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三峽水電站流量計(jì)應(yīng)用現(xiàn)狀以及流量應(yīng)用方案

發(fā)布日期:2022-03-14  來(lái)源:三峽水力發(fā)電廠,湖北省宜昌市   作者:周立成,翟玉杰,艾遠(yuǎn)高,夏國(guó)強(qiáng)  瀏覽次數(shù):
【導(dǎo)讀】:本文分析了某巨型水電站在用流量計(jì)的運(yùn)行現(xiàn)狀,總結(jié)了各類流量計(jì)的原理功能,結(jié)合管道測(cè)流技術(shù)的發(fā)展,針對(duì)流量計(jì)的功能選用、安裝要求等,打造滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的水電站流量應(yīng)用方案,具有行業(yè)推廣價(jià)值。......

         摘 要:本文分析了某巨型水電站在用流量計(jì)的運(yùn)行現(xiàn)狀,總結(jié)了各類流量計(jì)的原理功能,結(jié)合管道測(cè)流技術(shù)的發(fā)展,針對(duì)流量計(jì)的功能選用、安裝要求等,打造滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的水電站流量應(yīng)用方案,具有行業(yè)推廣價(jià)值。

 
引言
        在生產(chǎn)和科學(xué)研究試驗(yàn)中,流量是一個(gè)很重要的參數(shù),流量檢測(cè)的專用儀表是安全生產(chǎn)、節(jié)能降耗、提高經(jīng)濟(jì)效益和管理水平的重要工具。管道測(cè)流技術(shù)當(dāng)前發(fā)展成熟,管道流量計(jì)測(cè)量原理多種,可滿足不同生產(chǎn)工況需求[1]。
 
        當(dāng)前巨型水電站各類流量計(jì)種類繁多,流量計(jì)累計(jì)有1900多臺(tái),就流量計(jì)的測(cè)量原理分有電磁式、差壓式、熱導(dǎo)式、超聲波多種,就測(cè)量的介質(zhì)主要有油、水兩種。其中油流量主要是測(cè)量水輪發(fā)電機(jī)機(jī)組上導(dǎo)、推導(dǎo)、水導(dǎo)軸承汽輪機(jī)油管道流量及機(jī)組高壓油頂起系統(tǒng)的油流量,水流量主要是測(cè)量機(jī)組各部軸承和主變壓器的冷卻水(江水)、主軸密封水(清潔水)、發(fā)電機(jī)純水(不導(dǎo)電介質(zhì))流量等。因流量計(jì)隨不同主機(jī)廠家機(jī)組配套,規(guī)格型號(hào)不同,差異化較大,所以有著流量計(jì)的功能不明確、配置存在不合理、安裝不符合產(chǎn)品安裝要求的諸多問(wèn)題,導(dǎo)致流量檢測(cè)的準(zhǔn)確性有偏差,無(wú)法滿足機(jī)組流量檢測(cè)的要求。如測(cè)量機(jī)組冷卻水的電磁式流量計(jì)管路的直管段較短,導(dǎo)致管路無(wú)法滿管測(cè)量;測(cè)量機(jī)組水導(dǎo)外循環(huán)油的超聲波流量計(jì)安裝于油過(guò)濾器的后端,因油經(jīng)過(guò)濾器后產(chǎn)生氣泡,導(dǎo)致超聲波流量計(jì)長(zhǎng)時(shí)間無(wú)法檢測(cè)到流量;測(cè)量機(jī)組推導(dǎo)軸承冷卻水采用熱導(dǎo)式流量計(jì),因流量計(jì)的探頭長(zhǎng)期浸泡于江水中而結(jié)垢,導(dǎo)致流量計(jì)測(cè)量值遠(yuǎn)小于實(shí)際值[2]。
 
        本文對(duì)主要流量計(jì)的測(cè)量原理進(jìn)行深入分析,總結(jié)明確出各類流量計(jì)的功能選型、正確的安裝方式等,打造出適用于巨型水電站的優(yōu)化流量應(yīng)用方案。
 
