探究不同類型管道對二氧化氯流量計測量的影響
點擊次數(shù)：1659 發(fā)布時間：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化運行的難題，設(shè)計開發(fā)了一種新型多點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(wěn)定性和防堵性，并在實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，就測量來講目前主要有兩個方面的問題。
一是測量的準確性和重復(fù)性問題。磨煤機入口前布置有熱風(fēng)調(diào)節(jié)門、變徑管及冷風(fēng)入口管，各種節(jié)流件及鍋爐負荷的變化對安裝在在內(nèi)部的測量元件穩(wěn)定輸出會產(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題，一次元件本身的結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)該具有一定的防堵措施，以保證差壓信號的輸出。常規(guī)的補償是設(shè)置反吹裝置，由于沒有考慮好風(fēng)速管本身的結(jié)構(gòu)問題，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，使其無法投運，可用的風(fēng)量測量裝置必須解決好這兩方面問題，流量的準確測量才可能實現(xiàn)。
１原風(fēng)量測量裝置存在的問題
１．１ 運行暴露的主要問題
某一項目現(xiàn)場原設(shè)計選用的是一種插入式雙文丘里管二氧化氯流量計。在實際使用過程中，每當(dāng)鍋爐負荷變化時，差壓變送器就會反向工作，即調(diào)門減小，輸出增加，由此*終導(dǎo)致無法投入鍋爐和磨煤機的自動運行。同時，輸出信號也不太穩(wěn)定，偶爾出現(xiàn)時有時無的現(xiàn)象，導(dǎo)致差壓變送器輸出異常，給鍋爐運行帶來了很大的安全隱患。
１．２ 原因分析
現(xiàn)場的具體工況如圖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(diào)節(jié)風(fēng)門后管道變徑擴大為９２０ｍｍ，緊接著在上部有冷風(fēng)管接入，* 后經(jīng)閘板門、混合風(fēng)調(diào)節(jié)門和直角彎頭轉(zhuǎn)向為垂直管道，再經(jīng)過膨脹節(jié)和變徑管后進入磨煤機。
從流量測量角度講，影響流場的主要為熱風(fēng)調(diào)門、擴管、彎頭以及一次冷風(fēng)的混入，閘板門和混合風(fēng)調(diào)門由于運行時處于全開狀態(tài)，影響可忽略，目前使用了單點雙文丘里管的測量方式，有以下問題：
（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方向是斜向進入二氧化氯流量計的，由于其本身不具有流體導(dǎo)向功能，導(dǎo)致測量信號波動較大，無法輸出一個穩(wěn)定的測量數(shù)值。
（２）從圖中可以看出，雙文丘里前方根本沒有直管段，其測量結(jié)果也基本上是不可信的隨機數(shù)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，會導(dǎo)致流場分布不均，單點的雙文丘里管二氧化氯流量計根本無法測到整個管道的平均流速，在負荷變化時，會導(dǎo)致反向運行結(jié)果（負荷增加，輸出減小），致使無法投入自動運行或保護。
２新型流量裝置的開發(fā)
根據(jù)多個現(xiàn)場實際運行情況的調(diào)研，結(jié)合目前該類一次元件的使用時出現(xiàn)的問題，開發(fā)出了 ＦＷＺ－１１００Ｄ－ ＡＭ３－Ｄ９２０型多點截面式防堵型流量測量裝置，及與其相配套的正壓式在線防堵吹掃裝置。
２．１一次元件的特性
２．１．１ 大差壓信號
多點截面式防堵型二氧化氯流量計是基于動、靜壓組合測量原理，動壓測點產(chǎn)生高于管道介質(zhì)壓力的正壓，而靜壓測點產(chǎn)生低于管道介質(zhì)壓力負壓，二者組合后可實現(xiàn)增壓的目的，即差壓等于動壓的２倍。
２．１．２ 來流方向校正功能
新二氧化氯流量計采用拋物面導(dǎo)向型結(jié)構(gòu)作為動壓測點，采用對稱自補償型式的靜壓測點，可以有效地解決來流方向偏流時信號的穩(wěn)定采集，來流偏離管道軸線時，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
采用了多組動壓和多組靜壓組合方式，動壓組采用無阻礙型自清掃結(jié)構(gòu)，靜壓組采用抽吸型自清掃結(jié)構(gòu)，可實現(xiàn)自動清掃。若介質(zhì)含塵量較大，可外配吹掃裝置進行定期吹掃。
