均速管流量计在电厂中的应用 流量计技术指标

摘 要： 介绍了差压式流量测量装置的测量原理，对差压式流量测量装置中的孔板与均速管做了深入比较，论述了插入式流量探头在电厂运用的优势以及保证探头安全精确使用的条件和注意事项。
关键字： 流量测量 孔板 均速管

随着电力工业的迅速发展，各种高效率的新技术、新工艺不断被投入使用。先进的工艺需要高精度的控制和测量相配合。对锅炉及汽机中的蒸汽、水、烟、风各种介质流量的全面精确计量，是保证机组安全及经济运行的必要条件之一。

流量测量产品的种类繁多，按照广泛的分类可以分为：容积式流量计、差压式流量计、浮子流量计、涡轮流量计、电磁流量计、涡街流量计和质量流量计等。各种流量计都有各自的特点，没有一种测量方式或流量计能对各种流体及各种流动工况都能适应。不同的测量方式和结构，要求不同的测量操作、使用方法和使用条件。每种流量计都有它特有的优缺点，因此，在对各种测量方式和仪表特性做全面了解比较的基础上选择适合于具体生产特点的、既安全可靠又经济耐用的较佳流量测量产品。

1 差压式流量测量孔板与均速管的比较

1.1 差压式流量测量装置种类

目前，工业测量中应用广泛的还是差压式流量测量，差压式的主流产品为节流式(孔板、文丘里管等)和动压头式(均速管)。

利用差压原理进行流量测量是当今工程领域中较为经典可靠的流量检测方式，差压式流量计是根据安装于管道中流量检测件产生的差压、已知的流体条件和检测件与管道的几何尺寸来计算流量。差压式流量计由一次装置(检测件)和二次装置(差压转换和流量显示仪表)组成。通常以检测件形式对差压式流量计分类，如孔板流量计、文丘里流量计、均速管流量计等。
管道中流量检测件产生的压差越大，对于差压变送器选型和成本越有益处，对于测量精度也有好处。但是由于流量测量装置通常是根据流量大小选择收缩比(孔板、喷嘴)，因此提高差压的同时也会产生压损增加的问题。管道里的永久压力损失增加使得需要增加管道动力，这需要大功率的风机、水泵等，增加了能源的消耗，使整个系统的运行成本增加。

差压式流量计的代表产品为孔板，因为人们对它的安装、使用、检修非常熟悉，且孔板易于复制，简单、牢固，性能稳定可靠，使用期限长，价格低廉，因此长期来应用普遍。但孔板使用时间一长，精度会急剧下降，需要进行定期检测和清洗。

1.2 均速管流量计测量原理

均速管流量计是通过测量某一直径上的流速取代孔板的截面流速，随着均速管截面技术和开孔技术的不断发展，其测量精度不断提高。德国的Systec-Controls公司与德国著名的Erlangen大学联合推出的德尔塔巴均速管流量计采用了流线形管状设计，流量检测是通过插入介质管道中均速管上的两排不均匀分布的取压孔来检测由流体所产生的差压，得出一个由平均流速所产生的平均差压，并将这个差压通过接口传送给变送器。通过多个不均匀的取压孔，能尽量真实地反映管道中的平均流速。使得其不仅在流量测量上保持了高精度、高强度和大量程比，还使得管道压损大大降低。使用插入式流量探头与使用孔板相比，由于管道压损的降低，其经济效益非常明显。同时特有的探头设计能同时满足压损小和差压大的要求，方便变送器的选型。

取单点信号的插入式流量传感器(如插入式涡轮、涡街、电磁等)检测管道中的某一点的流速，然后通过经验图表上的流速剖面来分析这个检测点，推断出平均流速。管道、流体等综合情况复杂多变，大多是非定型的速度剖面，用一点的测量值来代替平均流速是不准确的，直接导致测量精度差，重复性低。

1.3 德尔塔巴流量探头优点

(1)可测量多种介质，应用范围广，受物性及管道特性的影响极小。口径范围可以从3mm到15m；高温高压探头可以工作在650℃，28MPa的蒸汽环境下，如选择1.4828，X15CrNiSi20-12型探头，其工作温度可以高达1040℃；还可选择1.4539(A904合金，X1NiCrMoCu25-20-5)和HC4型探头，工作在具有SO，SO2的烟气或者强酸强碱介质中。


德尔塔巴流量探头可用于：①各类气体测量，包括空气、潮湿气体、净化前和净化后的各种烟气、高温烟气、压缩空气、一次风、二次风等；②各类蒸汽测量，包括蒸汽、饱和蒸汽、过热蒸汽；③各类液体测量，包括水、燃油及苯类等。

