摘(zhai)要:多孔平(ping)衡流量計(ji) 是在傳統(tong) 孔闆流量(liang)計 的(de)基礎(chu)上所研發(fa)出的新一(yi)代節流式(shi)流量計。通(tong)過介紹(shao)其基本(ben)工作原理(li)及優(you)化後(hou)的性(xing)能特(te)點，并(bing)結合幾種(zhong)工況條(tiao)件(jian)下的(de)使用(yong)，對多孔平(ping)衡流(liu)量計(ji)的應(ying)用加以(yi)闡(chan)述。
0引(yin)言
　　節流式(shi)流量(liang)計 通(tong)常也(ye)被稱(cheng)之爲(wei) 差壓(ya)式流(liu)量計(ji) ，迄(qi)今爲止(zhi)仍因其(qi)制造工藝标(biao)準(zhun)化(hua)、使用(yong)技術成熟(shu)、适用(yong)範圍(wei)廣(guang)，而(er)被水(shui)利、石(shi)油、化(hua)工等各行各業廣泛(fan)地應用(yong)，占(zhan)流量(liang)計使(shi)用(yong)總數的(de)50%以上。但同(tong)時，其(qi)測量精(jing)度低、量(liang)程比小、上(shang)下遊(you)安裝(zhuang)直管段距(ju)離長、節流裝置(zhi)後所産生的永(yong)久壓力(li)損(sun)失大(da)等諸(zhu)多不足也(ye)日益趨顯(xian)。
　　随着(zhe)儀表(biao)測量、制造(zao)技術的不斷發(fa)展，爲(wei)适(shi)應(ying)各種(zhong)過程控制(zhi)對于(yu)節流式流量計(ji)測量精度(du)及使(shi)用性能的更高(gao)要求(qiu)節流(liu)式流(liu)量計(ji)，即多(duo)孔平(ping)衡流量(liang)計(ji)随之(zhi)而誕(dan)生。多孔平(ping)衡流量計(ji)誕生之初(chu)由美國國(guo)家航(hang)空航天局(ju)馬歇爾航空飛(fei)行中心最(zui)先應(ying)用于航(hang)天(tian)飛機(ji)主發動(dong)機(ji)的液(ye)态氧(yang)流量(liang)測量(liang)，随後因(yin)其測量(liang)、使用(yong)性能(neng)被更(geng)多行業(ye)所(suo)熟知(zhi)并發(fa)展使(shi)用。
1工(gong)作原理(li)
　　多(duo)孔平(ping)衡流(liu)量計(ji)沿用(yong)了傳統孔(kong)闆流(liu)量計的(de)組成形(xing)式，由節流(liu)裝置、傳輸(shu)差壓信号(hao)的引壓管路及(ji)測量信号所用(yong)的差壓計這3個部分(fen)所(suo)組成。并(bing)巧妙地将(jiang)多孔整流(liu)器(qi)與(yu)傳統(tong)單孔節流孔闆(pan)的結構形式、性(xing)能特點相(xiang)結合，形成(cheng)了(le)新型的(de)多孔節(jie)流(liu)整流(liu)器，用以(yi)替(ti)代原(yuan)有的單(dan)孔(kong)孔闆(pan)作爲節流原件(jian)安裝于流(liu)體管(guan)道上(shang)。多孔(kong)節流(liu)整流器上每個節流(liu)孔(kong)的(de)尺寸(cun)大小及分布情(qing)況都(dou)是由特定(ding)的公式及實測(ce)數據計(ji)算所得(de)，故被(bei)稱(cheng)之爲函數孔。流量檢測(ce)時，所(suo)測(ce)介(jie)質在(zai)通過(guo)多(duo)孔(kong)節流(liu)整流(liu)器的(de)同時進行(hang)流體整流(liu)，減小節流(liu)裝置(zhi)後的渦流(liu)，形成(cheng)較穩定的(de)紊流(liu)，從而(er)使引壓管(guan)路能夠(gou)獲(huo)取到(dao)較穩(wen)定(ding)的差壓(ya)信号，并(bing)進一步通過伯(bo)努利方(fang)程計算得(de)出工藝所需體積流(liu)量、質量(liang)流(liu)量等流量(liang)參數。
 
2多孔(kong)平衡流量(liang)計的性能(neng)優化
　　多孔(kong)平衡(heng)流量計是(shi)以傳(chuan)統(tong)孔(kong)闆流(liu)量計爲基礎，改(gai)變其(qi)節(jie)流孔的(de)構成形式，從而(er)極大(da)程度地優(you)化了使(shi)用性能(neng)。
