探究不同類(lèi)型管道對二氧化氯流量計測量的影響
點(diǎn)擊次數：1497 發(fā)布時(shí)間：2020-11-06 02:42:44
摘要：大、中型管道小直管段風(fēng)量測量是影響鍋爐自動(dòng)化運行的難題，設計開(kāi)發(fā)了一種新型多點(diǎn)截面式防堵型流量測量裝置，可有效提升煤粉爐磨煤機入口混合風(fēng)測量的穩定性和防堵性，并在實(shí)際運行中得到了驗證。
引言
燃煤鍋爐磨煤機入口風(fēng)量測量一直是困擾機組運行人員的大難題，其本身的重要性就不再贅述，就測量來(lái)講目前主要有兩個(gè)方面的問(wèn)題。
一是測量的準確性和重復性問(wèn)題。磨煤機入口前布置有熱風(fēng)調節門(mén)、變徑管及冷風(fēng)入口管，各種節流件及鍋爐負荷的變化對安裝在在內部的測量元件穩定輸出會(huì )產(chǎn)生較大的影響。二是其測量裝置一次元件及引壓管路的堵塞問(wèn)題，一次元件本身的結構設計應該具有一定的防堵措施，以保證差壓信號的輸出。常規的補償是設置反吹裝置，由于沒(méi)有考慮好風(fēng)速管本身的結構問(wèn)題，要么吹掃起不到作用造成必然的堵塞，要么就是影響差壓正確輸出，使其無(wú)法投運，可用的風(fēng)量測量裝置必須解決好這兩方面問(wèn)題，流量的準確測量才可能實(shí)現。
１原風(fēng)量測量裝置存在的問(wèn)題
１．１ 運行暴露的主要問(wèn)題
某一項目現場(chǎng)原設計選用的是一種插入式雙文丘里管二氧化氯流量計。在實(shí)際使用過(guò)程中，每當鍋爐負荷變化時(shí)，差壓變送器就會(huì )反向工作，即調門(mén)減小，輸出增加，由此*終導致無(wú)法投入鍋爐和磨煤機的自動(dòng)運行。同時(shí)，輸出信號也不太穩定，偶爾出現時(shí)有時(shí)無(wú)的現象，導致差壓變送器輸出異常，給鍋爐運行帶來(lái)了很大的安全隱患。
１．２ 原因分析
現場(chǎng)的具體工況如圖１所示。磨煤機一次熱風(fēng)管道接自熱風(fēng)總管，其管道尺寸為８２０ｍｍ，經(jīng)調節風(fēng)門(mén)后管道變徑擴大為９２０ｍｍ，緊接著(zhù)在上部有冷風(fēng)管接入，* 后經(jīng)閘板門(mén)、混合風(fēng)調節門(mén)和直角彎頭轉向為垂直管道，再經(jīng)過(guò)膨脹節和變徑管后進(jìn)入磨煤機。
從流量測量角度講，影響流場(chǎng)的主要為熱風(fēng)調門(mén)、擴管、彎頭以及一次冷風(fēng)的混入，閘板門(mén)和混合風(fēng)調門(mén)由于運行時(shí)處于全開(kāi)狀態(tài)，影響可忽略，目前使用了單點(diǎn)雙文丘里管的測量方式，有以下問(wèn)題：
（１）由于雙文丘里自身的尺寸以及安裝空間原因，其安裝位置緊臨彎頭，這樣造成彎頭后流體運動(dòng)方向是斜向進(jìn)入二氧化氯流量計的，由于其本身不具有流體導向功能，導致測量信號波動(dòng)較大，無(wú)法輸出一個(gè)穩定的測量數值。
（２）從圖中可以看出，雙文丘里前方根本沒(méi)有直管段，其測量結果也基本上是不可信的隨機數值。
（３）由于直管段本身較短，加上前方影響流量測量的多種因素，會(huì )導致流場(chǎng)分布不均，單點(diǎn)的雙文丘里管二氧化氯流量計根本無(wú)法測到整個(gè)管道的平均流速，在負荷變化時(shí)，會(huì )導致反向運行結果（負荷增加，輸出減?。?，致使無(wú)法投入自動(dòng)運行或保護。