(2)精度高，重复性好，量程比大(1：30)。德尔塔巴流量探头开孔非均布，开孔点均基于计算软件复杂的运算，根据管径、介质和主要工艺参数确定制造参数。探头测量精度的提高使被测参数的调节更加精准。

(3)探头取压孔设计防堵特性。探头开孔最大8mm，只要介质中尘埃或颗粒不大于130mg/m3，就不需要维护及吹扫。加装氮气吹扫管路可对大管道的高炉煤气、焦炉煤气、转炉煤气、烧结烟气等高含尘气体进行准确计量。

(4)流线型探头腔设计，测量信号稳定、波动小。且前后取压孔的数量和分布完全对称，不怕装反，还可以实现双向测量。

(5)管道永久性压损很小，对直管段要求低。插入式流量探头在很短的直管段内(前4D，后3D)就能保证1%的精确度，且采用非收缩节流设计，比孔板的永久压损至少低了90%以上。

(6)安装费用低，基本免维护，并可在线安装维修。

2 德尔塔巴流量探头在主蒸汽测量和热网改造的使用

德尔塔巴流量探头应用广泛，在300MW/600MW大型火电机组中已大量使用，在江苏田湾核电站上对饱和蒸汽的测量更证明了其安全性及测量精度。

德尔塔巴流量探头在主蒸汽测量和热网改造有其特有的微压损节能的优势。

(1)主蒸汽流量的精确测量是为了满足机组检测和控制的要求，通过精确的蒸汽测量，来调节汽机的出力。一般300MW/600MW单元机组的主蒸汽流量是通过间接方法测量的，即测量汽机调节级压力，根据主机生产厂家提供的数学模型来推导蒸汽的做功能力。主蒸汽流量测量精度不仅取决于数学模型的正确性和精度以及传感器的精度，汽轮机设备的结构及其运行工况的变化、参数测点的安装位置及测得参数是否具有代表性，都会影响到测量的准确程度，其计算精度很难满足运行要求。

若设置主蒸汽流量测量，则其流量测量点要置于汽机前面，高温、高压和高流量，如果出现探头断裂，对后面汽轮机的损坏后果将不堪设想。德尔塔巴高温高压的流量测量元件最高应用场合是69MPa，1200℃，探头选型是根据管道的最高压力和最高温度通过相应的软件在线计算自动生成，具有较高安全系数。在高温高压工况下，德尔塔巴探头材料选用1.4828，其材料和制造工艺确保设计寿命可达到20万h，可长期用于650℃以下的高温蒸汽场合，完全可对汽轮机前的主蒸汽流量直接测量。对于主蒸汽流量测量，在探头出口均配有冷凝壶，使高温蒸汽在冷凝壶内迅速降温(下端为冷凝水，上端为蒸汽)，在正常运行介质温度达到550℃时，能够保护截止阀和差压变送器免受高温的影响，确保流量测量的可靠进行。由于出厂时就将冷凝壶焊接和试压好，所以用户对一体化的产品只需安装三阀组和变送器，分体的产品则在截止阀之后焊接分体引压管，这样减少了高温高压引起的泄露现象和现场的工作量。德尔塔巴流量计由于压损小，使锅炉提高了产汽量，也使锅炉和蒸汽输送管道的运行更加安全可靠。

德尔塔巴流量计直接测量高温高压主蒸汽流量在欧洲已经广泛应用，自从投用以来，已有数百个高温高压应用实例，在国内也逐步被认可并大量使用。

(2)流量仪表的测量是供热系统计量收费的依据，因此要求流量计具有较高的测量精度。以往在热网计量中使用较多的是孔板流量计和超声波流量计，而近来德尔塔巴流量计在热网蒸汽和循环水的应用也越来越多。不仅由于其计量精度完全能满足对热网蒸汽和循环热水的计量要求，而且当管道温度低于100℃、压力小于1MPa时，可对现有管道实施带压开孔及安装等操作，非常适合热网等技术改造项目。德尔塔巴流量计可选用在线插拔的流量探头，满足了长期不能停气的管线在线拆除和维修探头的需要，解决了孔板等计量装置安装和维护困难的问题。

热网应用中常见的几种流量计主要性能指标比较见表1。

3 流量计安装使用

均速管流量计是高精度传感器，能在相当复杂的工况下正常工作，并保持良好的性能。为了达到较佳性能，需对流量计进行合理的安装和维护。在选用该产品时一定要把测量管的内径提供准确。因为设计探头取压孔的分布是按管道中心计算的，管内径如有较大误差时，会造成探头与被测管道不同心而引起较大的测量误差。作为计量用的流量计建议选用满管插入的探头，尤其在直管段不满足要求时更应这样。均速管是通过测量某一直径上的流速取代孔板的截面流速，而不同直径线上的流速是不完全相同 的(除非它所在位置的直管段足够长)，因此若安装位置和方向不合适将导致无效测量或者没有精度的测量，故在选型时，需根据安装条件进行理论分析和计算，选择合适的安装位置和安装方法，以达到较佳效果。流量计探头安装建议在厂家指导下安装，以防止由于探头安装原因引起测量大幅度误差。

