旋進漩渦流量計在電站氫氣干燥系統(tǒng)中的改造應(yīng)用
摘要:介紹旋進漩渦式流量計在田灣核電站發(fā)電機氫氣干燥系統(tǒng)上的改造應(yīng)用,成功實現(xiàn)了復(fù)雜工況下低靜壓系統(tǒng)氫氣流量的長時間連續(xù)測量,對國內(nèi)電站在同類工藝的儀表選型及應(yīng)用具有一定的參考意義。
1 概述
田灣核電站汽輪發(fā)電機采用水—氫—氫冷卻,即:定子繞組采用水冷卻,轉(zhuǎn)子繞組用氫氣冷卻,鐵芯采用氫氣冷卻。
機組功率運行時通過氫氣干燥器控制發(fā)電機內(nèi)氫氣濕度在5%~20%范圍內(nèi),其流程如圖1所示。氫氣干燥器由兩路干燥罐組成,一路干燥罐干燥時,另一路干燥罐再生,干燥罐再生時通過干燥罐內(nèi)的電加熱器蒸發(fā)干燥劑內(nèi)的水分,蒸發(fā)的水分隨氫氣通過再生管線排出,干燥罐再生時通過手動調(diào)節(jié)再生管線上流量計的流量在8~12m3/h范圍內(nèi),從而使再生罐內(nèi)的干燥劑充分再生。系統(tǒng)中的磁力風(fēng)機用以提升氫氣的入口壓力,原系統(tǒng)使用玻璃管浮子式流量計測量再生管線氫氣流量。
圖1 田灣核電站氫氣干燥器系統(tǒng)流程圖
由于氫氣系統(tǒng)內(nèi)含有大量密封油和水等雜質(zhì),浮子流量計無法實現(xiàn)對系統(tǒng)長時間連續(xù)穩(wěn)定的流量測量,同時玻璃管浮子流量計存在爆裂的風(fēng)險,給機組的安全穩(wěn)定運行增加了風(fēng)險。
2 問題提出
氫氣干燥器系統(tǒng)原來使用的再生管線流量計為純機械顯示式的,管內(nèi)有一浮子,浮子根據(jù)流量計兩端介質(zhì)的壓差上下浮動,從而實現(xiàn)氣體流量的測量;機械式浮子流量計在使用過程中出現(xiàn)過以下問題:
(1)玻璃管流量計內(nèi)膽由玻璃管組成,浮子位于管內(nèi),系統(tǒng)正常運行時,由于系統(tǒng)內(nèi)含有水和油等雜質(zhì),造成玻璃管熱脹冷縮,系統(tǒng)長時間運行后流量計的玻璃管內(nèi)膽上會出現(xiàn)裂紋,造成氫氣泄漏,如遇火花或靜電時將造成氫氣爆炸的嚴重后果。
2010年5月4日田灣核電站1號機組功率運行期間發(fā)生了玻璃管流量計內(nèi)膽破碎,造成大量氫氣泄漏到廠房內(nèi),機組快速甩負荷;因此玻璃管流量計在氫氣干燥器上使用存在著巨大的工業(yè)安全隱患。
(2)氫氣干燥器正常運行時有兩種工作模式:系統(tǒng)中的磁力風(fēng)機投運和磁力風(fēng)機未投運。
當(dāng)氫氣濕度低于5%時,手動停運磁力風(fēng)機,此時氫氣的干燥循環(huán)由發(fā)電機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動提供動力,流量計兩端的壓差約為0.02MPa;當(dāng)氫氣濕度大于20%時,手動投運磁力風(fēng)機,磁力風(fēng)機能夠提升流量計兩端的壓差約為0.015MPa,因此流量計兩端的壓差約為0.035MPa。
田灣核電站發(fā)電機內(nèi)氫氣使用透平油進行密封,由于油壓大于氫壓,氫氣在循環(huán)干燥過程中會將部分油質(zhì)帶入氫氣干燥器系統(tǒng)中,造成氫氣干燥系統(tǒng)內(nèi)含有大量的油質(zhì),氫氣通過浮子流量計時氣體中的油質(zhì)會粘附在流量計內(nèi)的浮子上,經(jīng)長時間積累形成油垢,增加了浮子本身的重量,浮子能夠正常浮起的*小壓差也隨之增大;當(dāng)浮子與油垢的重量增加到0.02MPa以上,在氫氣的濕度低于5%,停運磁力風(fēng)機的工作模式下,浮子流量計無法實現(xiàn)測量功能;當(dāng)浮子與油垢的重量增加到0.035MPa以上,即使投運磁力風(fēng)機,浮子流量計無法測量出氫氣流量。
當(dāng)大量雜質(zhì)粘附在浮子上,造成浮子流量計無法測量氫氣流量時,需在線隔離氫氣干燥器系統(tǒng)清洗浮子,降低了氫氣干燥器系統(tǒng)的可用率,對機組安全穩(wěn)定運行增加了風(fēng)險。
氫氣干燥系統(tǒng)使用的玻璃管式浮子流量計既無法滿足現(xiàn)場的工業(yè)安全要求也無法實現(xiàn)在復(fù)雜系統(tǒng)中長時間連續(xù)準(zhǔn)確測量氫氣流量的功能。為解決上述問題,需使用合適的流量計替代玻璃管浮子流量計。
3 流量計的選型
