旋進漩渦流量計在電站氫氣幹燥係（xì）統中的（de）改造應用

摘要：介紹旋進（jìn）漩渦式流量計在田灣核電站發電機氫氣幹燥係統上的改造應用，成功實現了複雜工況下低靜壓係統氫氣流量的長時間連續測量，對國內電站在同類工藝的儀表選（xuǎn）型及應用具有一定的參考意義。

1 概述

田灣（wān）核（hé）電站（zhàn）汽輪發（fā）電機采用水—氫—氫冷卻，即：定子繞組采用（yòng）水冷卻，轉子繞組用氫氣冷卻，鐵芯采用氫氣冷卻。

機組功（gōng）率（lǜ）運行時通過氫氣幹燥器控製發電機（jī）內氫氣濕度在5%~20%範圍內，其流程如圖1所示。氫氣幹燥器由兩路幹燥罐組成，一路幹（gàn）燥罐（guàn）幹燥時，另一路幹燥罐（guàn）再生，幹燥罐再生時通過幹燥罐內的電加熱器蒸發幹（gàn）燥劑內的水分，蒸發的水（shuǐ）分隨氫氣通過再生管線排出，幹燥罐再生時（shí）通過手動調節再生管線上流量計的流量在8~12m3/h範圍內，從而使再生罐內的（de）幹燥劑充分再生（shēng）。係統中的（de）磁力風機（jī）用以提升氫氣的入口壓力，原（yuán）係統使用玻璃管浮子式流（liú）量計測量再（zài）生管線氫氣流量。

圖1 田灣核電站氫氣幹（gàn）燥器係統流（liú）程圖

由於氫氣係統（tǒng）內含有大量密封油和水等雜質，浮子流量計無法實現對係統長時間連續穩（wěn）定的流量（liàng）測（cè）量，同時玻璃管浮子流量計存在爆裂（liè）的風險，給機組的安全穩（wěn）定運行增加了風險。

2 問題提出

氫氣幹燥器係統原來使用的再生管線（xiàn）流量計為純機械顯（xiǎn）示式的，管內有一浮子，浮子根據流量計兩端介質的壓差上下（xià）浮（fú）動，從而實現氣體流量的測量；機械式浮子流（liú）量計在使用過程中出現過以下問題：

（1）玻（bō）璃管流量計內膽由（yóu）玻璃管組成，浮子位於管內，係統正常運行時，由於係統內含有水和油等雜質，造成玻璃管熱脹（zhàng）冷縮，係統（tǒng）長時間運行後流量計的玻璃管（guǎn）內膽上會出現裂紋，造成氫氣泄漏，如遇火花或靜電時將造成氫氣爆炸的嚴重後果。

2010年5月4日田灣核電站1號機組功率運行（háng）期間發生了玻璃管流量計（jì）內膽破碎，造成大量氫氣泄漏到廠房內，機組快速甩負荷；因此（cǐ）玻璃管（guǎn）流量計在氫氣幹燥器上使用（yòng）存在著巨（jù）大的工業安全隱患。

（2）氫氣幹燥器正常運行時有兩（liǎng）種工作模式：係統中的磁力風機投運（yùn）和磁（cí）力風機未投運。

當氫氣濕度低於5%時，手動停運（yùn）磁力風機，此時氫氣的幹燥循環由發電機轉子的轉動提供動力，流量計兩端的壓差約為0.02MPa；當（dāng）氫氣濕度大於20%時，手動投（tóu）運磁力風機（jī），磁力風機能夠提升（shēng）流量計兩端的壓差約為0.015MPa，因此流量計兩端的壓差約為0.035MPa。

田（tián）灣核電站發電機內氫氣使用透平油進行密封，由於油壓大於氫壓，氫氣在循環幹燥（zào）過程中會將部分油質帶入氫氣幹燥器係統中，造成（chéng）氫氣幹（gàn）燥係統（tǒng）內含有大量的（de）油質，氫（qīng）氣通過浮子流量計時氣體中的油（yóu）質會（huì）粘附在流量（liàng）計內（nèi）的（de）浮子上，經長時間積累形成油垢，增（zēng）加了浮子本身的重量，浮子能夠正常浮起的*小壓差也隨之（zhī）增大（dà）；當浮（fú）子與油垢的重量增加到0.02MPa以上，在氫氣的（de）濕度低於5%，停運磁力風機（jī）的工（gōng）作模式下，浮子流量計無（wú）法實現測量功能；當浮子與油垢的重（chóng）量增加到0.035MPa以上，即使投運磁力風機，浮子流（liú）量計無法測量出（chū）氫氣流量。

當大（dà）量雜質粘附在浮子上，造成浮（fú）子流量計無法測量（liàng）氫氣流量時（shí），需在線隔離氫氣幹燥器係統清洗浮子，降低了氫氣幹燥器係統的可用率，對機組安全穩（wěn）定（dìng）運行增（zēng）加了風險（xiǎn）。

氫氣幹（gàn）燥係統（tǒng）使用的（de）玻（bō）璃管式浮子流量計既無（wú）法（fǎ）滿足現場的工業（yè）安全要求也無法實現在複雜係（xì）統中長時間連（lián）續準確測量氫氣流量的功能。為解決上（shàng）述問題（tí），需使用合適（shì）的（de）流量計替代玻璃管浮（fú）子流量計。

