0 引言

儀表自動化技術是火力發(fā)電廠智能化的一個重要組成部分，也是實現(xiàn)火力發(fā)電廠建設方針的核心�；鹆Πl(fā)電工藝過程控制中，流量的測量是非常關鍵的一個指標。流量同溫度、壓力、重量、物位等參數(shù)一樣是工業(yè)生產(chǎn)過程的重要參數(shù)，直接或間接參與生產(chǎn)控制，依據(jù)這些參數(shù)對生產(chǎn)流程進行監(jiān)督和控制，對提高產(chǎn)品的質(zhì)量與產(chǎn)量，保障生產(chǎn)安全，改進生產(chǎn)工藝，改善生產(chǎn)條件等方面有著重要意義。工藝過程控制中的介質(zhì)類型隨著不同工藝段介質(zhì)的壓力，溫 度，濕度，含水量和含顆粒物的含量、大小等因素的影響，介質(zhì)特性在不斷的變化。必須根據(jù)不同介質(zhì)特性來選擇合適的測量儀表。 

 

1 火力發(fā)電流量測量面臨的問題

在各工藝段各種介質(zhì)到底選擇哪種流量儀表來實現(xiàn)非常優(yōu)化的測量就是今天所面臨的問題。其主要問題有以下四類，即“兩個復雜兩個問題”。

 

1. 1 流量儀表種類復雜。

現(xiàn)代自動化儀表飛速發(fā)展，新型儀表層出不窮，有很多流量儀表可能聽說，但未曾了解或者使用過，所以對有些流量儀表的特性是否適應自身的工況特點，無法準確把握。流量儀表通�？煞殖蓧翰钍�，速度式，容積式等種類。像孔板流量計、噴嘴流量計、均速管等屬于差壓式。電磁流量計、渦街流量計、超聲波流量計等屬于速度式。腰輪流量計、雙轉(zhuǎn)子流量計等屬于容積式，種類之多在此不一一列出。

 

1. 2 火力發(fā)電廠介質(zhì)特性復雜。

介質(zhì)的溫度、壓力、密度等都隨著工況的變化而變化。每個火電廠自身工況的特點不同，介質(zhì)特點也不一樣，所以不能一概而就，完全復制其他電廠的選型配置�；鹆Πl(fā)電廠里的主要測量點分布于鍋爐的汽水系統(tǒng)和燃燒系統(tǒng)中，在這兩個主要系統(tǒng)中，主要介質(zhì)以空氣、液體和蒸汽為主。選擇流量測量儀表應考慮 5 個主要因素，即被測流體特性、安裝條件、環(huán)境條件、儀表性能及維護需求。 

 

1. 3 安裝問題

電廠內(nèi)部的空間和安裝空間有限，而流量儀表都需要一定的前后安裝直管段，所以經(jīng)常無法滿足安裝要求，導致使用效果不理想，出現(xiàn)測量誤差大和不穩(wěn)定的情況。 

 

1. 4 測量要求問題

測量的穩(wěn)定性和精度對安全高效的生產(chǎn)息息相關。電廠對于流量儀表的基本要求是長壽命、有效、穩(wěn)定測量，開車后無需隨意拆卸停車維護。

 

所以結合上述四點得知電廠工況的特殊性，儀表的多樣性導致了選擇非常合適的流量儀表的難度。 

 

2 如何解決火力發(fā)電中的流量測量

通常針對每個工段的測量點的流量儀表都會按照設計院或者以往經(jīng)驗進行選擇，但還是存在使用效果不好的情況，導致生產(chǎn)勉強運行。因此，需要結合各種現(xiàn)場工藝因素，并結合流量儀表的一些特點來選擇，以下將從火力發(fā)電中的一些測量難點進行闡述。 

 

2. 1 風量測量難點選擇

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，口徑大、方管多，流體不對稱，同時安裝直管段嚴重不足( 見圖 1) 。電廠通過測量火電機組風道的風量，可以實現(xiàn)精確的風量管理，達到節(jié)能減排的目的，所以風量測量的流量儀表顯得尤為重要。

電廠的風量測量有很多選擇。通常有以下幾種: ( 1) 機翼式風量測風裝置; ( 2) 均速管流量計( 也通常稱為巴類流量計) ; ( 3) 熱值式質(zhì)量流量計; ( 4) 氣體超聲波流量計; ( 5)矩陣式風量測風裝置。下面將對這 5 種流量儀表做各種分析來選擇。 

 

2. 1. 1 機翼式風量測風裝置

機翼式測風裝置具有差壓信號大、壓力損失小、性能穩(wěn)定、結構簡單、維護方便等優(yōu)點。缺點其一為小孔密閉取壓，容易造成堵塞，其二體積大、重量重，安裝成本高。尤其是隨著風道口徑的加大，采購成本較高，安裝非常不方便，且安裝維護成本較高，所以不建議用在風量測量。 