1)平衡(heng)流場，提高(gao)測量精(jing)度
　　傳統(tong)孔闆(pan)流量計的(de)節流(liu)裝置(zhi)隻設有一個圓形節(jie)流孔，節流(liu)原件(jian)與管(guan)壁結(jie)合處(chu)成直角(jiao)，在(zai)流體(ti)通過(guo)節流孔時(shi)，孔兩(liang)邊會(hui)有大面積(ji)的“死區”，從(cong)而産生(sheng)持久的渦流，進而(er)大量(liang)消耗(hao)流體(ti)的動能。同(tong)時(shi)，雜亂的(de)渦流(liu)所(suo)形(xing)成的(de)流體(ti)波動和噪(zao)聲也會(hui)讓(rang)測量(liang)的線性度(du)和正(zheng)确率降低(di)，并且(qie)需要(yao)較(jiao)長的直(zhi)管段來(lai)恢(hui)複流體正(zheng)常的壓力(li)和流場。多孔平衡流量(liang)計的節(jie)流裝置結合了(le)多孔(kong)整(zheng)流器的(de)整流原理(li)，通過使用精密的計(ji)算，使多孔(kong)節流(liu)整流(liu)器可以最(zui)大程度地減少死區(qu)效應(ying)，避免(mian)渦流的産(chan)生，平(ping)衡流(liu)場(chang)，降(jiang)低因(yin)渦流(liu)所(suo)引(yin)起的(de)信号波動，提高(gao)取壓點(dian)數(shu)據的正确(que)率，從而使(shi)檢測精(jing)度從傳統孔闆(pan)流(liu)量計(ji)的±1%~±2%提(ti)高至±0.3%、±0.5%，能更好的适(shi)用(yong)于如(ru)能量計量(liang)、貿易(yi)核算(suan)等有較高(gao)流量(liang)測量精度要求(qiu)的場(chang)合。
2)減(jian)小永久壓力損(sun)失、縮(suo)短直管段(duan)安裝距離(li)
　　多孔(kong)平衡流量(liang)計的(de)節流裝置采用(yong)了對稱式的流(liu)通孔(kong)布(bu)局設計(ji)，提升(sheng)了(le)流體通(tong)過的(de)效率，最大(da)程度(du)地降低了(le)渦流(liu)的形(xing)成，減少了(le)流體(ti)通過(guo)節流裝置(zhi)時造(zao)成的紊流摩擦(ca)及動能(neng)的(de)損失，和傳(chuan)統孔闆流(liu)量計(ji)相比(bi)，既可獲得更差壓信(xin)号，又降(jiang)低了1/3~1/2的永久(jiu)性(xing)的壓力(li)損失。同時，節流裝置後流體壓(ya)力較快的(de)平穩(wen)恢複又(you)可縮短(duan)流量(liang)計安(an)裝時所需的(de)上下遊(you)直管段距離。通(tong)常，多孔平衡流(liu)量計(ji)的上(shang)下遊(you)安裝直管段隻(zhi)需0.5D~2D,是(shi)傳統孔闆(pan)流量(liang)計(ji)所需直(zhi)管段的1/7甚至更(geng)短，很(hen)大(da)程度上(shang)節省(sheng)了流體測量的(de)管道(dao)材料(liao)及安裝投(tou)入成(cheng)本，這(zhe)一優(you)勢也(ye)得到(dao)了各(ge)行業(ye)的廣泛認(ren)可。
3)量(liang)程比寬、穩(wen)定性(xing)更好(hao)
　　多孔平衡(heng)流量計(ji)特(te)殊的(de)多孔節流(liu)裝置(zhi)極大(da)程度(du)地提(ti)高了(le)流(liu)體測量(liang)量程比。美國某(mou)機構的(de)實(shi)驗數(shu)據結果顯示，多孔平衡(heng)流(liu)量計(ji)常規(gui)測(ce)量(liang)的量程比可以(yi)做到(dao)7:1~10:1，如果函數(shu)孔計(ji)算參數(shu)選(xuan)擇合(he)适，量程比可以達到(dao)30:1甚至(zhi)更高(gao)，這一(yi)數據(ju)比傳統孔闆流量計(ji)要高出(chu)2~7倍(bei)。而且(qie)，傳統孔闆流量(liang)計的流量(liang)系數(shu)--般在雷諾數高(gao)于4000時才能趨于平穩(wen)，在雷諾數(shu)較低(di)時受其影(ying)響較(jiao)大。但多孔(kong)平衡流量計的(de)管道内基本無(wu)滞留(liu)區(qu)，其流量(liang)系數受雷(lei)諾數(shu)的影(ying)響很小。即(ji)使在(zai)較(jiao)低雷諾(nuo)數的(de)測量(liang)條件(jian)下，多孔平衡流(liu)量計的(de)正(zheng)确率(lü)依然(ran)能(neng)夠(gou)得到(dao)保證(zheng)，從根(gen)本上(shang)提升(sheng)了流量檢(jian)測時(shi)測量(liang)精度(du)的穩定性。
