CN110702942B - 正压连续自补偿吹扫式防堵风速风量测量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供正压连续自补偿吹扫式防堵风速风量测量方法，包括步骤1：首先在大管径管道上设置测量装置，所述测量装置包括依次设置的压缩干空气源、气体发生器、质量流量自动控制器、流速调节电磁阀、靠背取压管和差压变送器；其所述靠背取压管插入大管径管道内；所述靠背取压管内嵌套设置正压补偿管；步骤2：其中所述压缩干空气源中的压缩空气，由气体发生器分两路统一输出，并分别通过质量流量自动控制器和流速调节电磁阀来自动调节正压吹扫气体的流速；正压补偿管用于往靠背取压管取压口连续输出正压吹扫气体；步骤3：当大管径管道内有气流流动时，背取压管用于取得大管径管道内气流的总压值和静压值。

Description

正压连续自补偿吹扫式防堵风速风量测量方法
技术领域
本发明涉及测量方法，尤其涉及正压连续自补偿吹扫式防堵风速风量测量方法。
背景技术
火力发电厂中有许多大管径管道流动的是含粉尘气体的流速，由于被测风压的变化,气流中的粉尘会随着流动的气体进入靠背取压管中并不断累积,堵塞测量的靠背取压管管路,导致差压变送器无法获取压差信号。虽然目前开发有震打式取样装置,但还不能完全避免堵塞现象,特别是震打方式需要利用重力,对于垂直管路无法安装。因此研究开发防堵型风速测量装置具有实际的应用价值。
取样装置中粉尘的进入是由于外部压力大于其内部压力而随气流带入的,要根本解决积灰问题阻止粉尘进入,就要做到内部压力始终高于外部压力,气流始终由内向外流动,而外加的这一流动气体又不影响测量。
发明内容
本发明提供正压连续自补偿吹扫式防堵风速风量测量方法，正确地测出大管径管道内的风速，使用了压缩空气连续吹扫，主动防堵，彻底避免了粉尘对压力测量管路的堵塞,运行可靠。
技术方案是：正压连续自补偿吹扫式防堵风速风量测量方法，包括以下步骤:
步骤1：首先在大管径管道上设置测量装置，所述测量装置包括依次设置的压缩干空气源、气体发生器、质量流量自动控制器、流速调节电磁阀、靠背取压管和差压变送器；其所述靠背取压管插入大管径管道内；所述靠背取压管内嵌套设置正压补偿管；
步骤2：其中所述压缩干空气源中干净的压缩空气，由气体发生器分两路统一输出，并分别通过质量流量自动控制器和流速调节电磁阀来自动调节正压吹扫气体的流速；正压补偿管用于往靠背取压管取压口连续输出正压吹扫气体；
步骤3：当大管径管道内有气流流动时，靠背取压管(1)的迎风面受气流冲击，在此处气流的动能转换成压力能，因而迎面靠背取压管内压力较高，其压力称为总压；背风面由于不受气流冲压，靠背取压管内的压力为风管内的静压力，其压力称为静压，总压和静压之差称为压差，而压差值的大小与管内风速有关：风速越大，则压差值越大，风速越小，压差值越小；因此，只要利用差压变送器测量出压差的值，再根据动压与风速之间的对应关系，就能正确地测出大管径管道内的风速；因此，背取压管用于取得大管径管道内气流的总压值和静压值，而嵌套设置的正压补偿管，则用于往靠背取压管取压口连续输出正压吹扫气体，防止气流中的粉尘进入靠背取压管影响测压。
本发明的进一步改进在于：所述步骤3中，所述靠背取压管(1)用于取得大管径管道内气流的总压值和静压值，而嵌套正压补偿管(3)的设置防止气流中的粉尘进入靠背取压管(1)影响测压；
假设A与L是压缩空气连续吹扫通道上的两个截面，其中L为靠背取压管(1)取压位置截面，A为正压补偿管(3)出口处位置截面。由伯努利方程可得：
Figure BDA0002228138300000031
式中Δpx为A～L截面之间的阻力损失。
由于A、L两截面气体的流动位差、密度差均可以忽略，所以：
ρAgHA＝ρLgHL (2)
故式(1)可简化、改写成：
Figure BDA0002228138300000032
由上式可知，只要使得下式成立：
Figure BDA0002228138300000033
就能实现正压补偿管(3)在A截面输出正压气体，不影响靠背取压管(1)在L截面的准确取压。即：