1 流量計(jì)測(cè)量原理探究
1.1 電磁流量計(jì)
        電磁流量計(jì)的測(cè)量原理是基于法拉第電磁感應(yīng)定律,當(dāng)被測(cè)導(dǎo)電流體在磁場(chǎng)中沿垂直磁力線方向流動(dòng)而切割磁力線時(shí),在對(duì)稱安裝在流通管道兩側(cè)的電極上將產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì),此電勢(shì)與流體的流速成正比(見(jiàn)圖1)。通過(guò)如下公式計(jì)算出流量:
電磁流量計(jì)工作原理
式中:
        E——感應(yīng)電勢(shì);
        K——與磁場(chǎng)分布及軸向相關(guān)的系數(shù);
        B——磁感應(yīng)強(qiáng)度;
        V——導(dǎo)電液體平均流速;
        D——電極間距(流量計(jì)導(dǎo)管內(nèi)徑)[3]。
 
        電磁流量計(jì)壓力損失小、流量測(cè)量范圍大,反應(yīng)迅速。應(yīng)用的局限性是只能測(cè)量導(dǎo)電介質(zhì)的液體流量,在水電站可測(cè)量機(jī)組各部軸承和主變壓器的冷卻水(江水)和主軸密封水(清潔水),因水電站各部軸承冷卻水都具有正反向供水功能,可選用具備正反向測(cè)量功能的電磁流量計(jì),并且因江水雜質(zhì)較多,易造成流量計(jì)的檢測(cè)電極結(jié)垢污染,將對(duì)測(cè)量造成較大影響,可選用電極可清洗的流量計(jì)。
 
1.2 熱導(dǎo)式流量計(jì)
        熱導(dǎo)式流量計(jì)采用熱交換原理,流量計(jì)探頭配置了發(fā)熱模塊和感熱模塊,根據(jù)示流器的熱量傳導(dǎo)與被測(cè)流體流速的比例關(guān)系,檢測(cè)出流體的流速(見(jiàn)圖2)[4]。
熱導(dǎo)式流量計(jì)檢測(cè)原理
        熱導(dǎo)式流量計(jì)一般為插入式安裝,適用于多種流量計(jì)質(zhì),使用范圍較寬,量程比大于10:1。應(yīng)用的局限性是測(cè)量的精度較難以保證,因測(cè)量的熱導(dǎo)部分被結(jié)垢污染后對(duì)測(cè)量的精度影響加大,在水電站可測(cè)量機(jī)組各部軸承的油流量,作管路油流動(dòng)的基本示流開(kāi)關(guān)用,因測(cè)量精度難以達(dá)到要求,不建議采用為如循環(huán)油泵邏輯控制的油流條件,也不適用于測(cè)量機(jī)組高壓油系統(tǒng)的高速油流[5]。
 
1.3 超聲波流量計(jì)
        超聲波流量計(jì)的測(cè)量方法可分為:時(shí)差法、多譜勒效應(yīng)法、波束偏移法、相關(guān)法、噪聲法。當(dāng)前用得非常多的是時(shí)差法和多譜勒效應(yīng)法[6]。
 
        時(shí)差檢測(cè)法原理為超聲波脈沖在上下游的兩側(cè)傳感器間來(lái)回傳播,當(dāng)有流體流動(dòng)時(shí),由于向下游方向的信號(hào)傳播時(shí)間比向上游方向的短,根據(jù)時(shí)差與流體速度成正比關(guān)系,檢測(cè)出流體的流速和方向,見(jiàn)圖3。
超聲波流量計(jì)測(cè)量原理
20220314095748.jpg
 
圖3和式2中:D——儀表口徑;L——聲程;
        Vm——介質(zhì)流速;
        Cm——介質(zhì)中的聲速;
        α——傳感器A/B間與管道水平中心線間的夾角;
        TB-A——傳感器B至A的時(shí)間;
        TA-B——傳感器A至B的時(shí)間。
 
        超聲波流量計(jì)為非接觸式測(cè)量方式,傳感器不與被測(cè)介質(zhì)接觸,無(wú)壓損,使用壽命較長(zhǎng),設(shè)備維護(hù)量較小。既可管道固定式安裝,也可移動(dòng)便攜式測(cè)量(必須為金屬管道、塑料管道及其他透聲材料的管道)。在水電廠可用作各類水、油管路的流量測(cè)量,超聲波流量計(jì)不適用于測(cè)量管路中的流量介質(zhì)有氣泡的環(huán)境,所以不宜測(cè)量目數(shù)較細(xì)的油過(guò)濾器管路,同樣也不適用于測(cè)量機(jī)組高壓油系統(tǒng)的高速油流。
 
