山西大唐国际临汾热电有限责任公司 山西临汾 041000
摘要：介绍了补偿式吹扫装置的原理和结构特点，结合某电厂仪表防堵改造的实际应用，对其在仪表防堵应用中的注意事项进行了分析和探讨，并提出几点注意事项，对提高电厂仪表测量的可靠性、准确性与稳定性，具有重要的参考意义。
关键词：补偿式吹扫装置；仪表；防堵
Application of Compensating Purge Device in Instrument Blocking Prevention
Wang Peng
（Shanxi Datang Internation Linfen Thermal Power Generation Co.，Ltd，Linfen 041000，China）
Abstract：Introduced the compensating principle and structure characteristics of purging device，combined with a practical application of the meter to collect in one power plant，its application in instrument to collect the matters needing attention are analyzed and discussed，and puts forward some matters needing attention，to improve the reliability of power plant instrumentation，accuracy and stability，which has important reference meaning.
Keywords：compensating purge device；instrument；anti-blocking
1 引言
对于火力发电企业来说，锅炉的安全稳定运行是影响机组可靠性的重要因素。其中一些重要参数（如炉膛压力、一二次风量、风压等），对运行人员进行有效的燃烧调整，又具有极其重要的作用。但随着火电经营压力的日益增大，燃煤煤质和设备性能不断劣化，再加上锅炉运行的现场工况原本就较为复杂，风烟系统的压力和流量等仪表频繁发生堵塞，严重影响机组的安全、稳定和经济运行，必须解决仪表防堵问题，提高测量的可靠性、准确性与稳定性。补偿式吹扫装置出现以及在山西大唐国际临汾热电有限责任公司部分仪表防堵改造中的成功应用，对解决此类仪表防堵问题具有重要的参考价值和推广意义。
2 补偿式吹扫装置的结构及原理
2.1 补偿式吹扫装置的结构
补偿式吹扫装置主要有三大部分组成：取样吹扫装置、压力补偿装置、流量和压力指示调节装置，结构示意图如下（图1）。
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图1 补偿式吹扫装置结构示意图
压力补偿装置直接安装于取样吹扫装置的本体上，补偿装置采用内外双管结构，在外管内有内管，并且内管的出口位于外管内，在外管上对应于内管的出口部位连接引压管，内管的进口端伸出外管，并在外管的该端安装用于固定及调整内管的夹持器。
吹扫气源经减压器和流量计调制成一个恒压恒流的气流，经连接管路至补偿装置内套管，然后经内套管出口流入取样外套管，引压管连接在内套管的出口处。这种补偿式吹扫装置就是通过将压力补偿装置直接安装于取样吹扫装置的本体上的方式来确保管路避免堵塞现象，提高仪表运行的安全性和可靠性。
2.2 补偿式吹扫装置的工作原理及分析
补偿式吹扫装置工作时，吹扫气源经减压器和流量计调制成的恒压恒流气流，经补偿装置内套管连续吹至取样外套管，外套管的吹扫气流由于受到阻力作用会产生一个附加压力△p，同时这个吹扫气流由于对引压管具有吸气作用还会产生一个补偿负压△p’，这样，在引压管内由于△p与△p’互相抵消，使得由于吹扫气流产生的附加压力为零，从而保证引压管出口处的压力就等于原被测压力。
下面从理论计算进行分析。
设补偿内套管出口A和取样外套管入口B处的截面积分别为AA、AB，压力分别为PA、PB，流速分别为VA、VB，高度分别为ZA、ZB，气体的密度为ρ，A-B两截面间的管阻力系数为ξ，则A-B两截面之间的伯努利方程为：
ρg ZA＋PA＋ρVA2/2＝ρg ZB＋PB＋ρVB2/2＋ξρVB2/2 （1）
对于气体来说，可忽略重力，ρg ZA≈ρg ZB，则简化为：
PA＋ρVA2/2＝PB＋（1+ξ）ρVB2/2 （2）
由式（2）可知，要使PA＝PB，只要满足式（3）即可。
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（3）
由于A-B两截面是串联管路，流量相等，其连续性方程为：
VAAA＝VBAB （4）
由式（3）、（4）可知，A、B两处的截面积需满足：
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（5）
