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火电厂主蒸汽流量测量方法研究 孙轶卿朱小花／华北电力大学能源与动力工程学院 ■■●●■●■■■●■l 说明；隹确测量主蒸汽流量的重要性，介绍当前电厂采用的主要测量方法及其原 理和特点，对比直接测量法的误差大小，对间接测量方法的原理进行说明，并提出 了改进建议。 关键词 主蒸汽流量；测量；节能 1 引言 火电机组主蒸汽流量的准确测量，对于机组的经 济性分析和节能降耗工作均具有重要的价值。目前， 对于主蒸汽流量的测量，主要采用两种方法直接测 量法和间接测量法。直接测量法通常采用流量喷嘴 或 孑L 板 的方法测量主蒸汽流量，这种方法简单、便于操 作，但会造成一定的节流损失，而对于高参数，特别 是超临界机组，采用流量喷嘴的方案在上芭上及误差 控制上都存在较大困难，并且节流损失也不容忽视。 因此现今的大容量汽轮机组在系统设计时，为了减小 节流损失，通常不设主蒸汽流量节流测量装置，而是 利用汽轮机的有关参数间接换算得出主蒸汽流量，即 采用问接测量法。 本文将根据这两种测量方法的原理和特点，分别 介绍其在测量主蒸汽流量时的优缺点和应用范围。 2 直接测量法 2 ．1 孔板流量计 2 ．1 。t 结构 孔板流量计由孔板、导压管、差压变送器及流量 积算仪表4 部分组成。 2 ．1 ．2 基本原理 孔板流量计是基于流体流动的节流原理，利用流 体流经孔板时产生压力差，经导压管将此压力差传给差 压变送器，差压变送器测出差压后转换成 4 ～2 0 m A - f - 言 号。此信号再传给流量积算器 或计算机 ，直接数字显 示瞬时流量及累积流量。 肘 o e S ／2P △P 1 式中膨一质量流量，k g ／s ；Q 一流量系数；￡一 流束的膨胀系数；．S 一流束截面积；p 一流体密度；△厂 孔板前后的压力差，k P a 。 2 ．1 ．3 特点 优点原理简明，应用技术成熟，仪表无可动部 件，工作可靠，寿命长，量程比为3 1 ；缺点安装 要求严格，对于小口径管道 小于5 0m m l 拘流量测量有 困难，压损较大，仪表刻度为非线性，测量精度低， 维修工作量大，感测元件与显示仪表必须配套使用。 2 ．2 涡街流量计 2 ．2 ．1 组成 涡街流量计由传感器、连杆、漩涡发生器及表体 组成。 2 ．2 ．2 工作原理 在测量管中垂直插入‘个柱状物时，流体通过柱 状物两侧可交替地产生有规则的漩涡，这种漩涡称为 卡I - J 涡街。实验及理论证明，卡门涡街频率与流体的 流动速度成正比，可用下式表示 F _ s Y 皤 国 式中卜涡街频率嚣一系数 称为斯特罗哈数 ； r 流速；扣柱状物的宽度。 从式 2 可知，漩涡频率与流速成正比，检出频率 F 就可求得流速v ，由v 即可算出瞬时流量。斯特罗哈数 是涡街流量计的重要系数，当发生体一定时，可视为 常数。 2 , 2 。3 特点 ①结构简单而牢固，无可动部件，可靠性高；② 万方数据 测量范围宽，量程比可达1 l o 1 3 0 ；③输出是与流量 成正比的脉冲信号，无零点漂移④安装简单，维护 十分方便。 2 ．2 ．4 影响仪表测量的主要因素 影响仪表测量的主要因素是干扰信号，干扰主要 来自①工业电磁干扰，解决方法是合理选择线路的 敷设方式，正确接地；②管道震动干扰，解决方法是 给管道加装固定支承。 2 ．3 二种仪表的比较 孔板流量计作为最传统的流量测量仪表，技术较 成熟，使用较为广泛，但有限的量程比、较大的维护 工作量和复杂的安装方式以及很低的精度等已越来越 不适应现代化大生产的要求。涡街流量计精度高、响 应快、信号强的特点决定了它将在未来流量仪表中占 主导地位，是孔板流量计最理想的替代产品。 3 间接测量法 直接测量主蒸汽流量的方法主要应用于小型的汽 轮发电机组，对于高参数，特别是超临界机组，采用 直接测量方案在工艺及误差控制方面都存在较大困 难，并且节流损失也不容忽视。