1.4 差壓流量計(jì)
差壓流量計(jì)的測(cè)量原理為在流量計(jì)的管道中部配置節(jié)流部件,當(dāng)滿管的流體流經(jīng)節(jié)流件時(shí),流束形成局部的收縮,流速增大,而靜壓力降低,在節(jié)流件前后產(chǎn)生一定的壓力差。根據(jù)流體的流速與差壓值的比例關(guān)系,檢測(cè)出流體的流速。
 差壓流量計(jì)測(cè)量原理
差壓流量計(jì)運(yùn)用非常為廣泛,性能穩(wěn)定可靠,使用壽命長(zhǎng),其局限是壓損大,不太適用于小流量的環(huán)境,范圍度窄,僅3:1~4:1。在水電廠特別適用于有循環(huán)油泵管路的較大油流量測(cè)量,但也不適用于對(duì)機(jī)組高壓油系統(tǒng)的幾十兆帕的高速油流進(jìn)行油流模擬量準(zhǔn)確測(cè)量。
 
1.5 活塞式流量開(kāi)關(guān)
        活塞式流量開(kāi)關(guān)的檢測(cè)原理是當(dāng)流體按指示方向流過(guò)管道時(shí),推動(dòng)彈簧支撐并安裝有yongjiu磁鐵的活塞,從而驅(qū)動(dòng)干簧管開(kāi)關(guān)磁性開(kāi)關(guān)在設(shè)定流量上動(dòng)作,輸出開(kāi)關(guān)信號(hào)。活塞式流量開(kāi)關(guān)設(shè)定流量范圍大、調(diào)整方便,廣泛用于水、氣、油等介質(zhì)測(cè)量。有低壓降、耐壓高等優(yōu)點(diǎn),狀態(tài)只取決于流量,而與壓力無(wú)關(guān),并且對(duì)壓力的峰值不再敏感,在水電廠可解決于機(jī)組高壓油的高速油流檢測(cè)難點(diǎn)。
 
2 流量計(jì)的安裝標(biāo)準(zhǔn)
        當(dāng)前巨型水電站流量計(jì)在低經(jīng)濟(jì)性和附加值下運(yùn)行的原因除了功能不明確、配置不合理外,非常主要就是安裝不符合產(chǎn)品安裝要求和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),導(dǎo)致流量計(jì)故障率較高、測(cè)量不準(zhǔn)確。
 
2.1 流量計(jì)的通徑和量程選擇
        流量計(jì)首先需要確定它的通徑和測(cè)量范圍,即確定傳感器內(nèi)流體的流速范圍,流量計(jì)量程范圍的選擇對(duì)提高流量計(jì)工作的可靠性及精度有較大關(guān)系,根據(jù)不低于預(yù)計(jì)的非常大流量值的原則選擇滿量程,正常常用流量非常好不超過(guò)滿量程50%,這樣可獲得較高的測(cè)量精度[7]。
 
        流量計(jì)通常選用與工藝相同的通徑或者略小些,在流量選定的情況下,通徑的選擇是根據(jù)不同的測(cè)量對(duì)象以及流量計(jì)測(cè)量管內(nèi)流速的大小來(lái)確定。流量計(jì)所測(cè)流體的流速,需考慮管路中流體的流速與壓頭損失的關(guān)系。在確定流速后,流量計(jì)的通徑可根據(jù)如下關(guān)系式確定:
V=353.678Q÷d2(m/s)(3)流量計(jì)的通徑
式中:d——流量計(jì)通徑,mm;
Q——體積流量,m3/s。
 