２．２ 一次元件的防堵設(shè)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題，結(jié)合本產(chǎn)品使用特點，開發(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(dāng)液位為０時，壓縮空氣由于沒有受到阻力，直接排出，所以壓力計顯示為０；當(dāng)液位升至一定高度時，由于流體靜壓的影響，在其*下端口會形成一個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，為了保證不影響正壓側(cè)和負壓側(cè)正確的差壓輸出，就需要在正負壓側(cè)設(shè)置兩個吹掃裝置。在實際應(yīng)用時保證正負壓兩端的壓力損失一樣，把兩個吹掃量調(diào)成大小一致數(shù)值，如圖４所示。理論上講，該吹掃量越大越好，一次元件一定不會堵，但是，太大就會影響差壓的測量；當(dāng)然，太小也不行，吹掃量太小時不能保證每個測量孔處的微正壓，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(jié)構(gòu)，需要相互匹配才能取得預(yù)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(diào)整
現(xiàn)場原有的安裝位置，無法滿足二氧化氯流量計正常工作的條件。根據(jù)新產(chǎn)品自身的特點，選用了一套磨煤機垂直管道專用的流量裝置，由３支多點導(dǎo)向防堵型二氧化氯流量計組合而成的 ＦＷＺ－１１００Ｄ－ＡＭ３－Ｄ９２０型多點截面式防堵型流量測量裝置，布置在垂直管道的膨脹節(jié)后，根據(jù)現(xiàn)場測量，該部分長度為２００ｍｍ，可以滿足安裝條件，詳見圖５所示。
３．２ 多點測量平均輸出
從前面的分析可以看出，由于流量裝置前流場非常復(fù)雜，單點測量無法滿足現(xiàn)場使用要求，為此二氧化氯流量計的測量采用了其使用１８點防堵動壓和３６點自補償式靜壓測點來進行平均流速的測量，如圖６所示，可以滿足現(xiàn)場工況的要求，如實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(jié)流件采用流線型設(shè)計，壓損較小，安裝后對正常運行工況影響甚微。
３．３ 防堵問題的解決方案
依據(jù)現(xiàn)場發(fā)生堵塞的實際情況不完全統(tǒng)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(tǒng)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時，被測氣體裹挾著灰塵進入引壓管，在泄露點處集聚，長此以往就形成了堵塞。
實際運行中發(fā)現(xiàn)，由上至下的垂直管道的測量更容易堵塞，特別是那些動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(tǒng)圖
整個流量測量系統(tǒng)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濾減壓閥、二氧化氯流量計及調(diào)節(jié)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，就測量來講目前主要有兩個方面的問題。
一是測量的準確性和重復(fù)性問題。磨煤機入口前布置有熱風(fēng)調(diào)節(jié)門、變徑管及冷風(fēng)入口管，各種節(jié)流件及鍋爐負荷的變化對安裝在在內(nèi)部的測量元件穩(wěn)定輸出會產(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題，一次元件本身的結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)該具有一定的防堵措施，以保證差壓信號的輸出。常規(guī)的補償是設(shè)置反吹裝置，由于沒有考慮好風(fēng)速管本身的結(jié)構(gòu)問題，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，使其無法投運，可用的風(fēng)量測量裝置必須解決好這兩方面問題，流量的準確測量才可能實現(xiàn)。
１原風(fēng)量測量裝置存在的問題
１．１ 運行暴露的主要問題
某一項目現(xiàn)場原設(shè)計選用的是一種插入式雙文丘里管二氧化氯流量計。在實際使用過程中，每當(dāng)鍋爐負荷變化時，差壓變送器就會反向工作，即調(diào)門減小，輸出增加，由此*終導(dǎo)致無法投入鍋爐和磨煤機的自動運行。同時，輸出信號也不太穩(wěn)定，偶爾出現(xiàn)時有時無的現(xiàn)象，導(dǎo)致差壓變送器輸出異常，給鍋爐運行帶來了很大的安全隱患。
１．２ 原因分析
現(xiàn)場的具體工況如圖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(diào)節(jié)風(fēng)門后管道變徑擴大為９２０ｍｍ，緊接著在上部有冷風(fēng)管接入，* 后經(jīng)閘板門、混合風(fēng)調(diào)節(jié)門和直角彎頭轉(zhuǎn)向為垂直管道，再經(jīng)過膨脹節(jié)和變徑管后進入磨煤機。
從流量測量角度講，影響流場的主要為熱風(fēng)調(diào)門、擴管、彎頭以及一次冷風(fēng)的混入，閘板門和混合風(fēng)調(diào)門由于運行時處于全開狀態(tài)，影響可忽略，目前使用了單點雙文丘里管的測量方式，有以下問題：
