火电机组主蒸汽流量的准确测量,对于机组的经济性分析和开展节能降耗工作均具有重要的价值。目前,对于主蒸汽流量的测量,主要采用直接测量法和间接测量法两种。直接测量法通常采用流量测量主蒸汽流量,这种方法简单、便于操作,但会造成一定的压力损失,而对于高参数,特别是超临界机组,采用流量计的方案在工艺上及误差控制上都存在较大困难,并且压力损失也不容忽视。因此,现今的大容量汽轮机组在系统设计时,为了减小压力损失,主蒸汽流量计通常不设,而是利用汽轮机的有关参数间接换算得出主蒸汽流量,即采用间接测量法。
本文将根据这两种测量方法的原理和特点,分别介绍其在测量主蒸汽流量时的优缺点和应用范围。
一、直接测量法
1.孔板流量计
(1)特点
优点:原理简明,应用技术成熟,仪表无可动部件,工作可靠,寿命长,量程比为3∶1。
缺点:安装要求严格,对于小口径管道(小于50mm)的流量测量有困难,压损较大,仪表刻度为非线性,测量准确度低,维修工作量大,感测元件与显示仪表必须配套使用。
(2)常见故障及排除方法(如表1所示)

2.分流旋翼式蒸汽流量计
(1)特点
该流量计具有结构简单、坚固,测量范围宽,调整方便,对压力的变动可自动跟踪补偿,工作可靠,安装、使用、维护方便,成本低等特点。
(2)常见故障及排除方法(如表2所示)

3.涡街流量计
(1)特点
涡街流量计的特点是:①结构简单而牢固,无可动部件,可靠性高;②测量范围宽,量程比可达10∶1~30∶1;③输出是与流量成正比的脉冲信号,无零点漂移;④安装简单,维护十分方便。
(2)影响仪表测量的主要因素
影响仪表测量的主要因素是干扰信号,干扰主要来自:①工业电磁干扰,解决方法是合理选择线路的敷设方式,正确接地;②管道震动干扰,解决方法是给管道加装固定支承。
4.三种仪表的比较
分流旋翼式流量计成本低,使用较为广泛。但其准确度等级低,只应用于小机组流量的测量。孔板流量计作为zui传统的流量测量仪表,技术较成熟,使用较为广泛,但它那有限的量程比、较大的维护工作量和复杂的安装方式以及很低的准确度等级等已越来越不适应现代化大生产的要求。涡街流量计准确度等级高、响应快、信号强的特点,决定了它将在未来的流量仪表中占主导地位,是孔板流量计的替代产品。
二、间接测量法
上述直接测量主蒸汽流量的方法主要应用于小型的汽轮发电机组,对于高参数,特别是超临界机组,采用直接测量方案在工艺上及误差控制上都存在较大困难,并且压力损失也不容忽视。因此,现今的大容量汽轮机组在系统设计时,为了减小压力损失,通常不设主蒸汽流量测量的流量计,而是利用汽轮机组数据采集系统(DAS)的有关参数间接换算得出主蒸汽流量,即采用间接测量法。
1.测量原理
采用间接换算法方案,源于汽轮机理论中的Flugel公式。对于具有n级的汽轮机组在变工况下未达临界时,级组前后参数与流量之间的关系可由式(3)表达

式中:Gr———变工况下的流量;G0———设计工况下的流量;T0、p0———设计工况下的主蒸汽温度和压力;T0r、p0r———变工况下的主蒸汽温度和压力;p2———设
计工况下的级后压力;p2r———变工况下的级后压力。当所取的级组较多且含凝汽式机组的末级时,由于排汽压力值与级组进汽压力值相比小得多,p22与p02相比可忽略不计,式(3)可变为

