旋進(jìn)旋渦流量計在氫氣干燥器中的應(yīng)用

一、概述
       田灣核電站汽輪發(fā)電機(jī)采用水一氫一氫冷卻，即:定子繞組采用水冷卻，轉(zhuǎn)子繞組用氫氣冷卻，鐵芯采用氫氣冷卻。
       機(jī)組功率運(yùn)行時智能旋進(jìn)旋渦流量計通過氫氣干燥器控制發(fā)電機(jī)內(nèi)氫氣濕度在5%-20%范圍內(nèi)。氫氣干燥器由兩路干燥罐組成，一路干燥罐干燥時，另一路干燥罐再生，干燥罐再生時通過干燥罐內(nèi)的電加熱器蒸發(fā)干燥劑內(nèi)的水分，蒸發(fā)的水分隨氫氣通過再生管線排出，干燥罐再生時通過手動調(diào)節(jié)再生管線上流量計的流量在8-12m3/h范圍內(nèi)，從而使再生罐內(nèi)的干燥劑充分再生。系統(tǒng)中的磁力風(fēng)機(jī)用以提升氫氣的入口壓力，原系統(tǒng)使用玻璃管浮子式流量計測量再生管線氫氣流量。
       由于氫氣系統(tǒng)內(nèi)含有大量密封油和水等雜質(zhì)，浮子流量計無法實現(xiàn)對系統(tǒng)長時間連續(xù)穩(wěn)定的流量測量，同時玻璃管浮子流量計存在爆裂的風(fēng)險，給機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行增加了風(fēng)險。
2、問題提出
       氫氣干燥器系統(tǒng)原來使用的再生管線流量計為純機(jī)械顯示式的，管內(nèi)有一浮子，浮子根據(jù)流量計兩端介質(zhì)的壓差上下浮動，從而實現(xiàn)氣體流量計的測量:機(jī)械式浮子流量計在使用過程中出現(xiàn)過以下問題：
       (1)玻璃管流量計內(nèi)膽由玻璃管組成，浮子位于管內(nèi)，系統(tǒng)正常運(yùn)行時，由于系統(tǒng)內(nèi)含有水和油等雜質(zhì)，造成玻璃管熱脹冷縮，系統(tǒng)長時間運(yùn)行后流量計的玻璃管內(nèi)膽上會出現(xiàn)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(yán)重后果。
       2010年5月4日田灣核電站1號機(jī)組功率運(yùn)行期間發(fā)生了玻璃管流量計內(nèi)膽破碎，造成大量氫氣泄漏到廠房內(nèi)，機(jī)組快速甩負(fù)荷;因此玻璃管流量計在氫氣干燥器上使用存在著巨大的工業(yè)安全隱患。
       (2)氫氣干燥器正常運(yùn)行時有兩種工作模式:系統(tǒng)中的磁力風(fēng)機(jī)投運(yùn)和磁力風(fēng)機(jī)未投運(yùn)。
       當(dāng)氫氣濕度低于5%時，手動停運(yùn)磁力風(fēng)機(jī)，此時氫氣的干燥循環(huán)由發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動提供動力，流量計兩端的壓差約為0.02MPa;當(dāng)氫氣濕度大于20%時，手動投運(yùn)磁力風(fēng)機(jī)，磁力風(fēng)機(jī)能夠提升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.
       田灣核電站發(fā)電機(jī)內(nèi)氫氣使用透平油進(jìn)行密封，由于油壓大于氫壓，氫氣在循環(huán)干燥過程中會將部分油質(zhì)帶入氫氣干燥器系統(tǒng)中，造成氫氣干燥系統(tǒng)內(nèi)含有大量的油質(zhì)，氫氣通過浮子流量計時氣體中的油質(zhì)會粘附在流量計內(nèi)的浮子上，經(jīng)長時間積累形成油垢，增加了浮子本身的重量，浮子能夠正常浮起的最小壓差也隨之增大;當(dāng)浮子與油垢的重量增加到0.02M Pa以上，在氫氣的濕度低于5%,停運(yùn)磁力風(fēng)機(jī)的工作模式下，浮子流量計無法實現(xiàn)測量功能;當(dāng)浮子與油垢的重量增加到0.035M Pa以上，即使投運(yùn)磁力風(fēng)機(jī)，浮子流量計無法測量出氫氣流量。
       當(dāng)大量雜質(zhì)粘附在浮子上，造成浮子流量計無法測量氫氣流量時，需在線隔離氫氣干燥器系統(tǒng)清洗浮子，降低了氫氣干燥器系統(tǒng)的可用率，對機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行增加了風(fēng)險。
