較(jiao)爲明顯的原因之(zhī)一。
　　綜合以上故障(zhang)情況分析，可以判(pàn)斷出流量測量不(bú)穩定性的成因與(yu)管道内存在氣體(tǐ)有密切關系。
2.4處理(lǐ)措施
　　綜上分析可(ke)知，小流量波動産(chǎn)生的原因爲管線(xian)内氣體産生的壓(yā)力擾動，要解決小(xiao)流量測量不穩定(ding)的情‼️況，需要消除(chu)氣體造🐅成的影響(xiang)，氣體由虹吸破🤞壞(huài)作用帶出，根據該(gāi)系統的工作原理(li)可知，無法做到從(cong)根源消除管線氣(qì)，解決方法主要着(zhe)♍手于消除引壓管(guan)線内的氣體擾動(dong)。根據現場的實際(ji)布置，初步的解決(jue)方💯案有3個：
1）在管線(xiàn)上布置氣體消除(chu)裝置（集氣罐等）。
2）修(xiū)改變送器及引壓(ya)管線所在位置，消(xiao)除引壓管線🧡内液(ye)🛀🏻體無♈法排空的問(wèn)題。
3）采用毛細管差(cha)壓變送器，從根本(běn)上避免氣體波動(dong)。
　　對于1）、2）兩項解決方(fang)案，有成本較低、實(shi)施簡單的優勢，但(dan)⁉️由于在安噴試驗(yàn)進行的過程中，還(hái)是有氣泡随😍虹吸(xī)破壞進入😄管線，依(yi)然不能完全避免(mian)氣體影響，且加裝(zhuang)集氣罐會在管線(xian)中引🔱入故障點，造(zao)成系統穩定性下(xia)降，其中集氣罐這(zhe)一💃🏻方案已被證明(ming)效果不佳，不考慮(lü)采用。
　　考慮第3條方(fāng)案，由連通器原理(li)可知，主管線中的(de)壓力變化對💃🏻于差(cha)壓變送器來說不(bu)造成影響，主要的(de)🌈問題⛷️集中于引壓(ya)管線上✂️，毛細管變(biàn)送器通過在封閉(bi)毛細❌管内填充油(yóu)進行引壓，可以避(bì)免主管線内含氣(qì)泡液🎯體進入，達到(dào)從根本上消除氣(qi)體影響因🚶素的效(xiao)果。
　　綜上考慮，采用(yong)毛細管型差壓變(biàn)送器對現場變送(song)器與引壓管線一(yi)同更換，對原變送(song)器、引壓管線及集(jí)氣罐進行拆㊙️除，由(yóu)🔞孔闆出口根閥後(hou)全部換爲毛細管(guan)進✂️行引壓。改造後(hou)🚶‍♀️進行零流量試驗(yàn)，啓停泵前🤟後流量(liang)指示保持一緻，且(qie)停泵後未出現小(xiao)流量波動，改造效(xiao)果良好。改造前❤️後(hòu)測量效果對比如(rú)圖4所示，其中綠色(sè)曲🤩線爲改造後效(xiào)果。
 
3總結
　　差壓式流(liú)量計作爲一種廣(guǎng)泛應用于生産場(chǎng)所的流量測⭐量模(mó)式，其結構簡單，測(ce)量回路易于搭建(jian)，對純流體的測量(liàng)結果精度也讓人(ren)滿意。但其受流體(tǐ)💋密度與🔴壓強影響(xiǎng)較大，特别是對于(yu)含氣泡液體來說(shuō)，由于測量值爲孔(kong)闆差壓，對于單側(ce)波動影響的❤️敏感(gan)度較高，通過将測(cè)量儀表更換爲毛(máo)細管變送🙇🏻器，将單(dan)側管線等效爲純(chun)液體測量，從根源(yuan)上避免了氣體擾(rǎo)動，對于含氣泡液(ye)體管線小流量測(cè)量穩定🐇性改進有(you)明顯的✍️功效，對于(yú)現場其它✏️類似流(liu)量🏃🏻‍♂️計以及國内同(tong)類型電站均具有(you)廣泛的應用🌂與推(tui)🐅廣前景。

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