3 流量（liàng）計的選型（xíng）

根據現場的工業安（ān）全（quán）要求，*先選用了金屬管浮子（zǐ）流量計替代（dài）玻璃管浮子流量計，金（jīn）屬管式浮子（zǐ）流量計由金屬管和浮子及指針組成，當有氣體流過時，浮子浮動，通過磁性帶動指針，顯示當前氣體流量；將金屬式浮子流量計安裝到現場並驗證，在氫氣幹燥器剛剛投運且磁力風機（jī）未投（tóu）運模式下，金屬管式流量計無（wú）法實現（xiàn）流量測量；在磁力風機投運模式下，金屬管（guǎn）式流量計可以準確（què）測量（liàng）氫（qīng）氣流（liú）量。

根據現場的試驗結果，由於金屬管式浮子流量計浮子（zǐ）重量超過了磁力風機未（wèi）投運時流量計兩端的壓差，金屬管式（shì）浮子流量計無法實現正常測量，因此（cǐ）金屬管式流量計不能滿足現場使用要求。

考慮（lǜ）到係統的靜壓差小的特點，重新選用了防爆型旋（xuán）進漩渦式流量（liàng）計，旋進漩渦流量計通流管道采用鑄鋁（lǚ）合金材料（liào），滿足係統的防爆安（ān）全要求；旋進漩渦流（liú）量計由漩渦發生體、殼體、智（zhì）能流量計積算（suàn）儀、溫度傳感器（qì）、壓力傳感器、壓電晶體傳感器、消旋器7個基本部件組成，流量傳感器的流通剖麵類似文丘利管的（de）型線（圖2）。

圖2 旋進漩渦流量計剖麵圖

在入口側安放（fàng）一組螺旋型導流葉片，當流體進入流量傳感器時，導流葉片迫使流體產生劇烈的旋渦流。當流體進入擴散段時，旋渦流受到回流的作用，開始作二次旋轉，形成陀螺式的渦流進動現象（xiàng）。該進動頻率與流量（liàng）大小成正比，不受流體物理性質和密度的影響，檢測元件測得流體二次旋轉進動頻率就能在較寬的流量範圍內（nèi）獲得（dé）良（liáng）好的線性（xìng）度（dù）。信號經前置放（fàng）大器放大、濾波、整形轉換為與流（liú）速成正比的脈衝信號，然後（hòu）再與溫度、壓力等檢測信號一起被送往微處理（lǐ）器進行積算處理，*後在液晶顯示屏上顯示出測量值。

4 現（xiàn）場應用

旋進漩渦式流量計公稱直徑規格可在（zài）15~200mm選擇，可（kě）實現1~3600m3/h的流量測量；田（tián）灣核電站（zhàn）氫氣幹燥器（qì）再生管線的流量要求在8~12m3/h範（fàn）圍（wéi）內（nèi），為使儀表測量準（zhǔn）確，選擇了（le）公稱直徑20mm的旋進漩渦式流量計，測量（liàng）範圍1.5~15m3/h，儀表精度等級1.0；為驗證流量計的可用（yòng）性，在（zài）流量計安裝到氫氣幹燥器再生管線後（hòu）（如圖3），進行了相關試驗，為保證測（cè）量結果的準（zhǔn）確性，在流（liú）量計安裝前委托有相（xiàng）關資質的計（jì）量（liàng）單位對旋進（jìn）漩渦流量（liàng）計進行了標定，標定結果合格，在流量計誤差精度範圍內。

圖3 旋進漩渦流量計安裝圖

氫氣幹燥器係統剛投運：在磁力風機停運模式下，手動（dòng）調節流量計（jì）流量，可以（yǐ）將再生流量調節到係統運行要求的8~12m3/h範圍內；在磁力風機投運模式下，手動調節（jiē）流量計流量，再生（shēng）流量能夠調節到8~12m3/h範圍內。

從試驗（yàn）的結果可以驗證旋進漩渦（wō）式流量計（jì）在（zài）氫氣幹燥（zào）器係（xì）統剛投運時能夠（gòu）準確（què）測量兩種工作模式下再生管線的（de）氫氣流量。

在氫氣幹燥器（qì）係統連續運行（háng）3個月後，對旋進（jìn）漩渦式（shì）流量計進（jìn）行（háng）相關試驗，試驗結果與氫氣幹燥器係（xì）統剛投運（yùn）時的試驗結果一致，即（jí）在氫氣幹燥器係統運（yùn）行3個月後（hòu），旋進漩渦式流量計仍可（kě）準確測量兩種工作模式下再生管（guǎn）線氫氣流量。

為進一步驗證旋進漩渦式流量計的可用性，分別在氫氣幹燥器係統投運6個月、9個月、12個月對旋進漩渦式流量計進行相關試驗。試驗結果見表1。

表1 旋進漩渦式流量計在氫氣幹燥（zào）器（qì）係統的試驗結果

從（cóng）試（shì）驗結果可以看出：

旋進漩渦式流量計在氫氣幹燥器運行的一（yī）年時間內（nèi），工作情況穩定，能夠滿（mǎn）足在複（fù）雜工況（kuàng）係統中準確測量（liàng）氣體的流量；儀表運行12個月後，為驗證儀表測量（liàng）的準確性，對流量計進行了重新標定，標定結果合格，說明試驗過程流量計測量的數據真實準確。因此旋進漩渦式流量計（jì）滿足（zú）了田灣核電站氫（qīng）氣幹燥器現場使用的要求，旋進漩渦式流量計（jì）選型是（shì）成功（gōng）的。

5 結束語

旋進漩渦式流量計在田灣（wān）核電站屬（shǔ）*次應用，經過現場的驗（yàn）證旋進漩渦式流量計可以實現複雜低靜（jìng）壓氣體係（xì）統（tǒng）的長時間（jiān）連續流量測量，對於石油、化工、電力（lì）、冶金、城市供氣等行業各種氣體流量（liàng）測量中特別（bié）是測量介（jiè）質比較複雜的係統可參考使用。

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