因此现今的大容量汽 轮机组在系统设计时，为了减小节流损失，通常不设 土蒸汽流量节流测量装置，而是利用汽轮机D A S 系统 的有关参数间接换算得出主蒸汽流量，即采用间接测 量法。 3 ．1 测量原理 采用间接换算法方案，源于汽轮机理论中著名的 F l u g e l 公式。对于具有1 1 级的汽轮机组在变工况下未达 临界时，级组前后参数与流量之间的关系可由下式表 达去曛．E 其中G r 为变工况下的流量，G 。为设计工况下的流 量；T o ，P 。表示设计工况下的主蒸汽绝对温度和压力； ％，p 听表示变工况下的主蒸汽绝对温度和压力；P 2 表示 设计工况下的级后压力，妇表示变工况下的级后压 力。 当所取的级组较多且含凝汽式机组的末级时，由 于排汽压力值与级组进汽压力值相比小得多，p ；与 P ；相比可忽略不计，式 3 可变为 旦旦．／玉 4 “●，一 、’， G op o4T m 特别是，当级组前温度变化较小时 如再热机组的 中压缸进U ，温度修正项接近于1 ，故式 4 可转为更 简单的形式 一G r 鱼 5 G op o 目前，应用较多的是式 4 。大容量汽轮机组数据 采集系统 D A S 显示的丰蒸汽流量是根据调节级压力等 测量参数经过换算求得的。但许多电厂D A S 系统显示 的主蒸汽流量值存在较人误差，若将D A S 系统指示的 主蒸汽流量作为汽轮发电机组运行热效率监测、计算 的基准流量，将导致对机组运行经济性能的评价造成 较大的偏差。 3 ．2 产生误差的原因及分析 3 ．2 ．1 F l u g e l 公式应用条件 对式 3 ～ 5 的应用有着明确的条件限制①通流面 积不变；②级组内各级流量相同；③级组内各级前温 度变化率相同；④级组内不得串有其他非线性元件。 对于条件①，只要避开调节级，一般容易得到满 足。而对于条件②，则情况较为复杂。通常同热式机 组各级回热抽汽量在相当范围内与机组的进汽量近似 的成正比，且其量与进汽总量相比较小，故应用式 3 ～ 5 也能获得较高的准确性。但对于再热机组，这一 条件难以满足。事实上，由于再热器的存在，以及再 热器喷水和对外供汽等因素，条件②～④均不能得到满 足 见图1 。若仅将P 1 点作为流量计算点，应用式 4 ， 考虑到额定值均为常数，可作归并，则有 G 矗p 。瓦 锅 炉 图1 再热机组热力系统示意图 必须注意，式 6 的前提是将高，玉缸的第一级压力 级至低压缸的末级均作为一个级组。但这样却误将中 间再热器等及相应的管道均作为汽轮机的压力级 或线 性元件 而一并对待，这必然会产生许多问题并导致相 应的误差。因为再热器及冷、热再热管道均为阻力元 件，若先不考虑加热及温度变化，再热器等及相应的 管道与汽轮机的级组特性很难相似，直接应用 6 式将 产生一定的固有误差。再者，如今大型机组较多的还 是采用喷水减温的方法控制冉热器出口汽温，由于该 流量的注入，使再热器的压降与蒸汽流量的关系中出 万方数据 现了不相关且不可控因素。此外还有厂用汽及对外供 热，加热器、给水泵及暖风器的投、切，通流部分结 垢，抽汽工况变化等因素都会造成主蒸汽流量测量的 误差。 3 - 3 解决方法 当应用公式 3 ，并且只计高压缸时，从图1 可见， 对于高压缸，若高加运行方式不变，仅考察P ．、P 2 点 将高压缸全体压力级作为一级组 ，能满足弗留格尔公 式的应用条件。由于高压缸通流部分的容积很小，在 变工况时响应很快，故在动态时弗留格尔公式也能适 用。应用式 3 ，并将额定值作为常数归并得 式中后．高压加热器运行状态修正系数，高加 投入时为零，可通过试验或计算求出。 通常，高压缸只有。级抽汽，故式 8 中的修正系 数仅指一级高压加热器的切、投。现在的大机组普遍 采用D C S ，高压加热器的运行亦在其掌控之中，故应用 式 8 换算主蒸汽流量很容易得到实现。 