pA＝pL (5)
由于可以近似认为：
ρA＝ρL (6)
所以由流量连续方程可推出：
Figure BDA0002228138300000041
另一方面，由流体力学阻力计算方法可知：A～L截面之间的阻力损失与沿程阻力系数、局部阻力系数、流体密度、动能有关；于是设Z为A～L截面之间的“总等效阻力系数”，则阻力损失Δpx可用下式表达：
Figure BDA0002228138300000042
将式(6)、(7)、(8)代入式(4)，经初步整理后可得：
Figure BDA0002228138300000043
对式(9)进一步化简后可得有效补偿条件：
Figure BDA0002228138300000044
式(1)～(10)中：p A、pL分别为A、L截面的压力；ρA、ρL分别为A、L截面吹扫气体的密度；VA、VL分别为A、L截面吹扫气体的流速；H A、H L、分别为A、L截面位置的标高；Z为A～L吹扫段总等效阻力系数；S A、SL分别为A、L截面的通流面积；g为重力加速度；
由式(10)可知：有效补偿条件与吹扫流量无关；只要使得补偿条件成立，那么风速风量测量效果不受正压气源压力、正压气体流量变化的影响。
本发明的进一步改进在于：所述靠背取压管内嵌套焊接正压补偿管。
本发明无需改变二次测量元件及管路，也不需要在DCS中通过计算公式进行“软补偿”。其补偿条件与压缩空气连续吹扫流量无关，使得测量效果基本不受气源压力变化、气源流量变化、气源距离远近的影响，从而能够精确地在线连续测量真实压差，其测量误差近似为“0”。
不改变原有测量形式和安装方式,无需对原有流量公式进行校正；“配气箱”位置布置灵活，可在取压口附近，也可在压力变送器附近；不需要人工吹扫，易于维护。
组成合理，安全可靠。即使吹扫系统发生故障,测量系统即恢复为传统测量模式,不会影响系统的正常工作。
本本发明的有益效果：装置彻底解决了含粉尘气体流速测量装置容易堵塞这个主要问题，可以提高连续测量的可靠性，改善其动态性能，保障其测量精度，进而有利于提高电厂运行的调节品质，同时通过本项目的实施，提高安全保护的可靠性。
附图说明
图1是本发明测量装置的结构示意图；
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的详细描述：
如图1所示：本实施例的正压连续自补偿吹扫式防堵风速风量测量方法，包括以下步骤
步骤1：首先在大管径管道上设置测量装置，所述测量装置包括依次设置的压缩干空气源(7)、气体发生器(6)、质量流量自动控制器(5)、流速调节电磁阀(4)、靠背取压管(1)和差压变送器(2)；其所述靠背取压管(1)插入大管径管道内；所述靠背取压管(1)内嵌套设置正压补偿管(3)；
步骤2：其中所述压缩干空气源(7)中干净的压缩空气，由气体发生器(6)分两路统一输出，并分别通过质量流量自动控制器(5)和流速调节电磁阀(4)来自动调节正压吹扫气体的流速；正压补偿管(3)用于往靠背取压管(1)取压口连续输出正压吹扫气体；
步骤3：当大管径管道内有气流流动时，靠背取压管(1)的迎风面受气流冲击，在此处气流的动能转换成压力能，因而迎面靠背取压管内压力较高，其压力称为总压；背风面由于不受气流冲压，靠背取压管内的压力为风管内的静压力，其压力称为静压，总压和静压之差称为压差，而压差值的大小与管内风速有关：风速越大，则压差值越大，风速越小，压差值越小；因此，只要利用差压变送器测量出压差的值，再根据动压与风速之间的对应关系，就能正确地测出大管径管道内的风速；因此，背取压管(1)用于取得大管径管道内气流的总压值和静压值，而嵌套设置的正压补偿管(3)，则用于往靠背取压管(1)取压口连续输出正压吹扫气体，防止气流中的粉尘进入靠背取压管(1)影响测压。所述步骤3中，所述靠背取压管(1)用于取得大管径管道内气流的总压值和静压值，而嵌套正压补偿管(3)的设置防止气流中的粉尘进入靠背取压管(1)影响测压；
假设A与L是压缩空气连续吹扫通道上的两个截面，其中L为靠背取压管(1)取压位置截面，A为正压补偿管(3)出口处位置截面。由伯努利方程可得：