 

2. 1. 2 均速管流量計

通常稱為巴類流量計，是基于皮托管測速原理，以測管道中直徑( 圓管) 或長與寬( 矩形管) 上幾點的流速來推算流量的一種插入式流量儀表。均速管流量計因其結構簡單、壓損小等優(yōu)點被廣泛應用于大管徑的流量測量。早期產(chǎn)品結構不合理，流量系數(shù)不穩(wěn)定; 檢測臟污介質(zhì)時測孔可能堵塞。這些都是均速管未能更大規(guī)模使用的主要原因。因此，均速管流量計研究的側重點應該是如何使均速管流量計的流量系數(shù)更加穩(wěn)定和均速管流量計的標準化。巴類流量計經(jīng)過了多次改進和優(yōu)化，結構形式也多種( 見圖 2) 。非常早的結構形式為圓形結構，經(jīng)過發(fā)展，演變成今天的菱形、翼形、子彈頭形、T 形和思科公司的德爾塔巴形。雖然改變了結構形式仍是一種插入式流量儀表，無法擺脫只測管道中直徑上幾點流速來推算流量的基本模式，測點再多也只能反映某一直徑上的流速分布，而不是整個截面。

所以巴類流量計針對干凈氣體，且對精度要求不高的大口徑氣體測量可以選擇，例如電廠進風口。但送風管道和煙道內(nèi)含有大量的粉塵，使用傳統(tǒng)的風量測量裝置在測量含塵氣流時容易堵塞取壓孔，測量一次元件堵塞問題始終未能得到很好地解決。一般增加一些實時吹掃裝置來減少雜質(zhì)對取壓孔的堵塞。所以均速管不建議用在風管和煙道的風量測量。

 

2. 1. 3 熱值式質(zhì)量流量計

熱值式流量儀表系統(tǒng)基于恒溫差的測量方法，當空氣流經(jīng)加熱電阻時，利用加熱電路維持加熱電阻與環(huán)境溫度的恒定溫差，通過加熱電阻上電流變化引起的電壓變化來計算得到空氣流量信號。

 

 

熱值式質(zhì)量流量計能測極低流速，流體工況 ( 壓力、溫 度) 適應范圍寬，低壓氣體甚至可測真空狀分子流。傳感器無活動部件，可靠性高; 壓力損失很小，測量范圍度較寬，通常在 20～50 之間，遠大于差壓類流量計。但由于測量原理跟溫度有關，對被測流體潔凈度要求較高且不能含有水分。當熱分布儀表測量管內(nèi)壁沉積塵垢會影響測量值，必須定期清除。該類儀表采用插入式結構，所以維護相對比較方便。電廠的風量不含水分，煙氣加熱的一次二次風相對含塵量較高，若可定期在線維護選擇熱值式質(zhì)量流量計還是比較適合。 

 

2. 1. 4 氣體超聲波流量計

超聲波流量計是一種非接觸式儀表，流體中未設置任何阻礙件，屬于無阻礙流量計，對流速無影響，也沒有壓力損失。但氣體超聲波流量計單聲道也只能測量一條線上的流量，不能完全反映整個面的平均流速，可選擇多聲道，可大大提高測量精度。電廠里的風量相對較干凈，所以比較適合選擇氣體超聲波流量計，但氣體超聲波其技術含量較高，主要被國外廠家壟斷，所以采購成本較高，所以一般不會選擇氣體超聲波流量計作為電廠風量的測量。 

 

2. 1. 5 矩陣式風量測風裝置

矩陣式風量測風裝置其工作原理與節(jié)流裝置的工作原理一樣，都是采用伯努利原理，跟前面的機翼式、均速管、孔板類都類同，是目前針對大型煙道測量的一種新型儀表，是結合了機翼式、均速管等的優(yōu)勢。它的測量單元通常采用背靠式傳感器和文丘里管傳感器兩種。電廠煙氣和風管的管徑較大，由于平面上每個區(qū)域流速不相等，有高有低( 見 圖 3) ，單獨測量一個點或者一條線上的流量無法反映整個面上的平均流速，導致測量誤差加大。而矩陣式風量測量裝置將整個橫截面積計算后采用多點矩陣式分布傳感器( 見圖 3) ，這樣每個傳感器可以測量每個區(qū)域的流速，再引出求平均，這樣測得的流速跟流體的實際流速更接近。