采用问接换算法进行主蒸汽流量的测量，是一种 可行的方案，在公式应用条件具备的情况下能够满足 工程实用的精度要求。对于大型再热机组，由于系统 的特殊性，不宜参照一般纯凝汽式机组而直接使用式 4 ，而应根据系统的实际情况，参照式 3 ，并进行相 应的修正，如采用式 7 、 8 。另外，因通流部分可能 出现结垢问题，为最大限度的控制测量误差，必须定 期进行试验，比较给水流量与主蒸汽流量示值间的关 系，以确定是否存在着结垢及结垢程度，同时还可以 检查系统误差，若有问题，应采取相应的措施并进行 误差修正。 4 结束语 耗工作的基础之一，对于进行热力系统经济性计算和 分析，具有重要的意义。本文对电厂目前采用的两种 主要测量方法进行了分析，介绍了其测量原理、测量 器具组成、测量的特点，并对每种测量方法的误差大 小进行了评价。对于目前大型汽轮机组采用较多的间 接换算测量法，介绍了其理论基础和应用前提，并浅 析了提高测量精度的方法。本文的研究可为电厂的经 济性分析及控制系统设计提供指导。 参考文献 [ 1 】孙宅芝，姜任秋，等．基于传热原理的高温蒸汽流量测量研究[ J 】． 计量学报，2 6 4 ，2 0 0 5 ．1 0 ． [ 2 】杨建国，马建，等．蒸汽流量计量温度、压力补偿的数学模型研 究[ J ] 工业计量，1 4 1 ，2 0 0 4 ． 【3 ] 李梅英，李友文．蒸汽流量的计量[ J ] ．氯碱工业，2 0 0 6 ．1 0 ． [ 4 】冯伟忠等．大机组主蒸汽流量测量刍议【J ] ．华东电力，2 0 0 0 1 2 ． [ 5 ] 孙淮清．流最测鼍节流装置设计手册【M 】一B 京化学工业出版 社．2 0 0 0 ． [ 6 】何军民，李明．湘潭电厂3 0 0M w 机组主蒸汽流量计算模型的修 改【J 】．湖南电力，2 5 5 ，2 0 0 5 ．1 0 ． S t u d yo nt h em e a s u r e m e n to fm a i ns t r e a m f l u xi np o w e rp l a n t s S u nY i q i n g ，Z h uX i a o h u a S c h o o lo f E n e r g ya n dP o w e rE n g i n e e r i n g ，N o r t hC h i n a E l e c t r i cP o w e rU n i v e r s i t y A b s t a c t T h ei m p o r t a n c eo ft h ea c c u r a t e l ym e a s u r i n gm a i ns t r e a mf l u xi n p o w e rp l a n t s w a se x p l a i n e d ．T h em e a s u r e m e n tm e t h o d sw h i c hu s e d c u r r e n t l yb yp o w e rp l a n t sa n di t sm a i np r i n c i p l e sa n dc h a r a c t e r i s t i c sw a s i n t r o d u c e d ．T h ei n a c c u r a c yr a t ep r o d u c e db ye a c hd i r e c tm e a s u r e m e n t m e t h o dw a sc o m p a r e d ．