火力發(fā)電廠凝汽器補水流量測量誤差分析及改進方法

火電廠凝汽器補水流量測量的準確性對日常監(jiān)視和火電廠經(jīng)濟性計算具有重要意義。某發(fā)電廠將機組凝汽器補水管道上原有的差壓式流量計更換為超聲波流量計，提高凝補水流量測量結(jié)果的準確性，記錄并分析了不同工況下的測量結(jié)果。上海自動化儀表重點研究并解決了測量過程中高真空冷凝器對凝結(jié)水注入流量測量的干擾。結(jié)果表明當測點合理時，超聲波流量計能夠提高準確度。

1 凝補水系統(tǒng)

（1）凝補水系統(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] 。為了保證汽輪機的正常運行，確?；痣姀S的運行安全，必須保持鍋爐給水流量充足，凝汽器水位穩(wěn)定，并在機組運行階段對凝汽器進行水化和監(jiān)測。凝汽器補水可分為機組正常運行和機組啟動停止兩種工況。凝結(jié)和水化過程（凝汽器水化的簡稱）如圖 1 所示。

凝補水的平面流程

在機組啟動和停止階段，冷凝水箱中的補給水帶動冷凝器通過補給泵，同時打開再循環(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。當機組正常運作時，然后將再循環(huán)電動門關(guān)閉。為了控制火電站的能耗率，提高經(jīng)濟效益，冷凝水泵停止和冷凝器自然補充水，正壓之間的差壓頭（8 m），水冷凝水箱和冷凝器負壓。

（2）流量問題。 某電廠的原流量計為差壓流量計，B-C 段管道布置如圖 1 。采樣端口位于管道的中心線。在機組正常運行時，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，所測管內(nèi)的流動體無法達到中心線位置，Q 往往得不到檢測；由于管道較厚，管道內(nèi)流速較慢，在機組啟動停止階段，冷凝器水位調(diào)節(jié)閥一般開小，采樣點測得的差壓小，檢測不準確，波動大，延時大等問題。

2 超聲波流量計介紹及測點選取

（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管道壁面上的兩個超聲振蕩器，也是超聲波的傳輸和接收元件，超聲波脈沖通過壓電效應和電致伸縮效應轉(zhuǎn)化為電脈沖信號。當變送器為傳感器供電時，接收傳感器返回的電脈沖信號并對其進行多次處理。信號經(jīng)過轉(zhuǎn)換和計算后，發(fā)送到發(fā)射機的本地顯示屏，顯示 V、Q 等信息。處理后的信號通過發(fā)射機傳輸?shù)?DCS（分散控制系統(tǒng)）。

（2）測量的原理。Q 測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。通過測量發(fā)射和接收信號的相位差、時間差以及頻率差，計算出被測流體的速度。超聲波信號沿介質(zhì)流動方向在管道中交替?zhèn)鬏?。管流中傳輸信號，傳播速度的方向速度小于負方向的傳播速度。兩個傳感器信號會有時差,時差測量 ΔT，可以計算管道內(nèi)介質(zhì)的平均速度。

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

3 運行狀況及異常原因分析

（1）運行情況。① 機組啟停階段流量計的運行狀況 。機組啟停時，凝水泵投入運行，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量結(jié)果如圖 3 所示。

各閥門開度下的瞬時流量

凝汽器水位在調(diào)節(jié)閥處于自動狀態(tài)，分析兩小時內(nèi) Q 隨閥門的開度變化的測量值變化情況。② 機組運行階段流量計的運行狀況。機組運行過程中，凝補水水泵關(guān)閉，冷凝器內(nèi)形成高真空。在測點1進行測量時，發(fā)現(xiàn)兩種流量計的測量結(jié)果均有較大波動或無數(shù)據(jù)等異?，F(xiàn)象，測量結(jié)果完全不可取。調(diào)整手持式流量計在整個管道 E-F 段的測量位置仍然不能得到正常的有效測量值。

（2）異常原因分析。在機組從啟動停止過渡到正常運行過程中，沒有改變測點和參數(shù)設置，變化的只有運行狀態(tài)。在工況變化過程中，凝結(jié)水化的運行參數(shù)主要變化如下：凝液補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。針對上面參數(shù)進做了分析得出結(jié)論，凝結(jié)水 Q 的變化不超過流量計的量程，Q 的變化不是流量計不能正常工作的原因。

另外兩個參數(shù)可能會影響流量計的正常運作，凝補水泵的停運及出口母管壓力的降低可能會導致管道中流體不滿管。機組運行階段冷凝器的高真空會導致管道內(nèi)的冷凝、水化和汽化，干擾流量計的正常運行。從 F -C 點，與 B-C 段的管道比這更薄，E-F 段管是上升直管,和測量點的彎管（從彎管測定點的距離大約是 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，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鞴艿啦糠值膶嶋H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 補水管將強烈的蒸發(fā)，異常 Q 檢測的根源。

4 結(jié)語

實際過程中，凝補水 Q 測點位置選取，應排除凝汽器真空對流量計檢測的干擾。上海自動化儀表超聲波流量計檢測結(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、補水率和機組經(jīng)濟運行提供了有效的參考。