3多孔(kong)平衡流量(liang)計的應用
　　多(duo)孔平衡(heng)流量計不(bu)僅适(shi)合在(zai)常見工況(kuang)條件下使(shi)用，在(zai)某些(xie)特(te)殊工況(kuang)流量(liang)測(ce)量(liang)中也(ye)得到了很好的(de)應用(yong)。
1)高量(liang)程比流量測(ce)量
　　在醫(yi)藥、化工等(deng)行業(ye)中，蒸(zheng)汽一(yi)般作(zuo)爲熱(re)媒(mei)介(jie)質被(bei)用于(yu)加(jia)熱(re)或加(jia)濕工段，通(tong)常由(you)于不同(tong)季節或(huo)一天(tian)中(zhong)的不同(tong)時段(duan)所需(xu)加熱(re)、加濕量(liang)的(de)不同(tong)，造成(cheng)燕(yan)汽(qi)能源(yuan)計量時(shi)蒸(zheng)汽總(zong)管用(yong)汽流(liu)量有(you)較大波動，往往(wang)遠遠超出傳統(tong)孔闆流量(liang)計3:1的(de)量程(cheng)比(bi)範圍。同(tong)樣,在其他(ta)類似(si)需要(yao)大量(liang)程比(bi)流量(liang)測量(liang)時,傳(chuan)統孔(kong)闆流量計(ji)亦無(wu)法(fa)适用。而(er)多孔(kong)平衡(heng)流量(liang)計可(ke)适用于10:1甚(shen)至更(geng)高(gao)的量程(cheng)比的(de)流(liu)量(liang)測量,并且(qie)因其測量(liang)精度高，受雷諾數影(ying)響(xiang)小，可進(jin)行較(jiao)爲正(zheng)确的高量(liang)程比流量(liang)檢測或能源計量。
2)雙向流流量(liang)測量
　　傳統(tong)孔闆(pan)流量(liang)計的(de)節流(liu)裝置(zhi)僅(jin)在下遊設有(you)斜(xie)角，而多(duo)孔平衡流(liu)量計(ji)的節流(liu)裝置上(shang)下遊采(cai)取(qu)完全(quan)對稱(cheng)設(she)計。這種(zhong)對稱的(de)結構形(xing)式使其在(zai)某些(xie)需要雙向(xiang)流流(liu)量檢(jian)測的(de)特殊(shu)工況條(tiao)件下，可(ke)以實(shi)現隻(zhi)使用(yong)一台流量儀表(biao)即可(ke)進行雙向(xiang)流流量檢(jian)測。
3)短(duan)直管(guan)段(duan)流(liu)量測(ce)量
　　受場地(di)大小、建築(zhu)尺(chi)寸等外(wai)在客觀(guan)條(tiao)件的(de)限制(zhi)，在(zai)布(bu)置工(gong)藝管道(dao)走向時往往(wang)無法(fa)爲流(liu)量測(ce)量預(yu)留出足夠(gou)的(de)直管段(duan)安裝距(ju)離，從而(er)影響(xiang)測量精度(du)。特别是在特殊(shu)貴重(zhong)金屬如锆(gao)材、哈氏合(he)金、鉻(ge)钼合(he)金鋼等工(gong)藝管(guan)道上(shang)進行(hang)流量測量(liang)時，較(jiao)長的直管段需(xu)求意味(wei)着(zhe)昂貴(gui)的建設成(cheng)本。在這種(zhong)情(qing)況下，多(duo)孔平衡流(liu)量計上下(xia)遊(you)直管段(duan)距離(li)僅需0.5D~2D的應(ying)用優(you)勢尤(you)爲明(ming)顯，即可節(jie)省工(gong)藝管(guan)道、安(an)裝支(zhi)架等的鋪(pu)設成(cheng)本，又(you)可滿足在(zai)短直(zhi)管段(duan)流量(liang)測量時的(de)精度(du)要求，是一(yi)種較爲經(jing)濟的流量(liang)檢測配(pei)置(zhi)方式(shi)。
