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摘要: 火电厂在实际运行过程中，机组高负荷时给水流量与凝结水流量异常偏差、低负荷时凝结水流量测量值跳变、停机状态时给水泵入口流量有显示、运行过程中阀门漏流量无法测量等问题经常出现，给电厂技术人员造成了困惑，也影响到了机组的安全经济运行。本文通过多年来对多台火电机组给水系统流量测量问题的深入研究，详细分析了产生这些问题的原因，提出了相应的判断和处理方法，同时对流量测量不准对自动调节系统调节效果产生的影响进行了探讨，具有现实的参考意义。
关键词:流量测量；偏差；探究；处理
1 前言
火电厂典型给水系统的工艺流程如图1所示，主要由凝结水系统、除氧加热系统、锅炉水汽管道系统三部分组成。
图1火电厂典型给水系统及流量测量测点位置图
图1中，凝结水由凝结水泵送入精处理系统，经过#5-#8低加，送入除氧器经过除氧处理后，由A、B、C三台给水泵经过#1、#2、#3高加后输送到锅炉；锅炉给水经过水汽管道系统吸收热量后，形成过热蒸汽去汽轮机做功。为有效降低过热蒸汽的温度，从给水泵的出口母管引一分支管至过热器减温器，进行喷水减温。为降低再热蒸汽的温度，从三台给水泵的出口引一分支管至再热器减温器，进行喷水减温。
为进行有效监控，系统设计有几个关键的流量测量参数点，分别为：凝结水流量、给水泵入口流量（A、B、C）、锅炉给水流量、过热减温水流量（一、二级）、再热减温水流量（左侧、右侧）、汽轮机各段抽汽压力。
2给水系统流量测量原理、元件、相关影响因素及处理
2.1给水系统流量测量的基本原理
当前火电厂普遍采用节流变压降式测量法进行流量测量，基本原理是流体流经节流件时流速增加、压力降低，在节流件的前后形成一定的差压，该差压的大小与流体的流量成一定的函数关系，通过测量差压可以间接地计算出流体的流量。
基本流量公式为：Qm=δεAd×√（2ρ1△P）。
式中δ－流量系数，ε－流束膨胀系数，Ad－节流件通流面积，ρ1－节流件上游侧流体的密度，△P－节流件前后的差压，√（2ρ1△P）－（2ρ1△P）的平方根。
利用该测量原理进行测量时，常用的标准节流件为孔板和喷嘴。
总体来说，利用该原理进行测量需满足以下条件：
（1）流体必须是牛顿流体，即均匀、单相、无气泡。
（2）流体充满圆管、连续流动，流经节流件前应无旋转，流经节流件后应无相变,流量稳定，流速不低于临界速度。
（3）节流件前后必须保证一定长度的直管段。
2.2流量测量信号的处理方式
当使用的标准节流件选定后，δ、ε、Ad即确定，则流量与流体的密度和节流件的前后差为平方根的关系。其中影响流体密度的主要因素是流体的温度。
在工程实际实施过程中，由于现场配置的节流装置已确定，依据设计人员提供的流量计算书，在热控DCS系统中将节流装置的出厂参数填入相应的流量计算公式，即可根据现场测得的差压值，计算出实时的流量值。
2.3给水系统流量测量的影响因素
由上可知，影响流量测量的主要因素包括：流体的温度变化、节流件的结构及磨损情况、节流件的安装方式、流量的计算方法、测量仪表的精度等。
3 流量较小造成测量不准的原因分析及处理
在现实运行过程中，当流量信号较小时，管道中的流体可能不易充满管道。由流量信号测量的基本原理可知，当管道中有两种以上的物体如空气、水或空气、水、水蒸汽时，此状态下产生的测量误差很大。在控制系统中常见的处理方法是小信号切除。即：在对工艺流程经过一段时间观察和统计后，选取一个合适的差压临界值，当实际测量的差压小于该数值时，流量计算输出的值直接切为0t/h。
4安装位置不当造成流量跳变的原因分析及处理
某300MW亚临界机组，当负荷为125MW时，凝结水流量跳变频繁，导致除氧器水位自动切除。
4.1原因分析
