低β值喉部取压给水流量测量喷嘴ASME喷嘴

发布时间:2018-01-22

发电机组性能诊断结果及其结果的准确性是机组节能诊断和节能调度的根本依据,同时也是发电企业做出正确检修决策的主要依据,而准确的测量数据又是保证性能监测和分析诊断取得正确结果的基础。其中给水流量对性能指标计算结果精度影响为显著,同时给水流量对机组性能的变化也十分敏感,系统内的任何缺陷均能及时反映到给水流量的变化上。但目前现场给水流量的测量状况十分不理想,以至于无法得到可信的机组性能指标,给当前节能降耗工作带来了很大困难,因此在目前对节能降耗工作高度重视的情况下,提高给水流量测量精度具有重要意义。

    作用及意义

  1. 降低机组性能测试难度,减少高精度仪表的使用数量,且更易获得高精度和良好重复性的测试结果,有利于实现对机组长期性、趋势性、全方位的性能监测。
  2. 实现对汽轮机冷端的监测。通过给水流量计算出锅炉吸热量,该热量减去汽轮机的轴功率即为凝汽器热负荷该方法不受系统状况的影响。凝汽器热负荷测量精度的提高,为凝汽器性能的有效分析提供了良好的条件,同时通过凝汽器热负荷还能对循环水流量进行准确的监测。
  3. 汽轮机通流部分的性能状况一般通过流过给定通流面积下的流量与压力的关系来反映。通过高精度的给水流量对给定通流面积下的流量与压力关系进行校核,实现对机组通流部分的有效监测。
  4. 由于低压缸做功量占到了整机做功量的约50%,因此及时掌握低压缸性能十分关键,但低压缸效率的确定一直以来十分困难,必须通过难度较大的性能考核试验完成,难度大、费用高。随着给水流量测量精度的提高以及电厂对泄漏治理的重视,在一般性的日常性能试验中,也能实现对低压缸性能的有效监测。
  5. 受煤量计量方法限制,电厂入炉煤量的统计一般误差较大,可信度低,不利于节能管理。如果以给水流量为基准,计算出锅炉吸热量,并对该吸热量进行累计,则可将每日或每月吸热量的累计值换算为标煤量,该量的精度将远高于对煤量的直接计量。如将其用以校核入场或入炉煤量,将对发电企业煤场管理起到积极作用。


 

结构特点

  1. 采用低β值喷嘴

    采用廓形结构,不易变形,比孔板具有更高的稳定性,长期运行后仍具有良好的重复性;在相同的β值下比孔板的通流能力大60%,因此可采用更小的的β值,以提高测量精度并缩短对上下游直管段的要求。

  2. 采用喉部取压并加装扩压锥

        扩压锥可有效回收节流装置产生的压损(约70%~85%),因此在设计喷嘴时,可选择比常规喷嘴更大的差压值,而压损则比常规喷嘴更小,这样既能有效降低运行费用,符合当前节能形势的要求,又可扩大测量范围提高测量精度。

        目前节流装置通常采用的角接取压、法兰取压或管壁取压等取压方式均无法安装扩压锥,采用喉部取压后,为喷嘴下游安装扩压锥提供了良好条件。

  3. 设置观察孔

    由于给水流量喷嘴直接焊接在高压给水管道上,很难定期将喷嘴拆卸下来进行校验和检查,因此在喷嘴上游设置一观察孔,无需将装置拆卸即可满足对喷嘴表面进行定期检查和清洗的要求。

    通过观察孔将喷嘴表面0.15-0.25mm厚的沉淀物清除干净,喷嘴的性能即可恢复到初校验时的状态。

    为了适应我国的法律法规,增加装置的安全性,本产品巧妙的将原ASME PTC的法兰式结构改为焊接式结构,在增加观察孔安全性的同时,也保证了观察孔内塞子的定位,防止其改变流体在管道内的流动状态,影响测量精度。

  4. 上游设置流动整流器

    流动整流器可消除节流件上游的涡流和流线的畸形,可有效减少测量精度对上游直管段长度的要求,一方面为现场选择合适的安装位置提供了条件,另一方面也有效减少了测量不确定度。

  5. 20D前直管段和10D后直管段

    为流量测量提供条件,并避免现场安装不规范引入的不确定度。


 

高精度

    本装置的测量不确定度可达到0.25%,测量不确定度满足ASME PTC6的要求。
    除低β值喉部取压喷嘴所具有的结构特点有利于保证取得高精度测量结果的同时,严格的加工要求和苛刻的校验标准同样是保证高精度不可缺少的条件。

