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探究不同類型管道對衛(wèi)生渦輪流量計測量的影響
點擊次數(shù)：1853 發(fā)布時間：2021-01-13 17:38:54
摘要：大、中型管道小直管段風量測量是影響鍋爐自動化運行的難題，設計開發(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性問題。磨煤機入口前布置有熱風調節(jié)門、變徑管及冷風入口管，各種節(jié)流件及鍋爐負荷的變化對安裝在在內部的測量元件穩(wěn)定輸出會產生較大的影響。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(guī)的補償是設置反吹裝置，由于沒有考慮好風速管本身的結構問題，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)場原設計選用的是一種插入式雙文丘里管衛(wèi)生渦輪流量計。在實際使用過程中，每當鍋爐負荷變化時，差壓變送器就會反向工作，即調門減小，輸出增加，由此*終導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。磨煤機一次熱風管道接自熱風總管，其管道尺寸為８２０ｍｍ，經調節(jié)風門后管道變徑擴大為９２０ｍｍ，緊接著在上部有冷風管接入，* 后經閘板門、混合風調節(jié)門和直角彎頭轉向為垂直管道，再經過膨脹節(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調門、擴管、彎頭以及一次冷風的混入，閘板門和混合風調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衛(wèi)生渦輪流量計的，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，會導致流場分布不均，單點的雙文丘里管衛(wèi)生渦輪流量計根本無法測到整個管道的平均流速，在負荷變化時，會導致反向運行結果（負荷增加，輸出減?。率篃o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研，結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
多點截面式防堵型衛(wèi)生渦輪流量計是基于動、靜壓組合測量原理，動壓測點產生高于管道介質壓力的正壓，而靜壓測點產生低于管道介質壓力負壓，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
新衛(wèi)生渦輪流量計采用拋物面導向型結構作為動壓測點，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構，靜壓組采用抽吸型自清掃結構，可實現(xiàn)自動清掃。若介質含塵量較大，可外配吹掃裝置進行定期吹掃。
２．２ 一次元件的防堵設計
對于含有較大灰塵或風粉混合的流體介質，為了解決一次元件堵塞問題，結合本產品使用特點，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。
作為用于差壓式風量測量裝置時，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吹掃裝置。在實際應用時保證正負壓兩端的壓力損失一樣，把兩個吹掃量調成大小一致數(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衛(wèi)生渦輪流量計的結構，需要相互匹配才能取得預期的效果。
３風量測量裝置的改造方案
３．１ 安裝位置的調整
現(xiàn)場原有的安裝位置，無法滿足衛(wèi)生渦輪流量計正常工作的條件。根據(jù)新產品自身的特點，選用了一套磨煤機垂直管道專用的流量裝置，由３支多點導向防堵型衛(wèi)生渦輪流量計組合而成的 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雜，單點測量無法滿足現(xiàn)場使用要求，為此衛(wèi)生渦輪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。
新衛(wèi)生渦輪流量計安裝完成后，將三支衛(wèi)生渦輪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量的測量，另由于節(jié)流件采用流線型設計，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。
由于施工質量等原因，從衛(wèi)生渦輪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，特別是那些動壓式衛(wèi)生渦輪流量計。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，確保衛(wèi)生渦輪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、衛(wèi)生渦輪流量計及調節(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性問題。磨煤機入口前布置有熱風調節(jié)門、變徑管及冷風入口管，各種節(jié)流件及鍋爐負荷的變化對安裝在在內部的測量元件穩(wěn)定輸出會產生較大的影響。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(guī)的補償是設置反吹裝置，由于沒有考慮好風速管本身的結構問題，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)場原設計選用的是一種插入式雙文丘里管衛(wèi)生渦輪流量計。在實際使用過程中，每當鍋爐負荷變化時，差壓變送器就會反向工作，即調門減小，輸出增加，由此*終導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。磨煤機一次熱風管道接自熱風總管，其管道尺寸為８２０ｍｍ，經調節(jié)風門后管道變徑擴大為９２０ｍｍ，緊接著在上部有冷風管接入，* 后經閘板門、混合風調節(jié)門和直角彎頭轉向為垂直管道，再經過膨脹節(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調門、擴管、彎頭以及一次冷風的混入，閘板門和混合風調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衛(wèi)生渦輪流量計的，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，會導致流場分布不均，單點的雙文丘里管衛(wèi)生渦輪流量計根本無法測到整個管道的平均流速，在負荷變化時，會導致反向運行結果（負荷增加，輸出減?。率篃o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研，結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
多點截面式防堵型衛(wèi)生渦輪流量計是基于動、靜壓組合測量原理，動壓測點產生高于管道介質壓力的正壓，而靜壓測點產生低于管道介質壓力負壓，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
新衛(wèi)生渦輪流量計采用拋物面導向型結構作為動壓測點，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構，靜壓組采用抽吸型自清掃結構，可實現(xiàn)自動清掃。若介質含塵量較大，可外配吹掃裝置進行定期吹掃。
２．２ 一次元件的防堵設計
對于含有較大灰塵或風粉混合的流體介質，為了解決一次元件堵塞問題，結合本產品使用特點，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。
作為用于差壓式風量測量裝置時，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吹掃裝置。在實際應用時保證正負壓兩端的壓力損失一樣，把兩個吹掃量調成大小一致數(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衛(wèi)生渦輪流量計的結構，需要相互匹配才能取得預期的效果。
３風量測量裝置的改造方案
３．１ 安裝位置的調整
現(xiàn)場原有的安裝位置，無法滿足衛(wèi)生渦輪流量計正常工作的條件。根據(jù)新產品自身的特點，選用了一套磨煤機垂直管道專用的流量裝置，由３支多點導向防堵型衛(wèi)生渦輪流量計組合而成的 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雜，單點測量無法滿足現(xiàn)場使用要求，為此衛(wèi)生渦輪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。
新衛(wèi)生渦輪流量計安裝完成后，將三支衛(wèi)生渦輪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量的測量，另由于節(jié)流件采用流線型設計，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。
由于施工質量等原因，從衛(wèi)生渦輪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，特別是那些動壓式衛(wèi)生渦輪流量計。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，確保衛(wèi)生渦輪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、衛(wèi)生渦輪流量計及調節(jié)閥等，詳細管路連接如圖 ７所示。
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