（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方向是斜向進入二氧化氯流量計的，由于其本身不具有流體導(dǎo)向功能，導(dǎo)致測量信號波動較大，無法輸出一個穩(wěn)定的測量數(shù)值。
（２）從圖中可以看出，雙文丘里前方根本沒有直管段，其測量結(jié)果也基本上是不可信的隨機數(shù)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，會導(dǎo)致流場分布不均，單點的雙文丘里管二氧化氯流量計根本無法測到整個管道的平均流速，在負荷變化時，會導(dǎo)致反向運行結(jié)果（負荷增加，輸出減小），致使無法投入自動運行或保護。
２新型流量裝置的開發(fā)
根據(jù)多個現(xiàn)場實際運行情況的調(diào)研，結(jié)合目前該類一次元件的使用時出現(xiàn)的問題，開發(fā)出了 ＦＷＺ－１１００Ｄ－ ＡＭ３－Ｄ９２０型多點截面式防堵型流量測量裝置，及與其相配套的正壓式在線防堵吹掃裝置。
２．１一次元件的特性
２．１．１ 大差壓信號
多點截面式防堵型二氧化氯流量計是基于動、靜壓組合測量原理，動壓測點產(chǎn)生高于管道介質(zhì)壓力的正壓，而靜壓測點產(chǎn)生低于管道介質(zhì)壓力負壓，二者組合后可實現(xiàn)增壓的目的，即差壓等于動壓的２倍。
２．１．２ 來流方向校正功能
新二氧化氯流量計采用拋物面導(dǎo)向型結(jié)構(gòu)作為動壓測點，采用對稱自補償型式的靜壓測點，可以有效地解決來流方向偏流時信號的穩(wěn)定采集，來流偏離管道軸線時，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
采用了多組動壓和多組靜壓組合方式，動壓組采用無阻礙型自清掃結(jié)構(gòu)，靜壓組采用抽吸型自清掃結(jié)構(gòu)，可實現(xiàn)自動清掃。若介質(zhì)含塵量較大，可外配吹掃裝置進行定期吹掃。
２．２ 一次元件的防堵設(shè)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題，結(jié)合本產(chǎn)品使用特點，開發(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(dāng)液位為０時，壓縮空氣由于沒有受到阻力，直接排出，所以壓力計顯示為０；當(dāng)液位升至一定高度時，由于流體靜壓的影響，在其*下端口會形成一個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，為了保證不影響正壓側(cè)和負壓側(cè)正確的差壓輸出，就需要在正負壓側(cè)設(shè)置兩個吹掃裝置。在實際應(yīng)用時保證正負壓兩端的壓力損失一樣，把兩個吹掃量調(diào)成大小一致數(shù)值，如圖４所示。理論上講，該吹掃量越大越好，一次元件一定不會堵，但是，太大就會影響差壓的測量；當(dāng)然，太小也不行，吹掃量太小時不能保證每個測量孔處的微正壓，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(jié)構(gòu)，需要相互匹配才能取得預(yù)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(diào)整
現(xiàn)場原有的安裝位置，無法滿足二氧化氯流量計正常工作的條件。根據(jù)新產(chǎn)品自身的特點，選用了一套磨煤機垂直管道專用的流量裝置，由３支多點導(dǎo)向防堵型二氧化氯流量計組合而成的 ＦＷＺ－１１００Ｄ－ＡＭ３－Ｄ９２０型多點截面式防堵型流量測量裝置，布置在垂直管道的膨脹節(jié)后，根據(jù)現(xiàn)場測量，該部分長度為２００ｍｍ，可以滿足安裝條件，詳見圖５所示。
３．２ 多點測量平均輸出
從前面的分析可以看出，由于流量裝置前流場非常復(fù)雜，單點測量無法滿足現(xiàn)場使用要求，為此二氧化氯流量計的測量采用了其使用１８點防堵動壓和３６點自補償式靜壓測點來進行平均流速的測量，如圖６所示，可以滿足現(xiàn)場工況的要求，如實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(jié)流件采用流線型設(shè)計，壓損較小，安裝后對正常運行工況影響甚微。
３．３ 防堵問題的解決方案
依據(jù)現(xiàn)場發(fā)生堵塞的實際情況不完全統(tǒng)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(tǒng)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時，被測氣體裹挾著灰塵進入引壓管，在泄露點處集聚，長此以往就形成了堵塞。
實際運行中發(fā)現(xiàn)，由上至下的垂直管道的測量更容易堵塞，特別是那些動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(tǒng)圖
整個流量測量系統(tǒng)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濾減壓閥、二氧化氯流量計及調(diào)節(jié)閥等，詳細管路連接如圖 ７所示。