Figure BDA0002228138300000071
式中Δpx为A～L截面之间的阻力损失。
由于A、L两截面气体的流动位差、密度差均可以忽略，所以：
ρAgHA＝ρLgHL (2)
故式(1)可简化、改写成：
Figure BDA0002228138300000072
由上式可知，只要使得下式成立：
Figure BDA0002228138300000073
就能实现正压补偿管(3)在A截面输出正压气体，不影响靠背取压管(1)在L截面的准确取压。即：
pA＝pL (5)
由于可以近似认为：
ρA＝ρL (6)
所以由流量连续方程可推出：
Figure BDA0002228138300000081
另一方面，由流体力学阻力计算方法可知：A～L截面之间的阻力损失与沿程阻力系数、局部阻力系数、流体密度、动能有关；于是设Z为A～L截面之间的“总等效阻力系数”，则阻力损失Δpx可用下式表达：
Figure BDA0002228138300000082
将式(6)、(7)、(8)代入式(4)，经初步整理后可得：
Figure BDA0002228138300000083
对式(9)进一步化简后可得有效补偿条件：
Figure BDA0002228138300000084
式(1)～(10)中：p A、pL分别为A、L截面的压力；ρA、ρL分别为A、L截面吹扫气体的密度；VA、VL分别为A、L截面吹扫气体的流速；H A、H L、分别为A、L截面位置的标高；Z为A～L吹扫段总等效阻力系数；S A、SL分别为A、L截面的通流面积；g为重力加速度；
由式(10)可知：有效补偿条件与吹扫流量无关；只要使得补偿条件成立，那么风速风量测量效果不受正压气源压力、正压气体流量变化的影响。
3、根据权利要求1所述的正压连续自补偿吹扫式防堵风速风量测量方法，其特征在于：所述靠背取压管(1)内嵌套设置正压补偿管(3)。
测量验证：所述靠背取压管(1)用于取得大管径管道内气流的总压值和静压值，而嵌套正压补偿管(3)的设置防止气流中的粉尘进入靠背取压管(1)影响测压；
假设A与L是压缩空气连续吹扫通道上的两个截面，其中L为靠背取压管(1)取压位置截面，A为正压补偿管(3)出口处位置截面。由伯努利方程可得：
Figure BDA0002228138300000091
式中Δpx为A～L截面之间的阻力损失。
由于A、L两截面气体的流动位差、密度差均可以忽略，所以：
ρAgHA＝ρLgHL (2)
故式(1)可简化、改写成：
Figure BDA0002228138300000092
由上式可知，只要使得下式成立：
Figure BDA0002228138300000101
就能实现正压补偿管(3)在A截面输出正压气体，不影响靠背取压管(1)在L截面的准确取压。即：
pA＝pL (5)
由于可以近似认为：
ρA＝ρL (6)
所以由流量连续方程可推出：
Figure BDA0002228138300000102
另一方面，由流体力学阻力计算方法可知：A～L截面之间的阻力损失与沿程阻力系数、局部阻力系数、流体密度、动能有关；于是设Z为A～L截面之间的“总等效阻力系数”，则阻力损失Δpx可用下式表达：
Figure BDA0002228138300000103
将式(6)、(7)、(8)代入式(4)，经初步整理后可得：
Figure BDA0002228138300000104
对式(9)进一步化简后可得有效补偿条件：
Figure BDA0002228138300000111
式(1)～(10)中：p A、pL分别为A、L截面的压力；ρA、ρL分别为A、L截面吹扫气体的密度；VA、VL分别为A、L截面吹扫气体的流速；H A、H L、分别为A、L截面位置的标高；Z为A～L吹扫段总等效阻力系数；S A、SL分别为A、L截面的通流面积；g为重力加速度；
由式(10)可知：有效补偿条件与吹扫流量无关；只要使得补偿条件成立，那么风速风量测量效果不受正压气源压力、正压气体流量变化的影响。
