探究不同類型管道對給水管流量計(jì)測量的影響

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(yùn)行的難題，設(shè)計(jì)開發(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(jī)入口混合風(fēng)測量的穩(wěn)定性和防堵性，并在實(shí)際運(yùn)行中得到了驗(yàn)證。
引言
燃煤鍋爐磨煤機(jī)入口風(fēng)量測量一直是困擾機(jī)組運(yùn)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(gè)方面的問題。
一是測量的準(zhǔn)確性和重復(fù)性問題。磨煤機(jī)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(fù)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(jì)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(bǔ)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(yùn)，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(zhǔn)確測量才可能實(shí)現(xiàn)。
１原風(fēng)量測量裝置存在的問題
１．１ 運(yùn)行暴露的主要問題
某一項(xiàng)目現(xiàn)場原設(shè)計(jì)選用的是一種插入式雙文丘里管給水管流量計(jì)。在實(shí)際使用過程中，每當(dāng)鍋爐負(fù)荷變化時(shí)，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(jī)的自動(dòng)運(yùn)行。同時(shí)，輸出信號也不太穩(wěn)定，偶爾出現(xiàn)時(shí)有時(shí)無的現(xiàn)象，導(dǎo)致差壓變送器輸出異常，給鍋爐運(yùn)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(jī)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(kuò)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?yàn)榇怪惫艿?，再?jīng)過膨脹節(jié)和變徑管后進(jìn)入磨煤機(jī)。
從流量測量角度講，影響流場的主要為熱風(fēng)調(diào)門、擴(kuò)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(yùn)行時(shí)處于全開狀態(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(yùn)動(dòng)方向是斜向進(jìn)入給水管流量計(jì)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(dòng)較大，無法輸出一個(gè)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(jī)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(diǎn)的雙文丘里管給水管流量計(jì)根本無法測到整個(gè)管道的平均流速，在負(fù)荷變化時(shí)，會導(dǎo)致反向運(yùn)行結(jié)果（負(fù)荷增加，輸出減小），致使無法投入自動(dòng)運(yùn)行或保護(hù)。
２新型流量裝置的開發(fā)
根據(jù)多個(gè)現(xiàn)場實(shí)際運(yùn)行情況的調(diào)研，結(jié)合目前該類一次元件的使用時(shí)出現(xiàn)的問題，開發(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)截面式防堵型給水管流量計(jì)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(fù)壓，二者組合后可實(shí)現(xiàn)增壓的目的，即差壓等于動(dòng)壓的２倍。
２．１．２ 來流方向校正功能
新給水管流量計(jì)采用拋物面導(dǎo)向型結(jié)構(gòu)作為動(dòng)壓測點(diǎn)，采用對稱自補(bǔ)償型式的靜壓測點(diǎn)，可以有效地解決來流方向偏流時(shí)信號的穩(wěn)定采集，來流偏離管道軸線時(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(shí)現(xiàn)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(shè)計(jì)
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(diǎn)，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(shí)，壓縮空氣由于沒有受到阻力，直接排出，所以壓力計(jì)顯示為０；當(dāng)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(jì)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(cè)和負(fù)壓側(cè)正確的差壓輸出，就需要在正負(fù)壓側(cè)設(shè)置兩個(gè)吹掃裝置。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)保證正負(fù)壓兩端的壓力損失一樣，把兩個(gè)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(shí)不能保證每個(gè)測量孔處的微正壓，就達(dá)不到防堵的目的，所以，吹掃量的大小取決于給水管流量計(jì)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，無法滿足給水管流量計(jì)正常工作的條件。根據(jù)新產(chǎn)品自身的特點(diǎn)，選用了一套磨煤機(jī)垂直管道專用的流量裝置，由３支多點(diǎn)導(dǎo)向防堵型給水管流量計(jì)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(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(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非常復(fù)雜，單點(diǎn)測量無法滿足現(xiàn)場使用要求，為此給水管流量計(jì)的測量采用了其使用１８點(diǎn)防堵動(dòng)壓和３６點(diǎn)自補(bǔ)償式靜壓測點(diǎn)來進(jìn)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(shí)地反映負(fù)荷的變化情況。
新給水管流量計(jì)安裝完成后，將三支給水管流量計(jì)的正壓和負(fù)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(fù)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(jì)，壓損較小，安裝后對正常運(yùn)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(shí)際情況不完全統(tǒng)計(jì)，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，從給水管流量計(jì)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(diǎn)時(shí)，被測氣體裹挾著灰塵進(jìn)入引壓管，在泄露點(diǎn)處集聚，長此以往就形成了堵塞。
實(shí)際運(yùn)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(dòng)壓式給水管流量計(jì)。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，確保給水管流量計(jì)的能夠正常工作。
３．４ 方案的管路連接系統(tǒng)圖
整個(gè)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、給水管流量計(jì)及調(diào)節(jié)閥等，詳細(xì)管路連接如圖 ７所示。