T h ep r i n c i p l eo fi n d i r e c tm e a s u r e m e n tm e t h o dw a s e x p l a i n e di nt h i sp a p e r , a n das u g g e s t i o n sw a sa l s og i v e ni no r d e rt o i m p r o v et h em e a s u r e m e n ta c c u r a c yo f t h em a i ns t r e a mf l u x ． K e yw o r d s m a i ns t r e a mf l u x ，m e a s u r e m e n t ．e n e r g yc o n s e r v a t i o n 主蒸汽流量的准确获得，是进行火电机组节能降 上接第3 8 页 尺采用分段测量，其全长误差为两段误差的代数和。摇柄、尺盒或金属 塑料 架等组成。纤维卷尺的标称范 3 ．纤维卷尺和测绳 围一般在 0 ～5 0 m 内，特殊规格有1 0 0 m ，1 5 0 m ，2 0 0 m 纤维卷尺和测绳主要用于土木工程、市政道路等 测绳标称范围一般在 0 ～2 0 0 m 内。纤维卷尺的分度值 方面长度尺寸的测量。纤维卷尺包括塑料卷尺和布卷 为l m m ，2 m m ，l O m m ；测绳的分度值为1 c m , l m 。纤维卷 尺。测绳的主要结构由尺头拉环或尺头、纤维尺带、 尺和测绳示值误差的检定采用标准钢卷尺直接测量。 万方数据 火电厂主蒸汽流量测量方法研究火电厂主蒸汽流量测量方法研究 作者孙轶卿， 朱小花， Sun Yiqing， Zhu Xiaohua 作者单位华北电力大学能源与动力工程学院 刊名 上海计量测试 英文刊名SHANGHAI MEASUREMENT AND TESTING 年，卷期2008,353 被引用次数1次 参考文献6条参考文献6条 1.孙宝芝.姜任秋 基于传热原理的高温蒸汽流量测量研究[期刊论文]-计量学报 200504 2.杨建国.马建 蒸汽流量计量温度、压力补偿的数学模型研[期刊论文]-工业计量 200401 3.李梅英.李友文 蒸汽流量的计量[期刊论文]-氯碱工业 200610 4.冯伟忠 大机组主蒸汽流量测量刍议[期刊论文]-华东电力 200012 5.孙淮清 流鼍测鼍节流装置设计手册 2000 6.何军民.李明 湘潭电厂300 MW机组主蒸汽流量计算模型的修改[期刊论文]-湖南电力 200505 本文读者也读过10条本文读者也读过10条 1. 朱小花.孙轶卿.ZHU Xiao-hua.SUN Yi-qing 汽轮发电机组主蒸汽流量测量方法的探讨[期刊论文]-江苏电机工 程2008,275 2. 鲁卫华 关于蒸汽流量测量的讨论[期刊论文]-自动化博览2003,203 3. 张教秋.丛茂滋.朱益飞 孔板流量计与涡街流量计测量蒸汽流量的误差分析[期刊论文]-工业计量2009,19z1 4. 范军 影响蒸汽流量准确测量因素的探讨[期刊论文]-工业计量2009,19z1 5. 孙轶卿.朱小花.杨萍 火电厂主蒸汽流量测量方法研究[期刊论文]-中国计量20086 6. 雷晶.郑春苗.李欣欣.张会.李勇.LEI Jing.ZHENG Chun-miao.LI Xin-xin.ZHANG Hui.LI Yong 利用弯管测量流 体流量的实验研究[期刊论文]-东北电力大学学报2009,296 7. 赵晶睛.林中达.ZHAO Jing-jing.LIN Zhong-da 电厂主蒸汽流量测量与计算方法分析比较[期刊论文]-燃气轮机 技术2007,204 8. 王喜英 关于蒸汽流量的测量[期刊论文]-计量与测试技术2009,366 9. 赵晖.刘伟 关于涡街流量计在蒸汽测量中的讨论[期刊论文]-化工自动化及仪表2005,326 10. 刘朝晨.张晓芳 蒸汽流量的准确计量[期刊论文]-安徽科技20108 引证文献1条引证文献1条 1.倪文玺 锅炉流量测量在Honeywell Experion PKS系统中的实现[期刊论文]-现代电子技术 201021 本文链接