2.2 流量計(jì)接地
流量計(jì)的正確可靠接地對(duì)流量計(jì)的正常運(yùn)行至關(guān)重要:
(1)給信號(hào)源參考用的零電位;
(2)使被測(cè)流體與可靠的接地體相連通;
(3)滿足相應(yīng)的安全性要求(如雷擊等);
(4)抗外界干擾措施(如屏蔽等)。
接地點(diǎn)離傳感器的距離盡可能短,必須與可靠接地體直接相連,不能與其他設(shè)備接地點(diǎn)相連接,接地電阻≤10Ω,電磁流量計(jì)的外殼、電纜屏蔽線、測(cè)量管路的兩端都需單獨(dú)可靠接地,絕不能接在電動(dòng)機(jī)等公用地線或上下水管道上,準(zhǔn)確接地如圖5所示;如流量計(jì)的轉(zhuǎn)換器部分已通過(guò)電纜線接地,就毋須再另行接地,以避免因電位差而造成干擾。流量計(jì)配備接地環(huán)的接地方法:如工藝管道為絕緣材質(zhì),則必須配置接地環(huán)可靠接地,來(lái)穩(wěn)定邊界條件,提高測(cè)量穩(wěn)定性和精度,如圖6所示。
 流量計(jì)金屬管路接地流量計(jì)絕緣材料管路接地
2.3 流量計(jì)的安裝管路標(biāo)準(zhǔn)
        流量計(jì)的精準(zhǔn)測(cè)量必須保證滿管測(cè)量狀態(tài),在水電站中,導(dǎo)致非滿管的流量計(jì)管路常見(jiàn)錯(cuò)誤安裝位置示意圖如圖7所示。圖中A為流量計(jì)直接安裝在閘閥前后,圖中B為流量計(jì)安裝在放空管路的長(zhǎng)水平管路上,圖中C為流量計(jì)安裝在放空管路高處和垂直排放段。此三種都將導(dǎo)致管路內(nèi)介質(zhì)為非滿管狀態(tài),從而影響測(cè)量的精度[8]。在GB/T18659—2002《封閉管道中導(dǎo)電液體流量的測(cè)量電磁流量計(jì)性能》中規(guī)定上游10D(D為流量計(jì)通徑),下游5D。
 

流量計(jì)管路安裝錯(cuò)誤圖

 
在DL/T1107—2009《水電廠自動(dòng)化元件基本技術(shù)條件》中規(guī)定:
(1)機(jī)械式流量開(kāi)關(guān):上下游5D;
(2)熱導(dǎo)式流量開(kāi)關(guān):上下游4D;
(3)電磁流量計(jì):上游10D、下游5D。
 ISO 和鑒定規(guī)格號(hào)中的流量計(jì)安裝標(biāo)準(zhǔn)
        在ISO和鑒定規(guī)格號(hào)中對(duì)各類閥組、管路標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。流量計(jì)管路正確規(guī)范的管路如圖8所示,圖中A為保證流量計(jì)的上下游足夠的直管段;圖中B為在長(zhǎng)的水平放空管道上,在流量計(jì)的下游側(cè)設(shè)計(jì)略微上升的管道部分再放空;圖中C為敞開(kāi)式供水或排放,將流量計(jì)安裝在管道的較低或爬坡部分。三種安裝方式以確保通過(guò)流量計(jì)的管道完全充滿液體,從而達(dá)到測(cè)量的精確性。
 流量計(jì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范管路安裝示意圖
3 結(jié)束語(yǔ)
        在水電廠中,流量信號(hào)是水輪發(fā)電機(jī)組重要的參考監(jiān)視量,流量計(jì)數(shù)量大,對(duì)各類型流量計(jì)進(jìn)行準(zhǔn)確選型和功能配置,按安裝標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行安裝,能保證流量計(jì)的運(yùn)行穩(wěn)定性,降低故障率,穩(wěn)定可信的流量信號(hào)可參與到設(shè)備的邏輯控制中,流量計(jì)運(yùn)行的穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性較高,能保證機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。
 
作者簡(jiǎn)介:
        周立成(1976—),男,工程師,主要研究方向:水電站調(diào)速器及水輪機(jī)輔助設(shè)備日常維護(hù)。
        翟玉杰(1986—),男,工程師,主要研究方向:水電站調(diào)速器及水輪機(jī)輔助設(shè)備日常維護(hù)。
        艾遠(yuǎn)高(1983—),男,工程師,主要研究方向:水電站調(diào)速器及水輪機(jī)輔助設(shè)備日常維護(hù)。
        夏國(guó)強(qiáng)(1986—),男,工程師,主要研究方向:水電站調(diào)速器及水輪機(jī)輔助設(shè)備日常維護(hù)。
 
本文由三峽水力發(fā)電廠,湖北省宜昌市,周立成,翟玉杰,艾遠(yuǎn)高,夏國(guó)強(qiáng),幾位作者聯(lián)合發(fā)布,轉(zhuǎn)載必須注明來(lái)源和作者

 

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