２新型流量裝置的開(kāi)發(fā)
根據多個(gè)現場(chǎng)實(shí)際運行情況的調研，結合目前該類(lèi)一次元件的使用時(shí)出現的問(wèn)題，開(kāi)發(fā)出了 ＦＷＺ－１１００Ｄ－ ＡＭ３－Ｄ９２０型多點(diǎn)截面式防堵型流量測量裝置，及與其相配套的正壓式在線(xiàn)防堵吹掃裝置。
２．１一次元件的特性
２．１．１ 大差壓信號
多點(diǎn)截面式防堵型二氧化氯流量計是基于動(dòng)、靜壓組合測量原理，動(dòng)壓測點(diǎn)產(chǎn)生高于管道介質(zhì)壓力的正壓，而靜壓測點(diǎn)產(chǎn)生低于管道介質(zhì)壓力負壓，二者組合后可實(shí)現增壓的目的，即差壓等于動(dòng)壓的２倍。
２．１．２ 來(lái)流方向校正功能
新二氧化氯流量計采用拋物面導向型結構作為動(dòng)壓測點(diǎn)，采用對稱(chēng)自補償型式的靜壓測點(diǎn)，可以有效地解決來(lái)流方向偏流時(shí)信號的穩定采集，來(lái)流偏離管道軸線(xiàn)時(shí)，可以維持輸出差壓基本不變，如圖２所示。
２．１．３ 有效的防堵功能
采用了多組動(dòng)壓和多組靜壓組合方式，動(dòng)壓組采用無(wú)阻礙型自清掃結構，靜壓組采用抽吸型自清掃結構，可實(shí)現自動(dòng)清掃。若介質(zhì)含塵量較大，可外配吹掃裝置進(jìn)行定期吹掃。
２．２ 一次元件的防堵設計
對于含有較大灰塵或風(fēng)粉混合的流體介質(zhì)，為了解決一次元件堵塞問(wèn)題，結合本產(chǎn)品使用特點(diǎn)，開(kāi)發(fā)了與一次元件配套的 ＬＦＣ系列正壓式防堵吹掃裝置，其采用了以下的防堵原理，有效地解決了吹掃對測量值的影響。
采用正壓吹掃原理是借鑒了腐蝕性液體吹氣式液位測量方法，如圖３所示，當液位為０時(shí)，壓縮空氣由于沒(méi)有受到阻力，直接排出，所以壓力計顯示為０；當液位升至一定高度時(shí)，由于流體靜壓的影響，在其*下端口會(huì )形成一個(gè)與液位深度和密度成正比的壓力，該壓力阻礙了氣體的流出，那么其核壓力大小就是壓力計所測到的值。
作為用于差壓式風(fēng)量測量裝置時(shí)，為了保證不影響正壓側和負壓側正確的差壓輸出，就需要在正負壓側設置兩個(gè)吹掃裝置。在實(shí)際應用時(shí)保證正負壓兩端的壓力損失一樣，把兩個(gè)吹掃量調成大小一致數值，如圖４所示。理論上講，該吹掃量越大越好，一次元件一定不會(huì )堵，但是，太大就會(huì )影響差壓的測量；當然，太小也不行，吹掃量太小時(shí)不能保證每個(gè)測量孔處的微正壓，就達不到防堵的目的，所以，吹掃量的大小取決于二氧化氯流量計的結構，需要相互匹配才能取得預期的效果。
３風(fēng)量測量裝置的改造方案
３．１ 安裝位置的調整
現場(chǎng)原有的安裝位置，無(wú)法滿(mǎn)足二氧化氯流量計正常工作的條件。根據新產(chǎn)品自身的特點(diǎn)，選用了一套磨煤機垂直管道專(zhuān)用的流量裝置，由３支多點(diǎn)導向防堵型二氧化氯流量計組合而成的 ＦＷＺ－１１００Ｄ－ＡＭ３－Ｄ９２０型多點(diǎn)截面式防堵型流量測量裝置，布置在垂直管道的膨脹節后，根據現場(chǎng)測量，該部分長(cháng)度為２００ｍｍ，可以滿(mǎn)足安裝條件，詳見(jiàn)圖５所示。
