火力發(fā)電廠凝汽器補(bǔ)水流量測(cè)量誤差分析及改進(jìn)方法

火電廠凝汽器補(bǔ)水流量測(cè)量的準(zhǔn)確性對(duì)日常監(jiān)視和火電廠經(jīng)濟(jì)性計(jì)算具有重要意義。某發(fā)電廠將機(jī)組凝汽器補(bǔ)水管道上原有的差壓式流量計(jì)更換為超聲波流量計(jì)，提高凝補(bǔ)水流量測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性，記錄并分析了不同工況下的測(cè)量結(jié)果。上海自動(dòng)化儀表重點(diǎn)研究并解決了測(cè)量過程中高真空冷凝器對(duì)凝結(jié)水注入流量測(cè)量的干擾。結(jié)果表明當(dāng)測(cè)點(diǎn)合理時(shí)，超聲波流量計(jì)能夠提高準(zhǔn)確度。

1 凝補(bǔ)水系統(tǒng)

（1）凝補(bǔ)水系統(tǒng)。由于泄漏、蒸汽、抽汽、吹灰、疏水等現(xiàn)象的影響，在火電廠蒸汽冷凝器的正常運(yùn)行過程中，冷凝器供水的流量總有不同程度的損失 [1] 。為了保證汽輪機(jī)的正常運(yùn)行，確保火電廠的運(yùn)行安全，必須保持鍋爐給水流量充足，凝汽器水位穩(wěn)定，并在機(jī)組運(yùn)行階段對(duì)凝汽器進(jìn)行水化和監(jiān)測(cè)。凝汽器補(bǔ)水可分為機(jī)組正常運(yùn)行和機(jī)組啟動(dòng)停止兩種工況。凝結(jié)和水化過程（凝汽器水化的簡稱）如圖 1 所示。

凝補(bǔ)水的平面流程

在機(jī)組啟動(dòng)和停止階段，冷凝水箱中的補(bǔ)給水帶動(dòng)冷凝器通過補(bǔ)給泵，同時(shí)打開再循環(huán)電門，確保冷凝水泵的流量充足，避免水泵發(fā)生空泡現(xiàn)象。當(dāng)機(jī)組正常運(yùn)作時(shí)，然后將再循環(huán)電動(dòng)門關(guān)閉。為了控制火電站的能耗率，提高經(jīng)濟(jì)效益，冷凝水泵停止和冷凝器自然補(bǔ)充水，正壓之間的差壓頭（8 m），水冷凝水箱和冷凝器負(fù)壓。

（2）流量問題。 某電廠的原流量計(jì)為差壓流量計(jì)，B-C 段管道布置如圖 1 。采樣端口位于管道的中心線。在機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，凝結(jié)水回注泵關(guān)閉，凝結(jié)水回注壓力低，Q 小，由于管道較厚，所測(cè)管內(nèi)的流動(dòng)體無法達(dá)到中心線位置，Q 往往得不到檢測(cè)；由于管道較厚，管道內(nèi)流速較慢，在機(jī)組啟動(dòng)停止階段，冷凝器水位調(diào)節(jié)閥一般開小，采樣點(diǎn)測(cè)得的差壓小，檢測(cè)不準(zhǔn)確，波動(dòng)大，延時(shí)大等問題。

2 超聲波流量計(jì)介紹及測(cè)點(diǎn)選取

（1）裝置結(jié)構(gòu)。圖 2

裝置結(jié)構(gòu)示意圖

裝置結(jié)構(gòu)，超聲波傳感器是通過聲楔固定在流動(dòng)管道壁面上的兩個(gè)超聲振蕩器，也是超聲波的傳輸和接收元件，超聲波脈沖通過壓電效應(yīng)和電致伸縮效應(yīng)轉(zhuǎn)化為電脈沖信號(hào)。當(dāng)變送器為傳感器供電時(shí)，接收傳感器返回的電脈沖信號(hào)并對(duì)其進(jìn)行多次處理。信號(hào)經(jīng)過轉(zhuǎn)換和計(jì)算后，發(fā)送到發(fā)射機(jī)的本地顯示屏，顯示 V、Q 等信息。處理后的信號(hào)通過發(fā)射機(jī)傳輸?shù)?DCS（分散控制系統(tǒng)）。

（2）測(cè)量的原理。Q 測(cè)量方法主要有壓差型、速度型、質(zhì)量型等，超聲波是速度型的一種。通過測(cè)量發(fā)射和接收信號(hào)的相位差、時(shí)間差以及頻率差，計(jì)算出被測(cè)流體的速度。超聲波信號(hào)沿介質(zhì)流動(dòng)方向在管道中交替?zhèn)鬏?。管流中傳輸信?hào)，傳播速度的方向速度小于負(fù)方向的傳播速度。兩個(gè)傳感器信號(hào)會(huì)有時(shí)差,時(shí)差測(cè)量 ΔT，可以計(jì)算管道內(nèi)介質(zhì)的平均速度。

