热控仪表差压管路敷设对仪表测量的影响

热控仪表差压管路敷设对仪表测量的影响

魏野

大唐长春第三热电厂吉林省长春市130000

摘要：在社会发展的影响下，我国各个行业领域随之发展。在火力发电厂差压测量系统中，因施工人员技术水平良莠不齐，所以经常发生仪表取样管路（脉冲管路），因施工工艺问题而造成液位测量、流量测量、滤网差压测量等无法正常投入保护或者无法正常监视等情况。在本文中，对于施工现场常见差压测量仪表误差的产生原因进行阐述及分析，最后就误差的产生及处理方法进行详细的讲解。

关键词：仪表；差压测量；误差；管路敷设

引言

在电厂的基建期间，热控仪表导管和电缆的敷设是热控施工中的两大重点，仪表导管敷设和安装的合理性和安全性直接影响到后期电缆的敷设量和系统读数的正确性，对电厂的工期和投产发电后的稳定运行起到至关重要的作用。

1设计优化原则

近几年，在严寒地区，火力发电厂热控仪表管路设计和施工的质量已严重影响到机组试运及投产后的安全运行，设计方案的不合理造成了表管冻裂、读数不准，以致停炉停机，损失严重。比如采用仪表大集中布置方案的电厂，即将锅炉系统的全部压力、差压变送器和开关分区域集中布置于带有暖气的变送器小间的方案，由于过分追求变送器、开关布置的集中和美观，形成各个位置和方向的测点都集中到一起，造成取样管路过长，短则数十米，长则上百米，有的甚至达到170多米。由于管路偏长，造成测量准确性大大降低，尤其是微负压的测点基本失去准确性，同时由于管路过长增加了仪表伴热电缆和蒸汽伴热管路的数量，运行十分不经济。针对工程所处环境和气象情况，坚持规程规范的原则，坚持最短路线的原则，坚持检修维护方便的原则，在严寒地区，锅炉采用半封闭形式的电厂提出在测点附近设置保温（护）柜的方案，即位置相近的三到五点测点的变送器或开关放置于一面保温（护）柜中，仪表保温（护）柜、仪表架均靠近取样点分片布置。其它辅助系统保温（护）柜均靠近受控设备布置。此种布置方式减少了取样管路的敷设长度，以最短的路径敷设，减少了测量参数的时滞，提高测量仪器的灵敏度。对于全封闭形式的锅炉，不考虑设置保温柜，但由于锅炉为大型设备，考虑到防高空坠物和碰摔，可设保护箱。

2本文对电缆干扰部分将不做过多讨论，着重对仪表管路敷设不当而引起的误差进行讨论来说明，一些感官上认为是正确的管路敷设方法，其实在敷设过程中是很容易造成测量误差的。

首先根据静压力方程得知液体的静压力为p=p0+ρgh即静止液体内任一点的压力由两部分组成：一部分是液面上的压力p0，另一部分是该点以上液体重力所形成的压力ρgh。所以图1中差压变送器正负压测的差压为：

正、负压测差压=系统内压力+正压测压力-系统内压力+负压侧压力△P=（P+P′+P1+P2）-（P+P″-P1+P1+P2）式中正、负压侧均有P、P1、P2。所以简化公式得：△P=P′-P″

式中：△P———差压仪表测得的实际压力；

P———管道内系统压力；

P′———正压测压力取样点压力；

P″———负压侧压力取样点压力；

P1———正压测压力取样至负压侧压力取样点高度的液柱产生的压力；

P2———负压侧压力取样至差压变送器高度的液柱产生的压力；

DPT———差压变送器（或者差压表）。

图1的计算公式里面负压侧压力中的“-P1+P1+P2”，是因为负压侧管路在一次门后先向上敷设至正压取样点同样的高度，这时就需要减去P1这段液柱产生的压力。而后又由正压测取样点高度敷设至仪表处，此时就还需要加上P1和P2这段液柱产生的压力。所以负压侧的计算公式就是P+P″-P1+P1+P2。

从图1的计算公式中可以看出，实际差压为正压测的P′减去负压侧的P″。那又有人会问P′与P″高度不同，根据静压力方程仪表管内会产生静压力从而对测量产生误差。

我们再看公式里的P这是系统内的压力，一般来说这个压力是根据工况稍有变化。但是在正、负压测均同样存在此压力，故这个压力在正、负压测是一致的。如果这样很难理解的话，我们可以假设系统内为静止状态。根据静压力方程来表示P′与P″的压力，所以可以用下式表达：