因此，只要使A、B处的截面满足关系式式（5），则PA即等于PB，取压管路测量不受管路吹扫气体的影响。
该装置的测量原理就是利用连续在取样仪表管内通风的方法，使仪表防堵，并利用流体力学的动压补偿方法，消除因反吹扫气流产生的差压，以保证真实测量值，这是补偿式吹扫装置的最大特点，同时也是其在防堵的同时能够保证真实测量的根本原因。
3 在仪表防堵中的应用
3.1 公司简介
山西大唐国际临汾热电有限责任公司2x300MW直接空冷供热机组，锅炉为哈尔滨锅炉有限责任公司制造的亚临界汽包锅炉，汽轮机为上海汽轮机有限责任公司生产的单轴、三缸四排汽、中间再热式亚临界参数汽轮机，发电机为上海电气有限责任公司生产的QFSN-300-2三相交流隐极式同步发电机，机组DCS控制系统采用北京日立控制有限公司生产的H5000-M控制器和CV8系统，风烟和制粉系统压力仪表测量采用的是传统内置三层防堵机构的取样器。
3.2 应用情况
该公司风烟和制粉系统压力测量仪表的防堵装置原设计采用的是自落式防堵装置，属于传统的内置三层防堵机构的取样器。自投产以后，受经营压力和能耗指标的影响，煤质日益劣化，锅炉燃烧工况也经常出现大幅度波动。而原设计的这种传统的防堵取样器由于自身结构的局限性无法适应新常态恶劣的燃烧工况，防堵效果也变得越来越差，风烟系统、炉膛压力、制粉系统仪表频繁发生堵塞，严重影响仪表测量的可靠性和准确性，对运行燃烧调整也造成一定的困难和不利因素，这更加剧了燃烧工况的不稳定，形成恶性循环。
对于自动调节和热工保护的影响来说，也曾多次发生因风烟、制粉系统参数异常导致炉膛负压大幅度波动、送风自动调节异常、一次风机液偶调节异常、磨煤机入口风量自动调节发散等事件，在机组RB等极端工况
时甚至出现了保护动作迟缓情况，对机组的安全稳定运行产生了较大的影响。究其主要原因为这些仪表因其所处的工作环境恶劣、机组工况不稳定，容易受炉内风粉、飞灰、硫化物等的影响造成测量仪表管路堵塞，传统的防堵装置由于其结构的局限无法满足测量的防堵需求。
针对上述情况，该公司热工人员经过多方调研，发现多家兄弟电厂也都曾经出现过类似情况，后经改造为这种新型补偿式在线吹扫装置后，防堵效果均明显得到改善。随后该公司采购了无锡市振华仪器仪表有限公司生产的BFC补偿式风压测量防堵吹扫装置，并利用机组轮换检修的机会分批次进行了更换，该装置彻底解决了相关热工仪表既要取压防堵又要测量准确的问题。在炉膛压力、烟风系统和制粉系统压力仪表成功应用之后，该公司又将其成功扩展应用到了差压式风量测量仪表的防堵塞和脱硫、脱硝系统仪表的防腐蚀实践中，效果显著。实践表明，该公司相关测量仪表改造后，防堵防腐效果良好，运行多年来，各仪表工作正常、参数测量真实有效，未出现保护误动、拒动及自动调节系统异常事件，既减轻了人员工作的劳动强度又为机组的安全、稳定运行带来了坚实的保障。
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图2 改造前后现场安装图
3.3 应用中的注意事项
1、安装时注意事项：
（1）恒气流控制箱应安装在无剧烈振动的区域，建议采用挂壁式且与水平面垂直安装，确保压力流量控制器工作正常。
（2）吹扫取样头一般与水平面倾斜角大于30度。对于炉膛压力测量，炉膛外侧应高于炉膛内侧，吹扫取样头前端缩回炉墙内保温层或水冷壁管表面20～50mm。
（3）吹扫气源建议选用洁净的仪用压缩空气，管路连接（焊接）前将管内吹扫干净，确保管路内清洁。
（4）系统投运前应进行整个测量管路的严密性试验，确保管路气密性完好。
（5）寒冷区域应注意管路和控制箱的保温，防止吹扫气含水分太高冻结管路。
2、调试投运时注意事项：
（1）一般设备在出厂前均已调试合格。
（2）对于静压式防堵吹扫装置：由于出厂前已调校好，在使用时只需确认恒气流控制箱内流量计是否在1m3刻度，压力是否在0.1MPa，如果偏离调整一下即可。
（3）对于差压式防堵吹扫装置：装置投运时应先查看变送器的差压值，然后缓慢开启气源阀，开启后调节恒气流控制箱内正压侧流量计为160L刻度处，然后调节负压侧流量计，直至变送器的压力值恢复到原先查看值即可投入正常运行。
4 结束语
本文介绍了补偿式吹扫装置的基本原理和结构，并利用伯努利方程从更深层次的理论上对其工作原理和应用的可行性进行了分析和研究。结合某电厂仪表防堵改造的实际应用，对其在仪表防堵应用中的注意事项进行了分析和探讨，并提出几点注意事项，对提高电厂仪表测量的可靠性、准确性与稳定性，具有重要的参考意义。实践证明，该装置不仅可以应用于风压等压力测量，还可以应用于风量等差压测量，因此可以广泛应用于电厂热工风烟系统和制粉系统的仪表管路防堵。基于其结构和原理的特殊性，对于脱硫原烟道等腐蚀较为严重或含有毒气体场所的仪表测量也可以进行探索应用。
参考文献：
[1]李浩，蒋浩，张伟良.补偿式风压测量防堵吹扫装置安装调试[J].科技视界，2013，4：47-48.
[2]张世明.锅炉炉膛负压测量装置的改造[J].自动化应用，2014，3：17-18.
[3]BFC补偿式风压测量防堵吹扫装置说明书[M].无锡市振华仪器仪表有限公司.