根據(jù)現(xiàn)場的工業(yè)安全要求,*先選用了金屬管浮子流量計替代玻璃管浮子流量計,金屬管式浮子流量計由金屬管和浮子及指針組成,當(dāng)有氣體流過時,浮子浮動,通過磁性帶動指針,顯示當(dāng)前氣體流量;將金屬式浮子流量計安裝到現(xiàn)場并驗證,在氫氣干燥器剛剛投運且磁力風(fēng)機未投運模式下,金屬管式流量計無法實現(xiàn)流量測量;在磁力風(fēng)機投運模式下,金屬管式流量計可以準(zhǔn)確測量氫氣流量。
根據(jù)現(xiàn)場的試驗結(jié)果,由于金屬管式浮子流量計浮子重量超過了磁力風(fēng)機未投運時流量計兩端的壓差,金屬管式浮子流量計無法實現(xiàn)正常測量,因此金屬管式流量計不能滿足現(xiàn)場使用要求。
考慮到系統(tǒng)的靜壓差小的特點,重新選用了防爆型旋進漩渦式流量計,旋進漩渦流量計通流管道采用鑄鋁合金材料,滿足系統(tǒng)的防爆安全要求;旋進漩渦流量計由漩渦發(fā)生體、殼體、智能流量計積算儀、溫度傳感器、壓力傳感器、壓電晶體傳感器、消旋器7個基本部件組成,流量傳感器的流通剖面類似文丘利管的型線(圖2)。
圖2 旋進漩渦流量計剖面圖
在入口側(cè)安放一組螺旋型導(dǎo)流葉片,當(dāng)流體進入流量傳感器時,導(dǎo)流葉片迫使流體產(chǎn)生劇烈的旋渦流。當(dāng)流體進入擴散段時,旋渦流受到回流的作用,開始作二次旋轉(zhuǎn),形成陀螺式的渦流進動現(xiàn)象。該進動頻率與流量大小成正比,不受流體物理性質(zhì)和密度的影響,檢測元件測得流體二次旋轉(zhuǎn)進動頻率就能在較寬的流量范圍內(nèi)獲得良好的線性度。信號經(jīng)前置放大器放大、濾波、整形轉(zhuǎn)換為與流速成正比的脈沖信號,然后再與溫度、壓力等檢測信號一起被送往微處理器進行積算處理,*后在液晶顯示屏上顯示出測量值。
4 現(xiàn)場應(yīng)用
旋進漩渦式流量計公稱直徑規(guī)格可在15~200mm選擇,可實現(xiàn)1~3600m3/h的流量測量;田灣核電站氫氣干燥器再生管線的流量要求在8~12m3/h范圍內(nèi),為使儀表測量準(zhǔn)確,選擇了公稱直徑20mm的旋進漩渦式流量計,測量范圍1.5~15m3/h,儀表精度等級1.0;為驗證流量計的可用性,在流量計安裝到氫氣干燥器再生管線后(如圖3),進行了相關(guān)試驗,為保證測量結(jié)果的準(zhǔn)確性,在流量計安裝前委托有相關(guān)資質(zhì)的計量單位對旋進漩渦流量計進行了標(biāo)定,標(biāo)定結(jié)果合格,在流量計誤差精度范圍內(nèi)。
圖3 旋進漩渦流量計安裝圖
氫氣干燥器系統(tǒng)剛投運:在磁力風(fēng)機停運模式下,手動調(diào)節(jié)流量計流量,可以將再生流量調(diào)節(jié)到系統(tǒng)運行要求的8~12m3/h范圍內(nèi);在磁力風(fēng)機投運模式下,手動調(diào)節(jié)流量計流量,再生流量能夠調(diào)節(jié)到8~12m3/h范圍內(nèi)。
從試驗的結(jié)果可以驗證旋進漩渦式流量計在氫氣干燥器系統(tǒng)剛投運時能夠準(zhǔn)確測量兩種工作模式下再生管線的氫氣流量。
在氫氣干燥器系統(tǒng)連續(xù)運行3個月后,對旋進漩渦式流量計進行相關(guān)試驗,試驗結(jié)果與氫氣干燥器系統(tǒng)剛投運時的試驗結(jié)果一致,即在氫氣干燥器系統(tǒng)運行3個月后,旋進漩渦式流量計仍可準(zhǔn)確測量兩種工作模式下再生管線氫氣流量。
為進一步驗證旋進漩渦式流量計的可用性,分別在氫氣干燥器系統(tǒng)投運6個月、9個月、12個月對旋進漩渦式流量計進行相關(guān)試驗。試驗結(jié)果見表1。
表1 旋進漩渦式流量計在氫氣干燥器系統(tǒng)的試驗結(jié)果
從試驗結(jié)果可以看出:
旋進漩渦式流量計在氫氣干燥器運行的一年時間內(nèi),工作情況穩(wěn)定,能夠滿足在復(fù)雜工況系統(tǒng)中準(zhǔn)確測量氣體的流量;儀表運行12個月后,為驗證儀表測量的準(zhǔn)確性,對流量計進行了重新標(biāo)定,標(biāo)定結(jié)果合格,說明試驗過程流量計測量的數(shù)據(jù)真實準(zhǔn)確。因此旋進漩渦式流量計滿足了田灣核電站氫氣干燥器現(xiàn)場使用的要求,旋進漩渦式流量計選型是成功的。
5 結(jié)束語
旋進漩渦式流量計在田灣核電站屬*次應(yīng)用,經(jīng)過現(xiàn)場的驗證旋進漩渦式流量計可以實現(xiàn)復(fù)雜低靜壓氣體系統(tǒng)的長時間連續(xù)流量測量,對于石油、化工、電力、冶金、城市供氣等行業(yè)各種氣體流量測量中特別是測量介質(zhì)比較復(fù)雜的系統(tǒng)可參考使用。
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