探究不同类型管道对给水管流量计测量的影响

摘要：大、中型管道小直管段风量测量是影响锅炉自动化运行的难题，设计开发了一种新型多点截面式防堵型流量测量装置，可有效提升煤粉炉磨煤机入口混合风测量的稳定性和防堵性，并在实际运行中得到了验证。
引言
燃煤锅炉磨煤机入口风量测量一直是困扰机组运行人员的大难题，其本身的重要性就不再赘述，就测量来讲目前主要有两个方面的问题。
一是测量的准确性和重复性问题。磨煤机入口前布置有热风调节门、变径管及冷风入口管，各种节流件及锅炉负荷的变化对安装在在内部的测量元件稳定输出会产生较大的影响。二是其测量装置一次元件及引压管路的堵塞问题，一次元件本身的结构设计应该具有一定的防堵措施，以保证差压信号的输出。常规的补偿是设置反吹装置，由于没有考虑好风速管本身的结构问题，要么吹扫起不到作用造成必然的堵塞，要么就是影响差压正确输出，使其无法投运，可用的风量测量装置必须解决好这两方面问题，流量的准确测量才可能实现。
１原风量测量装置存在的问题
１．１ 运行暴露的主要问题
某一项目现场原设计选用的是一种插入式双文丘里管给水管流量计。在实际使用过程中，每当锅炉负荷变化时，差压变送器就会反向工作，即调门减小，输出增加，由此*终导致无法投入锅炉和磨煤机的自动运行。同时，输出信号也不太稳定，偶尔出现时有时无的现象，导致差压变送器输出异常，给锅炉运行带来了很大的安全隐患。
１．２ 原因分析
现场的具体工况如图１所示。磨煤机一次热风管道接自热风总管，其管道尺寸为８２０ｍｍ，经调节风门后管道变径扩大为９２０ｍｍ，紧接着在上部有冷风管接入，* 后经闸板门、混合风调节门和直角弯头转向为垂直管道，再经过膨胀节和变径管后进入磨煤机。
从流量测量角度讲，影响流场的主要为热风调门、扩管、弯头以及一次冷风的混入，闸板门和混合风调门由于运行时处于全开状态，影响可忽略，目前使用了单点双文丘里管的测量方式，有以下问题：
（１）由于双文丘里自身的尺寸以及安装空间原因，其安装位置紧临弯头，这样造成弯头后流体运动方向是斜向进入给水管流量计的，由于其本身不具有流体导向功能，导致测量信号波动较大，无法输出一个稳定的测量数值。

（２）从图中可以看出，双文丘里前方根本没有直管段，其测量结果也基本上是不可信的随机数值。
（３）由于直管段本身较短，加上前方影响流量测量的多种因素，会导致流场分布不均，单点的双文丘里管给水管流量计根本无法测到整个管道的平均流速，在负荷变化时，会导致反向运行结果（负荷增加，输出减小），致使无法投入自动运行或保护。
２新型流量装置的开发
根据多个现场实际运行情况的调研，结合目前该类一次元件的使用时出现的问题，开发出了 ＦＷＺ－１１００Ｄ－ ＡＭ３－Ｄ９２０型多点截面式防堵型流量测量装置，及与其相配套的正压式在线防堵吹扫装置。
２．１一次元件的特性
２．１．１ 大差压信号
多点截面式防堵型给水管流量计是基于动、静压组合测量原理，动压测点产生高于管道介质压力的正压，而静压测点产生低于管道介质压力负压，二者组合后可实现增压的目的，即差压等于动压的２倍。
２．１．２ 来流方向校正功能
新给水管流量计采用抛物面导向型结构作为动压测点，采用对称自补偿型式的静压测点，可以有效地解决来流方向偏流时信号的稳定采集，来流偏离管道轴线时，可以维持输出差压基本不变，如图２所示。
２．１．３ 有效的防堵功能
采用了多组动压和多组静压组合方式，动压组采用无阻碍型自清扫结构，静压组采用抽吸型自清扫结构，可实现自动清扫。若介质含尘量较大，可外配吹扫装置进行定期吹扫。

２．２ 一次元件的防堵设计
对于含有较大灰尘或风粉混合的流体介质，为了解决一次元件堵塞问题，结合本产品使用特点，开发了与一次元件配套的 ＬＦＣ系列正压式防堵吹扫装置，其采用了以下的防堵原理，有效地解决了吹扫对测量值的影响。
采用正压吹扫原理是借鉴了腐蚀性液体吹气式液位测量方法，如图３所示，当液位为０时，压缩空气由于没有受到阻力，直接排出，所以压力计显示为０；当液位升至一定高度时，由于流体静压的影响，在其*下端口会形成一个与液位深度和密度成正比的压力，该压力阻碍了气体的流出，那么其核压力大小就是压力计所测到的值。
作为用于差压式风量测量装置时，为了保证不影响正压侧和负压侧正确的差压输出，就需要在正负压侧设置两个吹扫装置。在实际应用时保证正负压两端的压力损失一样，把两个吹扫量调成大小一致数值，如图４所示。理论上讲，该吹扫量越大越好，一次元件一定不会堵，但是，太大就会影响差压的测量；当然，太小也不行，吹扫量太小时不能保证每个测量孔处的微正压，就达不到防堵的目的，所以，吹扫量的大小取决于给水管流量计的结构，需要相互匹配才能取得预期的效果。
３风量测量装置的改造方案
３．１ 安装位置的调整
现场原有的安装位置，无法满足给水管流量计正常工作的条件。根据新产品自身的特点，选用了一套磨煤机垂直管道专用的流量装置，由３支多点导向防堵型给水管流量计组合而成的 ＦＷＺ－１１００Ｄ－ＡＭ３－Ｄ９２０型多点截面式防堵型流量测量装置，布置在垂直管道的膨胀节后，根据现场测量，该部分长度为２００ｍｍ，可以满足安装条件，详见图５所示。
３．２ 多点测量平均输出
从前面的分析可以看出，由于流量装置前流场非常复杂，单点测量无法满足现场使用要求，为此给水管流量计的测量采用了其使用１８点防堵动压和３６点自补偿式静压测点来进行平均流速的测量，如图６所示，可以满足现场工况的要求，如实地反映负荷的变化情况。
新给水管流量计安装完成后，将三支给水管流量计的正压和负压分别接至均压容器后再送往差压变送器。这样有效解决了不同负荷不同流速下风量的测量，另由于节流件采用流线型设计，压损较小，安装后对正常运行工况影响甚微。
３．３ 防堵问题的解决方案
依据现场发生堵塞的实际情况不完全统计，风量测量装置本身的防堵性能差的占３０％左右，测量管路系统气密性差的占７０％左右。
由于施工质量等原因，从给水管流量计到变送器的引压管其气密性无法完全保证，再加上测量介质为低压热空气，密度很小，只要引压管有泄露点时，被测气体裹挟着灰尘进入引压管，在泄露点处集聚，长此以往就形成了堵塞。
实际运行中发现，由上至下的垂直管道的测量更容易堵塞，特别是那些动压式给水管流量计。所以，为了彻底解决堵塞隐患，本次流量装置配套了 ＬＦＣ 系列正压式防堵吹扫装置，确保给水管流量计的能够正常工作。
３．４ 方案的管路连接系统图
整个流量测量系统主要由测量测量装置、均压容器、防堵吹扫装置及差压变送器组成。其中吹扫装置包括过滤减压阀、给水管流量计及调节阀等，详细管路连接如图 ７所示。