P′=ρgh=ρg（h′+h1+h2）

P″=ρgh=ρg（h″+h2）=ρg（h′+h1+h2）

式中：ρ-液体密度；h″-系统内顶部液面至P″处液柱的高度；g-重力

加速度；h1-p′至p″的液柱高度；h′-系统内顶部液面至P′处液柱的高度；

h2-p″至差压计的液柱高度。

所以用静压方程带入差压计算公式得：

△P=［P+ρg（h′+h1+h2）］-［P+ρg（h′+h1+h2）］

△P=（P+P′+P1+P2）-（P+P"-P1+P1+P2）

△P=P′-P″

根据公式的计算，差压式仪表管路的安装按照图1进行敷设没有任何问题，但是我们却忽略了一个问题。如果在负压侧管路内，一次门后至正压测管路高度的这段倒U型管路内并没有充满液体而是内部有少量空气，此时负压测一次门后至正压侧取样点P′高度的管路高度所产生的液柱压力我们用P1X表示，将正压侧管路取样点高度P′至负压侧取样点P″处的高度液位产生的压力定为P1Y，这时候我们再用公式来计算下。

△P=（P+P′+P1+P2）-（P+P″-P1X+P1Y+P2）

△P=（P′+P1）-（P"-P1X+P1Y）

此时的结果却与原先并不一致，因为P1X与P1Y是不确定因素，只有当P1X=P1Y时，才能使差压测量正确无误。而P1X与P1Y在管路内的液柱高度，我们是无法用肉眼观测到。有人会说，可以打开仪表的排气阀进行排气，将仪表管内的空气排出。虽然这是一种办法，但是如果排气阀不是安装在此段倒U型管路的顶部的话，排气效果不可能达到最佳效果，运行一段时间后仍然可能在管路的最高出产生空气，从而使的P1X≠P1Y产生附加的测量误差。

部分施工现场，在图1负压侧管路最高处增加排气门，虽然这样可以排出管路内的气体。但是，这种施工方法毕竟是增加了施工成本，且每次投运时都需要人为的操作排气门进行排气，从而增加了运行维护的工作量。

在系统运行时这种误差的产生是肉眼无法直接观察到的，当发现际测量值已经偏离正常值时，可能系统已经发生报警或者相应保护动作，导致相关辅机跳闸并且影响机组正常稳定的运行。所以在很多施工现场均发现无论是怎么进行排气都无法使差压计在系统静止情况下显示零差压，原因就在这里。

那有什么办法可以解决此类问题呢？我们看图2的管路敷设方法。图2中我们省去了负压侧一次门后管路引至正压测管路高度的部分（倒U型管部分）。仪表管路敷设时负压侧一次门后直接引至差压变送器处。这样管路在现场敷设时，给人目测的感觉是正、负压测因为液柱高度不一致，而导致测量误差。其实不然，我们用公式来计算看看结果如何（系统处于静止状态）。

正压测压力=P+P′+P1+P2

负压侧压力=P+P″+P2=P+P′+P1+P2

△P=（P+P′+P1+P2）-（P+P′+P1+P2）

△P=P′-P′=0

计算结果压差为“0”。在系统为静止状态时，在P′处管道内静压为P，正压侧的压力可以用式：P′=P+P1+P2。而负压侧的压力同样为：P″=P+P1+P2。所以在系统未运行的状态下：P′=P″差压显示为零，只用当系统开始运行后，在节流件（流量测量装置或者滤网）前后，因为流体流过节流件后产生了压力变化即静压差，所以此时P′与P″在系统内的静压发生变化，所以差压仪才能测出此时的正、负压侧的差压。

所以，安装图2的管路敷设方法较图1更能准确的测量系统中的差压，而不会产生测量误差。不论是竖直安装的流量测量、滤网差压均可安装此种施工工艺进行安装，安装时务必保证在水平管路敷设时有着1：12的向下倾斜的坡度，这种坡度同样是避免仪表管路内空气的产生，使管内的空气排放至工艺管道内，从而避免因仪表管路内因存有空气而造成的测量误差，所导致仪表产生测量误差。需要注意的是图2中的测量的介质为液体（油、水、汽），如果测量风量及含有粉尘的气体应该将管路朝节流件上方敷设，也就是将差压仪安装在节流件上方，这样可避免管路堵塞而引起的测量误差。

结语

综上所述，看似并不重要的仪表管路敷设，同样影响着热控仪表的测量结果。这些影响其实并不是仅仅局限于差压仪表的测量，压力仪表管路敷设不正确同样也能影响仪表的测量结果。所以，在现场施工时我们还需勤加思考，不能图一时省事随意而为之，从而对系统的安全、稳定运行造成隐患。

参考文献

【】电力工程电气设计手册（+）、（,）。北京：水利电力出版社，+343.