（3）選取測(cè)量位置。為減少環(huán)境因素對(duì) Q 測(cè)量的影響，測(cè)量點(diǎn)應(yīng)盡量遠(yuǎn)離泵、閥、彎管、D-E 管等場所，并在各斷面彎管周圍。為了避免對(duì)流體管道的不滿管，應(yīng)定位測(cè)量點(diǎn)以避免管道的損失，低負(fù)荷下的管道可能是粗管，如 B-C 管、C-D 段。同時(shí)，受再循環(huán)流動(dòng)的影響，A-B 管道不可取。為了確保安裝和例行檢查和維護(hù)安裝的流量計(jì)位置不應(yīng)該過高，除了F-G 段管道（高度：7 m）。所以,通過綜合考量,測(cè)點(diǎn)斷面管道 E-F，E 和肘部的高度是 3 m（圖 1）。

3 運(yùn)行狀況及異常原因分析

（1）運(yùn)行情況。① 機(jī)組啟停階段流量計(jì)的運(yùn)行狀況 。機(jī)組啟停時(shí)，凝水泵投入運(yùn)行，凝汽器內(nèi)壓力為大氣壓。在這一階段，冷凝器的水位調(diào)節(jié)閥關(guān)閉到全開，再回到全開。冷凝水流量隨閥口變化的測(cè)量結(jié)果如圖 3 所示。

各閥門開度下的瞬時(shí)流量

凝汽器水位在調(diào)節(jié)閥處于自動(dòng)狀態(tài)，分析兩小時(shí)內(nèi) Q 隨閥門的開度變化的測(cè)量值變化情況。② 機(jī)組運(yùn)行階段流量計(jì)的運(yùn)行狀況。機(jī)組運(yùn)行過程中，凝補(bǔ)水水泵關(guān)閉，冷凝器內(nèi)形成高真空。在測(cè)點(diǎn)1進(jìn)行測(cè)量時(shí)，發(fā)現(xiàn)兩種流量計(jì)的測(cè)量結(jié)果均有較大波動(dòng)或無數(shù)據(jù)等異常現(xiàn)象，測(cè)量結(jié)果完全不可取。調(diào)整手持式流量計(jì)在整個(gè)管道 E-F 段的測(cè)量位置仍然不能得到正常的有效測(cè)量值。

（2）異常原因分析。在機(jī)組從啟動(dòng)停止過渡到正常運(yùn)行過程中，沒有改變測(cè)點(diǎn)和參數(shù)設(shè)置，變化的只有運(yùn)行狀態(tài)。在工況變化過程中，凝結(jié)水化的運(yùn)行參數(shù)主要變化如下：凝液補(bǔ)充泵出口管壓力的變化，凝汽器工作引起的凝汽器壓力變化。針對(duì)上面參數(shù)進(jìn)做了分析得出結(jié)論，凝結(jié)水 Q 的變化不超過流量計(jì)的量程，Q 的變化不是流量計(jì)不能正常工作的原因。

另外兩個(gè)參數(shù)可能會(huì)影響流量計(jì)的正常運(yùn)作，凝補(bǔ)水泵的停運(yùn)及出口母管壓力的降低可能會(huì)導(dǎo)致管道中流體不滿管。機(jī)組運(yùn)行階段冷凝器的高真空會(huì)導(dǎo)致管道內(nèi)的冷凝、水化和汽化，干擾流量計(jì)的正常運(yùn)行。從 F -C 點(diǎn)，與 B-C 段的管道比這更薄，E-F 段管是上升直管,和測(cè)量點(diǎn)的彎管（從彎管測(cè)定點(diǎn)的距離大約是 19 倍管道直徑），可以基本上消除原因,管道中的流體不滿管。

在環(huán)境溫度為 30℃，環(huán)境壓力 97.07 KPa，1 kg的水完全蒸發(fā)所需卷 29 m 3 。在管道流量為 40 t /h 時(shí)，每秒流經(jīng) E-F 管段的凝結(jié)水質(zhì)量大約為 11.11 kg，完全汽化所需體積就約為 322 m 3 ；凝汽器有超過 322 m 3的空間，和部分水蒸氣冷凝和蒸發(fā)后的真空泵。另一部分是由循環(huán)水冷卻成液體一起低壓缸排汽，然后由凝結(jié)水泵加壓提供優(yōu)良的處理系統(tǒng)，創(chuàng)造充分條件的不斷蒸發(fā)冷凝液和水?？拷鞴艿啦糠值膶?shí)際參數(shù)水合物（30℃@94.0 kPa）和臨界狀態(tài)參數(shù)已經(jīng)非常接近，靠近濕飽和狀態(tài),所以在單元操作階段，凝結(jié)在E - F 補(bǔ)水管將強(qiáng)烈的蒸發(fā)，異常 Q 檢測(cè)的根源。

4 結(jié)語

實(shí)際過程中，凝補(bǔ)水 Q 測(cè)點(diǎn)位置選取，應(yīng)排除凝汽器真空對(duì)流量計(jì)檢測(cè)的干擾。上海自動(dòng)化儀表超聲波流量計(jì)檢測(cè)結(jié)果精度高，靈敏度高，穩(wěn)定性可靠，為操作人員的日常監(jiān)測(cè)、補(bǔ)水率和機(jī)組經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供了有效的參考。