经过仔细排查，发现该机组的凝结水流量的测量节流孔板安装在汽机房标高12.6m的汽机平台和标高24m除氧器平台之间的竖直管道上，比12.6m平台高大约0.5m，而从节流孔板引出的测量变送器却安装在除氧器平台上。即该机组凝结水流量的测量特点是：（1）节流孔板安装在竖直管道上；（2）变送器安装在取样节流孔板的上方。
由于节流孔板取样点在竖直管道上，在低负荷时，管道中的流体易发生断流、孔洞、气泡等现象，表现出来的现象就是流体流动不连续、有气泡、不均匀。显然不符合流量准确测量的条件。
在低负荷给水流量较小的情况下，通过安装在竖直管道段中的测量节流件的流体是不连续和不充满的，同时加上重力的作用，不连续和不充满的现象更加突出。
测量变送器安装在取样节流孔板的上方，当引出给水流量较小时，引压管内的水也是不充满的，也增加了信号的跳变。
4.2处理方法
针对该案例，采取的处理方法是：
（1）将取样节流孔板移至除氧器平台，选取满足安装要求的水平管段处安装。
（2）将变送器改到12.6m汽机平台，即变送器安装在取样流量孔板的下方。
5 停运时有流量显示的原因分析及处理
某600MW超临界机组，停机状态时，B给水泵入口流量为28t/h。
5.1检查过程及原因分析
现场测量，B给水泵流量测量变送器送到热工DCS系统的输入差压信号为0.003Pa。流量计算公式中，流量与差压是平方根的关系，而平方根的特点就是当信号很小时，开方的结果却很大。当机组停运时，尽管B给水泵入口流量测量差压值很小，经计算公式处理后，却较大。
打开变送器三阀组的平衡门，差压显示为0t/h；对变送器取样管进行排污处理后，仍有差压显示。
仔细检查后，发现该变送器高压侧和低压侧两根取样管不平，存在一定的倾斜度。当变送器实际安装不水平时，变送器正负压侧管道中的压力就不平衡，即存在差压。而在试验室对变送器进行校验时变送器是水平放置的。这样就产生了较大的测量误差。
5.2处理方法
针对该案例，采取的处理方法是：
（1）变送器现场安装完毕后，再次用手持式智能操作仪进行零点清零。
（2）在DCS系统中增加小流量信号切除逻辑。
6 阀门漏流量难以测量的原因分析及处理
6.1漏流量的产生及测量不准的原因分析
阀门内漏特别是调节阀内漏在电厂运行过程中很常见，如高低旁压力调节阀、减温水调节阀、疏水调节阀等都或多或少存在一定的漏流量。一般来说漏流量是阀门关不严所造成的，例如闸阀和球形阀。目前电厂的调节阀已普遍采用鼠笼式多孔调节阀，阀门的性能已大大改善，灵活性、防磨性大大增强，漏流的可能性大大降低。但是在实际运行中也发现过在阀门开度中的某一段，鼠笼式多孔调节阀中有一两个调节孔存在缺口的现象。
造成阀门内漏的常见原因主要是阀门关不严和细微杂质颗粒冲刷磨损二者单独或共同作用产生的结果。
阀门漏流量对电厂热量损耗的计算，产生了很大的困扰。主要原因是漏流量通常很小，流体不可能充满管道，因此无法准确测量。
6.2处理方法
目前对阀门漏流量的判断和测量没有十分有效的方法，通常采取在可能发生漏流量的阀门后加装温度测点的办法来间接判断和估算。没有安装温度测点的，可以采用手持式测温仪进行测量。
减少调节阀门漏流量的有效办法是避免或减少阀芯的冲刷。对于全关位发生的调节阀阀芯冲刷，从控制角度来说，可以采取阀门小开度快速全关的措施。即当调节阀阀位小于某一定值（一般为2%-5%）时，智能阀门调节定位器小开度快关功能启动，控制信号直接置为零或一负值（一般为负值2%-5%），让阀门快速紧密关闭，以避免阀门在小开度处长时间停留，造成阀芯冲刷。
7 高负荷下锅炉给水流量与凝结水流量差值分析及异常偏差处理
某680MW超超临界机组在负荷660.1MW时，锅炉给水流量为1860t/h，凝结水流量为1207t/h。
由图1知：按照工艺流程的走向，锅炉给水流量=凝结水流量+各级加热器抽汽量-减温水量。除去系统损失，该公式两端基本持平。