矩陣設計跟機翼式風量測風裝置類似，其結構采用插入結構，又結合了均速管的安裝方式，安裝和維護方面也大大加強。取壓傳感器有兩種形式，一種是背靠式，一種是文丘里管式( 見圖 4) 。背靠式其結構跟皮托管類似，采用開放式取壓，取壓口加大，粉塵不易堆積堵塞取壓口。有的公司還在高低壓取壓口處增加了清灰裝置，該裝置可以受到流體帶動而發(fā)生震動，從而靠自身震動抖落粉塵，減緩粉塵對取壓口的堵塞周期。另外一種結構為文丘里管式，文丘里管流量計將測量管段制成漸縮漸擴管，避免了管道的突然縮小和突然擴大，從而使阻力損失大大降低。本身內(nèi)部結構就有平滑特性，所以流體中的粉塵不易堆積。所以從這種矩陣式風量測量裝置的設計理論上看完全是可以適應電廠里面的煙道煙氣，一次二次風的測量。

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所以綜合各種因素，結合各種流量計的特性分析，針對電廠風量的測量采用矩陣式風量測量裝置是相對比較適合的選擇。 

 

2. 2 主蒸汽管網(wǎng)、減溫水、飽和水和主給水等難點測量

流量計在電站鍋爐及其相連管道上廣泛使用，主要用于測量鍋爐主蒸汽、主給水以及減溫水流量，屬于承壓部件。電站鍋爐常用流量計包括兩大類型: 法蘭型流量測量裝置和焊接型流量測量裝置，這些都屬于差壓式流量計。通常在高溫壓、大口徑蒸汽管線上采用 ISA 1932 標準噴嘴可獲得較高的測量準確度。一般不建議選擇孔板流量計，如( 圖 5) 所示，孔板若長期處于高溫高壓高流速的流體沖擊后，孔板片會發(fā)生變形，開孔比會發(fā)生變化，穩(wěn)定性和精度會發(fā)生變化。而噴嘴流量計的節(jié)流件( 見圖 5) ，本身就是一個喇叭口的結構形式，有自導流的作用，長期處于高溫高壓高流速的流體沖擊后，節(jié)流件不易發(fā)生變形，可長期保持流量的精度和穩(wěn)定測量。

所以高溫高壓流體的流量測量可選擇噴嘴流量計，同時也根據(jù)介質(zhì)的特性來要求噴嘴的材質(zhì)和加工熱處理等級。

 

2. 3 常規(guī)蒸汽、壓縮空氣、燃氣及凝結水等難點測量

常規(guī)蒸汽、壓縮空氣、燃氣、凝結水等可選擇差壓類流量計或者渦街流量計等，差壓類的平衡流量計( 也稱為多孔孔板流量計) 。它是把整流器和標準孔板結合而成，平衡測量計對傳統(tǒng)的節(jié)流裝置進行了極大的改進，平衡流量計具有對稱多孔結構特點，能對流場進行平衡，降低了渦流、振動和信號噪聲，大幅提高流場穩(wěn)定性。因流場平衡，調(diào)整穩(wěn)定，壓力恢復快，大大縮短了對直管段的要求。采用多孔對稱的平衡設計，減少了渦流的形成和紊流摩擦，降低了動能損失，并降低了滯流死區(qū)的形成，保證臟污介質(zhì)順利通過多個孔，從而減小了流體孔被堵塞的機會。干凈流體也可選擇渦街流量計，渦街流量計采用卡門渦街原理。量程寬，非常高可達 1 ∶ 30，優(yōu)于節(jié)流裝置的 1 ∶ 10，精度高可達 1 級精度等優(yōu)點。但對管道機械振動均較敏感，不宜用于強震動場所。 

 

2. 4 化水車間的難點測量

此工藝段的大多介質(zhì)屬于普通水和化學溶液，基本都可導電，所以可選擇電磁流量計來測量。電磁流量計在我國工業(yè)、制造業(yè)及其他行業(yè)的應用十分廣泛，在液體流量測量方面起到了不可替代的重要作用。電磁流量計已經(jīng)發(fā)展了幾十年，目前市場上主流的電磁流量計以國產(chǎn)和合資產(chǎn)品居多，且電磁流量計是一個非常成熟的產(chǎn)品。電磁流量計滿度流量時液體流速可在 1 m/s ～ 10 m/s 范圍內(nèi)選用，范圍比較寬。針對導電液體的測量，電磁流量計是性價比較高的一種，精度和穩(wěn)定性在流量儀表系列中都屬于偏中高等級。 

 

3 結束語

總之，火力發(fā)電廠的流體介質(zhì)有一定的特殊性，要根據(jù)介質(zhì)的各項工藝參數(shù)和指標來選擇非常合適的流量儀表。現(xiàn)場流量儀表是工藝生產(chǎn)的眼睛，流量儀表的穩(wěn)定運行與生產(chǎn)的穩(wěn)定運行息息相關。在各類新型流量儀表快速發(fā)展的今天，只有將流量儀表選擇非常優(yōu)的測量方案，才可保證火力發(fā)電廠的可靠穩(wěn)定運行生產(chǎn)。