4)大口(kou)徑(jing)流量檢(jian)測
　　在大口徑的(de)流量(liang)檢測(ce)中，多(duo)孔平衡流量計(ji)亦有(you)其(qi)不可替(ti)代的獨特(te)優勢。隻需(xu)通(tong)過(guo)正确(que)計算對相(xiang)應節(jie)流孔(kong)的尺寸、數(shu)量及(ji)分(fen)布情況進行(hang)調整(zheng)，即可(ke)在較短(duan)的(de)管道距離内(nei)進行大(da)口徑的流(liu)量測量，無(wu)需擔(dan)憂因(yin)管道口徑較大(da)而産(chan)生的(de)15D甚至(zhi)更長的上(shang)下遊(you)直管(guan)段(duan)距(ju)離。特(te)别是(shi)在高(gao)溫、低(di)壓等(deng)各(ge)種嚴苛(ke)工況(kuang)下，多孔平(ping)衡流(liu)量計也能(neng)保證(zheng)大(da)口徑流(liu)量測(ce)量精度的(de)穩定性。同時，可以使(shi)用多對取(qu)壓孔(kong)進行取壓的冗(rong)餘配置，以(yi)确保(bao)差(cha)壓(ya)信号(hao)被有(you)效(xiao)傳(chuan)輸，降(jiang)低大(da)口(kou)徑流量(liang)檢測的後(hou)期維(wei)護、清掃、運營成本。
5)高(gao)溫及(ji)極低(di)溫流體測量
　　由(you)于本(ben)體(ti)及(ji)法蘭(lan)材質選擇的多(duo)樣化(hua)，多孔平衡(heng)流量計(ji)擁(yong)有較(jiao)爲廣(guang)泛的(de)工作(zuo)溫度。通過(guo)對不同材(cai)質(zhi)的選用(yong)，多孔(kong)平(ping)衡(heng)流量(liang)計可(ke)測(ce)量850C甚至(zhi)更高溫度的高(gao)溫流(liu)體介質,亦(yi)适用于(yu)液(ye)氮、液(ye)氧、液(ye)氫、液氩等(deng)極低(di)溫流(liu)體的(de)流量測(ce)量。
6)多種(zhong)管道(dao)連接方式選擇
　　多孔平衡(heng)流量計誕(dan)世至(zhi)今，爲(wei)适應各種(zhong)工況(kuang)的(de)管(guan)道連接要求，逐(zhu)步衍(yan)生出(chu)多種連接(jie)方式(shi)以供(gong)選擇(ze)。如可用于(yu)大多(duo)數:工(gong)況的管道(dao)式法蘭(lan)連(lian)接，可(ke)用于大口(kou)徑流(liu)量測量的(de)對夾(jia)式連接，适用于(yu)高溫高壓(ya)工況(kuang)的焊接式連接(jie)以及(ji)适用(yong)于黏稠、有(you)毒、強(qiang)腐蝕(shi)液體(ti)、髒污(wu)及粉塵氣(qi)體介質流(liu)量測量的(de)雙法(fa)蘭式(shi)連接等等(deng)。而節流裝(zhuang)置的外形(xing)也從最初(chu)便于管道連接的圓管形節流(liu)裝置，演變(bian)出方管式(shi)節流裝置(zhi)，以便于更(geng)簡便(bian)地與(yu)各(ge)種方形(xing)管道進(jin)行(hang)連接(jie)，可适(shi)用(yong)于(yu)空調(diao)系統(tong)送(song)、排風風量檢(jian)測。
7)一(yi)體化(hua)
　　在檢測(ce)儀表一(yi)體化(hua)的(de)發(fa)展趨(qu)勢帶(dai)動(dong)下，多孔(kong)平衡(heng)流量(liang)計同(tong)樣化零爲(wei)整，将(jiang)節流(liu)原件、引壓(ya)管路、閥組(zu)及差(cha)壓計(ji)等需分步(bu)安裝的儀(yi)表原(yuan)件整(zheng)合(he)爲(wei)一體(ti),從而減(jian)少(shao)安裝(zhuang)步驟(zhou),以(yi)滿足适(shi)合工(gong)況條件下(xia)快速安裝、使用(yong)的需求(qiu)。
3核電仿(pang)真機(ji)驗(yan)證(zheng)