３．２ 多點(diǎn)測量平均輸出
從前面的分析可以看出，由于流量裝置前流場(chǎng)非常復雜，單點(diǎn)測量無(wú)法滿(mǎn)足現場(chǎng)使用要求，為此二氧化氯流量計的測量采用了其使用１８點(diǎn)防堵動(dòng)壓和３６點(diǎn)自補償式靜壓測點(diǎn)來(lái)進(jìn)行平均流速的測量，如圖６所示，可以滿(mǎn)足現場(chǎng)工況的要求，如實(shí)地反映負荷的變化情況。
新二氧化氯流量計安裝完成后，將三支二氧化氯流量計的正壓和負壓分別接至均壓容器后再送往差壓變送器。這樣有效解決了不同負荷不同流速下風(fēng)量的測量，另由于節流件采用流線(xiàn)型設計，壓損較小，安裝后對正常運行工況影響甚微。
３．３ 防堵問(wèn)題的解決方案
依據現場(chǎng)發(fā)生堵塞的實(shí)際情況不完全統計，風(fēng)量測量裝置本身的防堵性能差的占３０％左右，測量管路系統氣密性差的占７０％左右。
由于施工質(zhì)量等原因，從二氧化氯流量計到變送器的引壓管其氣密性無(wú)法完全保證，再加上測量介質(zhì)為低壓熱空氣，密度很小，只要引壓管有泄露點(diǎn)時(shí)，被測氣體裹挾著(zhù)灰塵進(jìn)入引壓管，在泄露點(diǎn)處集聚，長(cháng)此以往就形成了堵塞。
實(shí)際運行中發(fā)現，由上至下的垂直管道的測量更容易堵塞，特別是那些動(dòng)壓式二氧化氯流量計。所以，為了徹底解決堵塞隱患，本次流量裝置配套了 ＬＦＣ 系列正壓式防堵吹掃裝置，確保二氧化氯流量計的能夠正常工作。
３．４ 方案的管路連接系統圖
整個(gè)流量測量系統主要由測量測量裝置、均壓容器、防堵吹掃裝置及差壓變送器組成。其中吹掃裝置包括過(guò)濾減壓閥、二氧化氯流量計及調節閥等，詳細管路連接如圖 ７所示。
引言
燃煤鍋爐磨煤機入口風(fēng)量測量一直是困擾機組運行人員的大難題，其本身的重要性就不再贅述，就測量來(lái)講目前主要有兩個(gè)方面的問(wèn)題。
一是測量的準確性和重復性問(wèn)題。磨煤機入口前布置有熱風(fēng)調節門(mén)、變徑管及冷風(fēng)入口管，各種節流件及鍋爐負荷的變化對安裝在在內部的測量元件穩定輸出會(huì )產(chǎn)生較大的影響。二是其測量裝置一次元件及引壓管路的堵塞問(wèn)題，一次元件本身的結構設計應該具有一定的防堵措施，以保證差壓信號的輸出。常規的補償是設置反吹裝置，由于沒(méi)有考慮好風(fēng)速管本身的結構問(wèn)題，要么吹掃起不到作用造成必然的堵塞，要么就是影響差壓正確輸出，使其無(wú)法投運，可用的風(fēng)量測量裝置必須解決好這兩方面問(wèn)題，流量的準確測量才可能實(shí)現。
１原風(fēng)量測量裝置存在的問(wèn)題
１．１ 運行暴露的主要問(wèn)題
某一項目現場(chǎng)原設計選用的是一種插入式雙文丘里管二氧化氯流量計。在實(shí)際使用過(guò)程中，每當鍋爐負荷變化時(shí)，差壓變送器就會(huì )反向工作，即調門(mén)減小，輸出增加，由此*終導致無(wú)法投入鍋爐和磨煤機的自動(dòng)運行。同時(shí)，輸出信號也不太穩定，偶爾出現時(shí)有時(shí)無(wú)的現象，導致差壓變送器輸出異常，給鍋爐運行帶來(lái)了很大的安全隱患。