特别是当级组前温度变化较小时(如再热机组的中压缸进口),温度修正项接近于1,故式(4)可转为更简单的形式

目前,应用较多的是式(4)。大容量DAS系统显示的主蒸汽流量是根据调节级压力等测量参数经过换算求得的。但目前许多电厂DAS系统显示的主蒸汽流量值存在较大误差,若将DAS系统指示的主蒸汽流量作为汽轮发电机组运行热效率监测、计算的基准流量,将导致对机组运行经济性能的评价造成较大的偏差。
2.产生误差的原因及分析
(1)Flugel公式应用条件
对式(3)~(5)的应用有着明确的条件限制:①通流面积不变;②级组内各级流量相同;③级组内各级前温度变化率相同;④级组内不得串有其他非线性元件。
对于条件①,只要避开调节级,一般容易得到满足。而对于条件②,情况则较为复杂。通常回热式机组各级回热抽汽量在相当范围内与机组的进汽量近似成正比,且其量与进汽总量相比较小,故应用式(3)~式(5)也能获得较高的准确度。但对于再热机组,这一条件难以满足。事实上,由于再热器的存在,以及再热器喷水和对外供汽等因素,条件②~④均不能得到满足(如图1所示)。若仅将P1点作为流量计算点,应用式(4),考虑到额定值均为常数,可作归并,则有:

必须注意,式(6)的前提是将高压缸的*级压力级至低压缸的末级均作为一个级组。但这样却误将中间再热器等及相应的管道均作为汽轮机的压力级(或线性元件)一并对待,这必然会产生许多问题并导致相应的误差。这是因为再热器及冷、热再热管道均为阻力元件,若先不考虑加热及温度变化,再热器等及相应的管道与汽轮机的级组特性很难相似,直接应用式(6)将产生一定的固有误差。再者,如今大型机组较多的还是采用喷水减温的方法控制再热器出口汽温,由于该流量的注入,使再热器的压降与蒸汽流量的关系中出现了不相关且不可控的因素。此外,还有厂用汽及对外供热,加热器、给水泵及暖风器的投、切,通流部分结垢,抽汽工况变化等因素都会造成主蒸汽流量测量的误差。

3.解决方法
当应用式(3),并且只计高压缸时,从图1可见,对于高压缸,若高加运行方式不变,仅考察P1、P2点(将高压缸全体压力级作为一级组),能满足Flugel公式的应用条件。
由于高压缸通流部分的容积很小,在变工况时响应很快,故在动态时Flugel公式也能适用。应用式(3),并将额定值作为常数归并得:

若考虑高加的切除工况,可采用加修正项的方法解决:

式中:k1———高压加热器运行状态修正系数,高加投入时为零,可通过试验或计算求出。
通常,高压缸只有一级抽汽,故式(8)中的修正系数仅指一级高压加热器的切、投。现在的大机组普遍采用DCS,高压加热器的运行亦在其掌控之中,故应用式(8)换算主蒸汽流量很容易实现。
采用间接换算法进行主蒸汽流量的测量,是一种可行的方案,在公式应用条件具备的情况下能够满足工程实用的准确度要求。对于大型再热机组,由于系统的特殊性,不宜参照一般纯凝汽式机组而直接使用式(4),而应根据系统的实际情况,参照式(3),并进行相应的修正,如采用式(7)、式(8)。另外,因通流部分可能出现结垢问题,为zui大限度地控制测量误差,必须定期进行试验,比较给水流量与主蒸汽流量示值间的关系,以确定是否存在结垢及结垢程度,同时还可以检查系统误差,若有问题,应采取相应的措施并进行误差修正。
主蒸汽流量的准确获得,是进行火电机组节能降耗工作的基础之一,对于进行热力系统经济性计算和分析,具有重要的意义。本文对电厂目前采用的两种主要测量方法进行了分析,介绍了其测量原理、测量器具组成、测量的特点,并对每种测量方法的误差大小进行了评价。对于目前大型汽轮机组采用较多的间接换算测量法,介绍了其理论基础和应用前提,并浅析了提高测量准确度的方法