实测表明：补偿流量在0～2m3/H范围变化时，平均误差<0.8mmH 2O(8Pa)；当选用补偿流量为1m3/H时，平均误差<0.4mmH 2O(4Pa)。

Claims (2)

1.正压连续自补偿吹扫式防堵风速风量测量方法，其特征在于：包括以下步骤
步骤1：首先在大管径管道上设置测量装置，所述测量装置包括依次设置的压缩干空气源(7)、气体发生器(6)、质量流量自动控制器(5)、流速调节电磁阀(4)、靠背取压管(1)和差压变送器(2)；其所述靠背取压管(1)插入大管径管道内；所述靠背取压管(1)内嵌套设置正压补偿管(3)；
步骤2：其中所述压缩干空气源(7)中干净的压缩空气，由气体发生器(6)分两路统一输出，并分别通过质量流量自动控制器(5)和流速调节电磁阀(4)来自动调节正压吹扫气体的流速；正压补偿管(3)用于往靠背取压管(1)取压口连续输出正压吹扫气体；
步骤3：当大管径管道内有气流流动时，靠背取压管(1)的迎风面受气流冲击，在此处气流的动能转换成压力能，因而迎面靠背取压管内压力较高，其压力称为总压；背风面由于不受气流冲压，靠背取压管内的压力为风管内的静压力，其压力称为静压，总压和静压之差称为压差，而压差值的大小与管内风速有关：风速越大，则压差值越大，风速越小，压差值越小；因此，只要利用差压变送器测量出压差的值，再根据动压与风速之间的对应关系，就能正确地测出大管径管道内的风速；因此，靠 背取压管(1)用于取得大管径管道内气流的总压值和静压值，而嵌套设置的正压补偿管(3)，则用于往靠背取压管(1)取压口连续输出正压吹扫气体，防止气流中的粉尘进入靠背取压管(1)影响测压；
所述步骤3中，所述靠背取压管(1)用于取得大管径管道内气流的总压值和静压值，而嵌套正压补偿管(3)的设置防止气流中的粉尘进入靠背取压管(1)影响测压；
假设A与L是压缩空气连续吹扫通道上的两个截面，其中L为靠背取压管(1)取压位置截面，A为正压补偿管(3)出口处位置截面， 由伯努利方程可得：
Figure FDA0003172551200000021
式中Δpx为A～L截面之间的阻力损失，
由于A、L两截面气体的流动位差、密度差均可以忽略，所以：
ρAgHA＝ρLgHL (2)
故式(1)可简化、改写成：
Figure FDA0003172551200000022
由上式可知，只要使得下式成立：
Figure FDA0003172551200000023
就能实现正压补偿管(3)在A截面输出正压气体，不影响靠背取压管(1)在L截面的准确取压， 即：
pA＝pL (5)
由于可以近似认为：
ρA＝ρL (6)
所以由流量连续方程可推出：
Figure FDA0003172551200000031
另一方面，由流体力学阻力计算方法可知：A～L截面之间的阻力损失与沿程阻力系数、局部阻力系数、流体密度、动能有关；于是设Z为A～L截面之间的“总等效阻力系数”，则阻力损失Δpx可用下式表达：
Figure FDA0003172551200000032
将式(6)、(7)、(8)代入式(4)，经初步整理后可得：
Figure FDA0003172551200000033
对式(9)进一步化简后可得有效补偿条件：
Figure FDA0003172551200000034
式(1)～(10)中：pA、pL分别为A、L截面的压力；ρA、ρL分别为A、L截面吹扫气体的密度；VA、VL分别为A、L截面吹扫气体的流速；HA、HL、分别为A、L截面位置的标高；Z为A～L吹扫段总等效阻力系数；SA、SL分别为A、L截面的通流面积；g为重力加速度；
由式(10)可知：有效补偿条件与吹扫流量无关；只要使得补偿条件成立，那么风速风量测量效果不受正压气源压力、正压气体流量变化的影响。
2.根据权利要求1所述的正压连续自补偿吹扫式防堵风速风量测量方法，其特征在于：所述靠背取压管(1)内嵌套焊接正压补偿管(3)。
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