１．２ 原因分析
現場(chǎng)的具體工況如圖１所示。磨煤機一次熱風(fēng)管道接自熱風(fēng)總管，其管道尺寸為８２０ｍｍ，經(jīng)調節風(fēng)門(mén)后管道變徑擴大為９２０ｍｍ，緊接著(zhù)在上部有冷風(fēng)管接入，* 后經(jīng)閘板門(mén)、混合風(fēng)調節門(mén)和直角彎頭轉向為垂直管道，再經(jīng)過(guò)膨脹節和變徑管后進(jìn)入磨煤機。
從流量測量角度講，影響流場(chǎng)的主要為熱風(fēng)調門(mén)、擴管、彎頭以及一次冷風(fēng)的混入，閘板門(mén)和混合風(fēng)調門(mén)由于運行時(shí)處于全開(kāi)狀態(tài)，影響可忽略，目前使用了單點(diǎn)雙文丘里管的測量方式，有以下問(wèn)題：
（１）由于雙文丘里自身的尺寸以及安裝空間原因，其安裝位置緊臨彎頭，這樣造成彎頭后流體運動(dòng)方向是斜向進(jìn)入二氧化氯流量計的，由于其本身不具有流體導向功能，導致測量信號波動(dòng)較大，無(wú)法輸出一個(gè)穩定的測量數值。
（２）從圖中可以看出，雙文丘里前方根本沒(méi)有直管段，其測量結果也基本上是不可信的隨機數值。
（３）由于直管段本身較短，加上前方影響流量測量的多種因素，會(huì )導致流場(chǎng)分布不均，單點(diǎn)的雙文丘里管二氧化氯流量計根本無(wú)法測到整個(gè)管道的平均流速，在負荷變化時(shí)，會(huì )導致反向運行結果（負荷增加，輸出減?。?，致使無(wú)法投入自動(dòng)運行或保護。
２新型流量裝置的開(kāi)發(fā)
根據多個(gè)現場(chǎng)實(shí)際運行情況的調研，結合目前該類(lèi)一次元件的使用時(shí)出現的問(wèn)題，開(kāi)發(fā)出了 ＦＷＺ－１１００Ｄ－ ＡＭ３－Ｄ９２０型多點(diǎn)截面式防堵型流量測量裝置，及與其相配套的正壓式在線(xiàn)防堵吹掃裝置。
２．１一次元件的特性
２．１．１ 大差壓信號
多點(diǎn)截面式防堵型二氧化氯流量計是基于動(dòng)、靜壓組合測量原理，動(dòng)壓測點(diǎn)產(chǎn)生高于管道介質(zhì)壓力的正壓，而靜壓測點(diǎn)產(chǎn)生低于管道介質(zhì)壓力負壓，二者組合后可實(shí)現增壓的目的，即差壓等于動(dòng)壓的２倍。
２．１．２ 來(lái)流方向校正功能
新二氧化氯流量計采用拋物面導向型結構作為動(dòng)壓測點(diǎn)，采用對稱(chēng)自補償型式的靜壓測點(diǎn)，可以有效地解決來(lái)流方向偏流時(shí)信號的穩定采集，來(lái)流偏離管道軸線(xiàn)時(shí)，可以維持輸出差壓基本不變，如圖２所示。
２．１．３ 有效的防堵功能
采用了多組動(dòng)壓和多組靜壓組合方式，動(dòng)壓組采用無(wú)阻礙型自清掃結構，靜壓組采用抽吸型自清掃結構，可實(shí)現自動(dòng)清掃。若介質(zhì)含塵量較大，可外配吹掃裝置進(jìn)行定期吹掃。
２．２ 一次元件的防堵設計
對于含有較大灰塵或風(fēng)粉混合的流體介質(zhì)，為了解決一次元件堵塞問(wèn)題，結合本產(chǎn)品使用特點(diǎn)，開(kāi)發(fā)了與一次元件配套的 ＬＦＣ系列正壓式防堵吹掃裝置，其采用了以下的防堵原理，有效地解決了吹掃對測量值的影響。