　　爲驗(yan)證上述分(fen)析,在(zai)某核(he)電(dian)站(zhan)進行(hang)全方(fang)位仿(pang)真機(ji)驗證(zheng)。試驗變量(liang)描述如表(biao)1所示(shi)。
　　仿真(zhen)結(jie)果如圖(tu)4所示(shi)。當電網頻率由50Hz将(jiang)至49.75Hz時，機(ji)組進行一(yi)次調(diao)頻動(dong)作(zuo)，産(chan)生約(yue)爲64MW的一(yi)次(ci)調頻(pin)補償(chang)量。汽機主(zhu)汽門在76s内(nei)由55%開(kai)度開(kai)啓至全開(kai)，汽機功率(lü)GRE0I2MY由1089MW上升至(zhi)1144MW,R棒RGL013QM在102s内提(ti)升了(le)6步(bu),C2報警信(xin)号出(chu)現，控(kong)制棒(bang)提升(sheng)被(bei)閉鎖，熱(re)功率(lü)爲3011MWt,這些都(dou)将導緻核(he)電機組無(wu)法(fa)安全穩(wen)定的(de)運行(hang)，并且(qie)超出了(le)核(he)電機(ji)組運(yun)行(hang)技術規(gui)範,根據(ju)規程,核(he)電操縱(zong)員(yuan)必須(xu)要避(bi)免(mian)此類狀(zhuang)況的(de)發生(sheng)，當發(fa)生此(ci)類功率，必(bi)須手動降低反(fan)應堆(dui)的(de)功率，是(shi)機組核功(gong)率穩(wen)定在100%之(zhi)内(nei)。
 

4一次(ci)調頻(pin)優(you)化(hua)
　　由于(yu)反應(ying)堆(dui)的控制(zhi)模式是(shi)“堆(dui)跟機(ji)模式(shi)”，即反應堆(dui)的功率緊(jin)緊跟(gen)随汽輪機的功(gong)率。如(ru)果反(fan)應堆因爲(wei)汽(qi)輪機一(yi)次調頻功(gong)能而(er)超功率,将(jiang)會閉(bi)鎖控制棒，甚至會緊急停堆，反(fan)而會加劇電網頻率(lü)異常事故(gu)。基于(yu)上述(shu)分析(xi)，核電(dian)機組的控(kong)制特(te)性(xing)決(jue)定其參與(yu)一(yi)次調頻(pin)的能力有限，核(he)電一(yi)次調頻死(si)區設置太(tai)小，當電網發生故障(zhang)時，可(ke)能會對核電機(ji)組(zu)的安全(quan)運行造(zao)成影響，使機(ji)組停(ting)機，造(zao)成更(geng)大(da)事(shi)故。因此綜(zong)合(he)考(kao)慮，從(cong)以下方面考慮(lü)進行優(you)化(hua)研究(jiu)。
根據核電(dian)機組的特(te)殊性(xing)，優化(hua)設置(zhi)一次(ci)調頻限幅(fu)值。
　　優(you)化設(she)置一次(ci)調頻死(si)區值(zhi)，整個電網(wang)一次(ci)調(diao)頻(pin)動作(zuo)分梯隊(dui)進行，進(jin)行水電(dian)、火(huo)電一(yi)次調(diao)頻動作，最(zui)後進行(hang)對(dui)穩定要求較高的核(he)電機組一(yi)次調(diao)頻動(dong)作(zuo)。
　　增加預(yu)警信号,在(zai)反應(ying)堆保(bao)護動(dong)作啓(qi)動前，增(zeng)加(jia)一些(xie)預警信号(hao)，能更(geng)好的(de)控制汽輪機一(yi)次調頻動(dong)作。
5結束(shu)語(yu)
　　電網(wang)頻率是電(dian)網安(an)全穩(wen)定(ding)運(yun)行的(de)關鍵(jian)參數，其控(kong)制主要依靠各(ge)發電(dian)機(ji)組的一(yi)次調(diao)頻(pin)和(he)二次(ci)調頻(pin)實現(xian)的，其(qi)中一(yi)次調(diao)頻尤爲重(zhong)要(yao)。針對核(he)電機組滿(man)功率(lü)情況(kuang)下，分(fen)析了(le)一次調頻(pin)動作(zuo)存在(zai)的(de)風險，并(bing)提出相(xiang)應(ying)的方向，對核(he)電機組(zu)一次調(diao)頻(pin)有重(zhong)要的(de)指導意義(yi)。

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