高负荷下，一到四级抽汽量增大，从＃1～#3高加逐级自流到除氧器的疏水量也相应增大。从除氧器水箱由给水泵送出的给水量就增加，即锅炉给水流量增加。具体增加的量，可以由各级抽汽的压力经过转换计算大致估算出来。实际运行中，不同的机组、不同的设备系统、不同的测点测量位置、不同的负荷量，锅炉给水流量与凝结水流量之间的差值会不同。因此需要根据现场情况进行具体的计算和分析。
如两者差别明显异常，首先应排除系统泄漏的原因。针对测量环节，则可以从以下几个方面进行分析和处理。
7.1 给水温度的变化对测量的影响
由流量计算公式可知，给水温度对流量的测量也会造成一定的影响。因此在对给水流量进行计算时，进行了温度补偿。当随着负荷的升高，抽汽量加大，给水温度随着升高。这样在热工控制系统中的温度F(x)补偿函数就应当进行适当的调整，一般采取的策略是变参数调整，即在不同的温度下，需采取不同的补偿系数，以改变温度补偿的力度。
7.2 流量计算公式中节流孔板铭牌参数设置对测量的影响
由流量计算公式可知，当使用的标准节流件选定后，δ、ε、Ad即确定。在热控DCS系统中将节流装置的出厂参数填入相应的流量计算公式，即可根据现场测得的差压值和温度值，计算出实时的流量值。
在多年的调研中，发现少量的案例中存在流量计算公式中的常数参数设置和现场实际安装的节流标准装置上的铭牌不符的现象。因此需要按照流量计算书的数据与铭牌参数进行仔细的核对，发现错误，及时修正。
8 流量测量误差对热工自动控制系统的影响
火电厂给水系统自动调节是采用偏差调节的理论进行设计的，这个“偏差”是指两个平衡状态之间的偏差。当在某一个平衡状态下，若其中的某一个状态参量，比如给水流量，发生了变化，那么自动调节系统要进行调节。这种调节不是根据给水流量的绝对值来调节的，而是根据给水流量的变化量，即“差值”调节，直到达到一个新的平衡点为止。
因此，从自动调节的角度来说，给水流量是不是大于凝结水流量对自动调节的影响不大。只要该状态是平衡的，就不会对自动调节系统产生大的影响，因此也不会造成大的调节偏差。
结束语
结合电厂设备运行的实际，对给水系统流量测量情况进行深入的调研和分析，判断其存在的问题并采取合适的对策，才能比较彻底地理解和解决问题。结合多年的实际经验和多家电厂的实际调研，分别采取参数核查、调整、修正；就地取样安装方式改变；小流量切除；变送器就地清零；调门定位器小开度快关等方法，可以取得很好的现实效果。
致 谢
该文得到了华电河南新乡发电有限公司、湖北华电襄阳发电有限公司、华电江陵发电有限公司有关同志的大力帮助，在此一并致谢。
参考文献：
[1] 肖大雏．控制设备及系统/国产600MW超临界火力发电机组技术丛书[M]．北京：中国电力出版社， 2006．
[2] 孙奎明，时海刚．热工自动化 [M]．北京：中国电力出版社， 2006．
[3] 朱全利.锅炉设备及系统/国产600MW超临界火力发电机组技术丛书[M]．北京：中国电力出版社，2010
作者简介：
柳长海（1968－ ），男，大学本科，高级工程师。华电电力科学研究院。
刘林波（1970－ ），男，研究生，正高级工程师，华电电力科学研究院。
杨列廷（1972－ ），男，研究生，工程师，河南华电新乡发电有限公司。
陈艳蓉（1972－ ），女，大学本科，高级工程师。湖北华电襄阳发电有限公司。
李 勇（1988－ ），男，大学本科，高级工程师。湖北华电江陵发电有限公司。
孙 林（1989－ ），男，大学本科，工程师。湖北华电江陵发电有限公司。
论文作者:柳长海1,刘林波1,吕行2,陈艳蓉3,李勇4,孙林
论文发表刊物:《电力设备》2019年第8期
论文发表时间:2019/9/18
标签：流量论文; 测量论文; 凝结水论文; 流体论文; 系统论文; 阀门论文; 变送器论文; 《电力设备》2019年第8期论文;