采用正壓吹掃原理是借鑒了腐蝕性液體吹氣式液位測量方法，如圖３所示，當液位為０時(shí)，壓縮空氣由于沒(méi)有受到阻力，直接排出，所以壓力計顯示為０；當液位升至一定高度時(shí)，由于流體靜壓的影響，在其*下端口會(huì )形成一個(gè)與液位深度和密度成正比的壓力，該壓力阻礙了氣體的流出，那么其核壓力大小就是壓力計所測到的值。
作為用于差壓式風(fēng)量測量裝置時(shí)，為了保證不影響正壓側和負壓側正確的差壓輸出，就需要在正負壓側設置兩個(gè)吹掃裝置。在實(shí)際應用時(shí)保證正負壓兩端的壓力損失一樣，把兩個(gè)吹掃量調成大小一致數值，如圖４所示。理論上講，該吹掃量越大越好，一次元件一定不會(huì )堵，但是，太大就會(huì )影響差壓的測量；當然，太小也不行，吹掃量太小時(shí)不能保證每個(gè)測量孔處的微正壓，就達不到防堵的目的，所以，吹掃量的大小取決于二氧化氯流量計的結構，需要相互匹配才能取得預期的效果。
３風(fēng)量測量裝置的改造方案
３．１ 安裝位置的調整
現場(chǎng)原有的安裝位置，無(wú)法滿(mǎn)足二氧化氯流量計正常工作的條件。根據新產(chǎn)品自身的特點(diǎn)，選用了一套磨煤機垂直管道專(zhuān)用的流量裝置，由３支多點(diǎn)導向防堵型二氧化氯流量計組合而成的 ＦＷＺ－１１００Ｄ－ＡＭ３－Ｄ９２０型多點(diǎn)截面式防堵型流量測量裝置，布置在垂直管道的膨脹節后，根據現場(chǎng)測量，該部分長(cháng)度為２００ｍｍ，可以滿(mǎn)足安裝條件，詳見(jiàn)圖５所示。
３．２ 多點(diǎn)測量平均輸出
從前面的分析可以看出，由于流量裝置前流場(chǎng)非常復雜，單點(diǎn)測量無(wú)法滿(mǎn)足現場(chǎng)使用要求，為此二氧化氯流量計的測量采用了其使用１８點(diǎn)防堵動(dòng)壓和３６點(diǎn)自補償式靜壓測點(diǎn)來(lái)進(jìn)行平均流速的測量，如圖６所示，可以滿(mǎn)足現場(chǎng)工況的要求，如實(shí)地反映負荷的變化情況。
新二氧化氯流量計安裝完成后，將三支二氧化氯流量計的正壓和負壓分別接至均壓容器后再送往差壓變送器。這樣有效解決了不同負荷不同流速下風(fēng)量的測量，另由于節流件采用流線(xiàn)型設計，壓損較小，安裝后對正常運行工況影響甚微。
３．３ 防堵問(wèn)題的解決方案
依據現場(chǎng)發(fā)生堵塞的實(shí)際情況不完全統計，風(fēng)量測量裝置本身的防堵性能差的占３０％左右，測量管路系統氣密性差的占７０％左右。
由于施工質(zhì)量等原因，從二氧化氯流量計到變送器的引壓管其氣密性無(wú)法完全保證，再加上測量介質(zhì)為低壓熱空氣，密度很小，只要引壓管有泄露點(diǎn)時(shí)，被測氣體裹挾著(zhù)灰塵進(jìn)入引壓管，在泄露點(diǎn)處集聚，長(cháng)此以往就形成了堵塞。
實(shí)際運行中發(fā)現，由上至下的垂直管道的測量更容易堵塞，特別是那些動(dòng)壓式二氧化氯流量計。所以，為了徹底解決堵塞隱患，本次流量裝置配套了 ＬＦＣ 系列正壓式防堵吹掃裝置，確保二氧化氯流量計的能夠正常工作。
３．４ 方案的管路連接系統圖
整個(gè)流量測量系統主要由測量測量裝置、均壓容器、防堵吹掃裝置及差壓變送器組成。其中吹掃裝置包括過(guò)濾減壓閥、二氧化氯流量計及調節閥等，詳細管路連接如圖 ７所示。