参考文献：
[1]周群峰.德尔塔巴一体化均速管在大型火电厂流量测量方案和应用[Z]. 　　流量测量方法和仪表的种类繁多,分类方法也很多。至今为止,可供工业用的流量仪表种类达60种之多。品种如此之多的原因就在于至今还没找到一种对任何流体、任何量程、任何流动状态以及任何使用条件都适用的流量仪表。
　　
　　这60多种流量仪表,每种产品都有它特定的适用性,也都有它的局限性。按测量对象划分就有封闭管道和明渠两大类;按测量目的又可分为总量测量和流量测量,其仪表分别称作总量表和流量计。
　　
　　总量表测量一段时间内流过管道的流量,是以短暂时间内流过的总量除以该时间的商来表示,实际上流量计通常亦备有累积流量装置,做总量表使用,而总量表亦备有流量发讯装置。因此,以严格意义来分流量计和总量表已无实际意义。
　　
　　按测量原理分有力学原理、热学原理、声学原理、电学原理、光学原理、原子物理学原理等。
　　
　　按照目前zui流行、zui广泛的分类法,即分为:容积式流量计、差压式流量计、浮子流量计、涡轮流量计、电磁流量计、流体振荡流量计中的涡街流量计、质量流量计和插入式流量计、探针式流量计等。
　　
　　选购方法：
　　
　　一般选型可以从五个方面进行考虑，这五个方面为流量计仪表性能方面、流体特性方面、安装条件方面、环境条件方面和经济因素方面。五个方面的详细因素如下：
　　
　　1.仪表性能方面：准确度、重复性、线性度、范围度、流量范围、信号输出特性、响应时间、压力损失等；
　　
　　2.流体特性方面：温度、压力、密度、粘度、化学腐蚀、磨蚀性、结垢、混相、相变、电导率、声速、导热系数、比热容，等熵指数；
　　
　　3.安装条件方面：管道布置方向，流动方向，检测件上下游侧直管段长度、管道口径，维修空间、电源、接地、辅助设备(过滤器、消气器)、安装、等；
　　
　　4.环境条件方面：环境温度、湿度、电磁干扰、安全性、防爆、管道振动等；
　　
　　5.经济因素方面：仪表购置费、安装费、运行费、校验费、维修费、仪表使用寿命、备品备件等。
　　
　　流量计仪表选型的步骤如下：
　　
　　1、依据流体种类及五个方面考虑因素初选可用仪表类型(要有几种类型以便进行选择)；
　　
　　2、对初选类型进行资料及价格信息的收集，为深入的分析比较准备条件；
　　
　　3、采用淘汰法逐步集中到1～2种类型，对五个方面因素要反复比较分析zui终确定预选目标。
　　
　　注意事项：
　　
　　1.流体特性主要指燃气的压力、温度、密度、黏度、压缩性等，由于煤气的体积随着温度、压力而变化，应考虑是否要补偿修正。
　　
　　2.仪表性能是指仪表的精度、重复性、线性度、量程比、压力损失、起始流量、输出信号及响应时间等，选流量计时应对上述指标进行仔细分析比较，选择能满足计量介质流量要求的仪表。
　　
　　3.安装条件是指燃气流向、管道走向、上下游直管道长度、管径、空间位置及管件等，这些都会影响燃气煤气流量计的准确运行、维护保养和使用寿命。
　　
　　4.经济因素是指购置费、安装费、维护费、校验费及备品备件等，其又受燃气煤气流量计的性能、可靠性、寿命等影响。
　　
　　5.精度等级和功能根据测量要求和使用场合选择仪表精度等级，做到经济合算。比如用于贸易结算、产品交接和能源计量的场合，
　　
　　在精度等级选择，如1.0级、0.5级，或者更高等级，用于过程控制的场合，根据控制要求选择不同精度等级。有些仅仅是检测一下过程流量，无需做控制和计量的场合，可以选择精度等级稍低的，如1.5级、2.5级，甚至4.0级，这时可以选用价格低廉的插入式电磁流量计测量介质流速、仪表量程与口径测量一般的介质时，电磁流量计的满度流量可以在测量介质流速0.5—12m/s范围内选用范围比较宽。选择仪表规格(口径)不一定与工艺管道相同，应视测量流量范围是否在流速范围内确定，即当管道流速偏低不能满足流量仪表要求时或者在此流速下测量准确度不能保证时，需要缩小仪表口径，从而提高管内流速，得到满意测量结果。