  1. 严格的加工要求

    喷嘴应采用已知热膨胀系数的抗腐蚀材料制成,表面应无毛刺、划痕、疵点或波纹,其表面光洁度需达到0.4μm。

            
    镜面般光洁的喷嘴表面

  2. 苛刻的校验标准

    所采用的校验标准远高于现行的国际标准。
    要求校验台尽可能与现场喷嘴安装条件相似,并保证雷诺数、水温和流动状态尽可能接近喷嘴实际使用条件。
    应包含20个喉部雷诺数变化范围较大的校验点,且>106。
    将每一校验点实测的喉部雷诺数及流出系数代入下式解出

    必须满足以下三条标准方认为合格:
    1)的平均值必须为 1.0054±0.0025(即1.0079≥≥1.0029);
    2)值的95%可信度的置信区间不应过0.0006。如果目标的20个校验点达不到这一点,则需要额外的校验点;
    3)的值必须表现出不随的变化而变化。




    喷嘴校验现场


    几种常用的标准节流装置流出系数不确定度比较表

    节流装置形式

    采用的标准

    不确定度

    标准孔板

    ISO5167-1991
    ASME MFC-3M

    ? (
    ?()

    ISA1932喷嘴

    ISO5167

    ? (
    ? (

    长颈喷嘴

    ISO5167
    ASME MFC-3M

    低β值喉部取压长径喷嘴

    ASME PTC19.5
    ASME PTC6

    ? 水的高温区

    注:国标GB/T 2624与ISO5167等效

    宽量程

        为了获取较高的测量精度,一般希望节流装置能够尽量产生较大的差压,然而普通节流装置在产生较大差压的同时其不可回收的压力损失也十分可观,使运行能耗及运行费用升高。因此一般的测量装置在设计工况下选用的差压值仅有100kPa或数十kPa,这样在低负荷下产生的差压值就很小,虽然保证了在高负荷下的测量精度,但无法保证低负荷下的测量精度。

        由于本产品采用的结构,尤其是安装了扩压锥之后,使喷嘴产生的不可回收压力损失大为减小,因此在喷嘴设计时可选择较大的差压值,使其在低负荷时也能产生足够的差压,保证测量精度,从而扩大测量范围。

    低能耗

        安装扩压锥后,该喷嘴与文丘里喷嘴的结构相似,因此压力损失会大幅降低。该压力损失主要由β值、雷诺数、喷嘴的制造特性、安装条件等决定。ASME PTC认为,加装扩压锥后装置的压力损失可降至15~30%。对文丘里喷嘴的新研究表明,该值较为保守,认为当扩压锥的扩散角不大于15°时,压力损失值应在5%~20%之间。

        本产品在对扩压锥进行设计时扩压锥的扩散角取为5°,因此综合各种因素的影响,认为本喷嘴可能产生的终压力损失为10%。
    以国内目前300MW机组安装的给水流量测量装置为例,当大差压选择为100kPa,所产生的压力损失高达45.6kPa。本产品大差压选择300kPa,其不可回收的压力损失仅为30kPa,小于现有的测量装置。当负荷降至50%时,给水流量约为500t/h,此时喷嘴的差压仍能保持在60kPa以上,足以保证在低负荷时的测量精度,其终的压损则下降至6kPa左右而普通喷嘴的差压仅有20kPa左右,其压力损失却达到了9.4kPa,高于本喷嘴所产生的压力损失。可见本产品与传统产品相比,不仅大幅提高了在各负荷范围内的测量精度,而且极大的减小了运行能耗。

    给水流量所对应的喷嘴前后差压及终压力损失


    流量
    t/h

    低β值喉部取压喷嘴

    普通喷嘴

    喷嘴前后差压
    kPa

    压力损失
    kPa

    喷嘴前后差压
    kPa

    压力损失
    kPa

    1100

    300.0

    30.0

    100.0

    45.6

    1000

    248.0

    24.8

    82.7

    37.7

    900

    200.9

    20.1

    67.0

    30.6

    800

    158.8

    15.9

    52.9

    24.2

    700

    121.6

    12.2

    40.5

    18.5

    600

    89.4

    8.9

    29.8

    13.6

    500

    62.1

    6.2

    20.7

    9.4

    400

    39.8

    4.0

    13.3

    6.1

    300

    22.4

    2.2

    7.5

    3.4

    200

    10.0

    1.0

    3.3

    1.5

    100

    2.5

    0.2

    0.8

    0.4

     

     

     

     

     

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