       氫氣干燥系統(tǒng)使用的玻璃管式浮子流量計既無法滿足現(xiàn)場的工業(yè)安全要求也無法實現(xiàn)在復(fù)雜系統(tǒng)中長時間連續(xù)準(zhǔn)確測量氛氣流量的功能。為解決上述問題，需使用合適的流量計替代玻璃管浮子流量計。
3、智能旋進(jìn)旋渦流量計的選型
       根據(jù)現(xiàn)場的工業(yè)安全要求，首先選用了金屬管浮子流量計替代玻璃管浮子流量計，金屬管式浮子流量計由金屬管和浮子及指針組成，當(dāng)有氣體流過時，浮子浮動，通過磁性帶動指針，顯示當(dāng)前氣體流量;將金屬式浮子流量計安裝到現(xiàn)場并驗證，在氫氣干燥器剛剛投運(yùn)且磁力風(fēng)機(jī)未投運(yùn)模式下，金屬管式流量計無法實現(xiàn)流量測量;在磁力風(fēng)機(jī)投運(yùn)模式下，金屬管式流量計可以準(zhǔn)確測量氫氣流量。
       根據(jù)現(xiàn)場的試驗結(jié)果，由于金屬管式浮子流量計浮子重量超過了磁力風(fēng)機(jī)未投運(yùn)時流量計兩端的壓差，金屬管式浮子流量計無法實現(xiàn)正常測量，因此金屬管式流量計不能滿足現(xiàn)場使用要求。
       考慮到系統(tǒng)的靜壓差小的特點，重新選用了防爆型旋進(jìn)漩渦式流量計，旋進(jìn)漩渦流量計通流管道采用鑄鋁合金材料，滿足系統(tǒng)的防爆安全要求;旋進(jìn)漩渦流量計由漩渦發(fā)生體、殼體、智能流量計積算儀、溫度傳感器、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面類似文丘利管的型線    在入口側(cè)安放一組螺旋型導(dǎo)流葉片，當(dāng)流體進(jìn)入流量傳感器時，導(dǎo)流葉片迫使流體產(chǎn)生劇烈的旋渦流。當(dāng)流體進(jìn)入擴(kuò)散段時，旋渦流受到回流的作用，開始作二次旋轉(zhuǎn)，形成陀螺式的渦流進(jìn)動現(xiàn)象。該進(jìn)動頻率與流量大小成正比，不受流體物理性質(zhì)和密度的影響，檢測元件測得流體二次旋轉(zhuǎn)進(jìn)動頻率就能在較寬的流量范圍內(nèi)獲得良好的線性度。信號經(jīng)前置放大器放大、濾波、整形轉(zhuǎn)換為與流速成正比的脈沖信號，然后再與溫度、壓力等檢測信號一起被送往微處理器進(jìn)行積算處理，最后在液晶顯示屏上顯示出測量值。
4、現(xiàn)場應(yīng)用
       旋進(jìn)旋渦流量計公稱直徑規(guī)格可在15-200mm選擇，可實現(xiàn)1-3600m 3/h的流量測量;田灣核電站氫氣干燥器再生管線的流量要求在8-12m 3/h范圍內(nèi)，為使儀表測量準(zhǔn)確，選擇了公稱直徑20mm的旋進(jìn)漩渦式流量計，測量范圍1.5-15m3/h，儀表精度等級1.0;為驗證流量計的可用性，在流量計安裝到氫氣干燥器再生管線后(如圖3)，進(jìn)行了相關(guān)試驗，為保證測量結(jié)果的準(zhǔn)確性，在流量計安裝前委托有相關(guān)資質(zhì)的計量單位對旋進(jìn)漩渦流量計進(jìn)行了標(biāo)定，標(biāo)定結(jié)果合格，在流量計誤差精度范圍內(nèi)。
       氫氣干燥器系統(tǒng)剛投運(yùn):在磁力風(fēng)機(jī)停運(yùn)模式下，手動調(diào)節(jié)流量計流量，可以將再生流量調(diào)節(jié)到系統(tǒng)運(yùn)行要求的8-12m3/ h范圍內(nèi);在磁力風(fēng)機(jī)投運(yùn)模式下，手動調(diào)節(jié)流量計流量，再生流量能夠調(diào)節(jié)到8一12m3/ h范圍內(nèi)。
       從試驗的結(jié)果可以驗證旋進(jìn)漩渦式流量計在氫氣干燥器系統(tǒng)剛投運(yùn)時能夠準(zhǔn)確測量兩種工作模式下再生管線的氫氣流量。
       在氫氣干燥器系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行3個月后，對旋進(jìn)漩渦式流量計進(jìn)行相關(guān)試驗，試驗結(jié)果與氫氣干燥器系統(tǒng)剛投運(yùn)時的試驗結(jié)果一致，即在氫氣干燥器系統(tǒng)運(yùn)行3個月后，旋進(jìn)漩渦式流量計仍可準(zhǔn)確測量兩種工作模式下再生管線氫氣流量。