摘要:电站锅炉管道流量计是锅炉上重要的元件组合装置，曾经一直处于监管空白阶段。本文首先介绍了流量计的原理及常见结构。锅炉管道上的流量计主要是差压式流量计，按照结构的不同可分为:焊接式、法兰式、一体式和插入式。然后介绍在检验过程中发现流量计存在的安全隐患，如结构问题、焊接材料错用及流量计材质错用等。最后对流量计的结构、材质选择、安装及监管和检验方面进行探讨分析。
　　针对近几年电站锅炉范围内管道出现的问题，尤其湖北当阳发生的主蒸汽管道流量计焊缝爆裂事故，开展电站锅炉范围内管道隐患专项排查工作其中着重提到了对于流量计的相关要求及补充检验检测等。在此之前流量计的监管在各个环节基本处于空白阶段，在515号文之后，参与开展了多家热电企业的锅炉范围内管道流量计的检验工作，下面针对锅炉流量计存在的一系列问题进行探讨和分析。
1电站锅炉常用流量计的原理及结构
　　电站锅炉范围内管道常用的流量计为差压式流量计，其原理和结构如下。
1.1差压式流量计原理
　　差压式流量计工作原理是基于封闭管道中流体质量守恒(连续性方程)和能量守恒(伯努利方程)两个定律。根据GB/T2624.1--2006《用安装在圆形截面管道中的差压装置测量满管流体流量第1部分:一般原理和要求》中的规定:以一次装置(如孔板、喷嘴、文丘里管)安装在充满流体的管线中为依据确立的。装人一次装置后装置的上游侧与喉部或下游侧之间产生一个静压差。根据该压差的实测值和流体流动的特性以及装置的使用环境，并假设该装置与经过校准的一个装置几何相似且使用条件相同就可以确定流量。简单而言就是根据流量与压差的关系，通过测定压差,从而计算出流量，关系式如下:
 
式中:
qm一质量流量;
C一流出系数;
β一直径比;
Ɛ一膨胀系数;
d--节流孔或喉部直径;
△p一压差;
ρ一流体密度。
1.2流量计结构与特点
　　按照一次装置的不同，可将流量计分为孔板流量计、喷嘴流量计和文丘里管流量计。根据连接结构的不同可分为法兰式流量计、焊接式流量计和一体式流量计。法兰式流量计常为孔板流量计;焊接式流量计又分为焊接孔板和焊接喷嘴流量计;一体式流量计常为长颈喷嘴流量计。结构分别见图(1)~图(3)法兰式流量计常用于主给水管道和低参数锅炉的主蒸汽管道，焊接式流量计常用于高压主给水和主蒸汽管道，一体式流量计主要用于高压主蒸汽管道”。
 
　　除以上常见流量计结构外，近几年发展起来的还有一种插人式流量计，又称均速管流量计，对在用锅炉的检验过程中，此种结构流量计较为少见。插人式流量计是依据皮托管测量原理测量均速管高、低压端的压力差，从而达到测量流量的目的，本质上也属于差压式流量计，与圆柱绕流原理关系密切2，见图4。此种结构相比前几种流量计安装简便、压损小，且无对接焊口，但也存在输出压差低、容易堵塞、还没有标准化等一些不足，目前正处于发展过程中。
 
2锅炉流量计存在的问题
2.1结构问题
　　对流量计(壳体)的结构要求，原则_上应由整段无缝钢管制成，不得存在异种钢焊接的环缝。特殊情况需要使用两截管段用环缝焊接流量计(壳体)的，应经锅炉设计文件鉴定机构书面同意。法兰式流量计和焊接式流量计均有两截管段制成，对于焊接式流量计在制造环节多出一道焊口，在515号文之前，既未进行过监督检验，也无锅炉设计文件鉴定机构出具的书面同意资料，而且有文献表面4焊接式流量计壳体与孔板焊接的根部位置存在较大的应力，因此焊接式流量计此种结构存在一定的安全隐患。
2.2流量计焊材错用
　　流量计的安装一般在锅炉冲管结束后进行，而锅炉及四大管道的检验检测都已在吹管前结束，因此对在用流量计的补充检验检测应包含流量计与主蒸汽管道的安装焊口。515号文要求对在用电站锅炉流量计合金钢材质对接接头进行100%化学成分光谱分析和硬度检测。在一次主蒸汽管道检验工作中，发现流量计与主蒸汽管道连接的两个环焊缝现场光谱分析显示含Cr约20%，含Ni约10%，属于奥氏体焊材。管材和流量计材质均为12Cr1MoVG，管材规格为φ219x7mm;工作温度450℃，工作压力3.82MPa。
　　奥氏体不锈钢的线膨胀系数比12Cr1MoVG高30%~50%，在高温条件下存在显著的热应力;奥氏体钢的弹性模量较12Cr1MoVG小5%左右、屈服应力低20%~30%，易于产生弹塑性变形，增加奥氏体区城的应变。采用数值模拟的方法模拟流量计与主蒸汽管道连接处焊接接头的应力水平，如图5显示450C时焊接接头的热应力(MISES等效应力，单位Pa)。可见焊缝及其近邻区域普遍存在较大的热应力,且焊缝金属的全部以及母材.上沿坡口宽约2mm的带状区城均产生了屈服。又考虑到焊缝金属和母材的化学成分差异较大，在高温条件下碳的迁移会形成扩散迁移层(脆化层和软化层)I5],增加焊接接头开裂的风险。基于此，对此流量计提出了更换或修理的建议。
 
2.3流量计材质与主蒸汽管道材质不同
　　在检验的过程中经常遇到流量计材质与主蒸汽管道材质不同的情况，主要分为以下三种:1)流量计为碳钢(20G),主蒸汽管道为低合金钢，如15CrMoG/12Cr1MoVG;2)流量计为低合金钢，主蒸汽管道为碳钢;3)流量计与主蒸汽管道均为低合金钢，但材质不同，如流量计为15CrMoG，主蒸汽管道为12Cr1MoVG，或反之。
　　流量计壳体不允许存在异种钢焊接环缝，但是对于流量计与主蒸汽管道连接焊缝未做具体要求。基于在检验中发现的问题，流量计与主蒸汽管道连接焊缝往往更容易出现问题，因此应该做同等要求。针对前面说的第一-种情况，20G在管道.上允许使用温度≤430℃，低合金钢主蒸汽管道的使用温度一般都超过450℃，流量计材质存在超温运行的危险，因此这种情况，流量计应予以更换。针对第二种情况，主蒸汽管道为碳钢，流量计为低合金钢，流量计不存在超温运行的风险，虽同为异种钢焊接，但是碳钢和低合金钢弹性模量相差不大，线膨胀系数基本相同，由此带来的热应力不大，建议加强监控。对于第三种情况，同属低合金钢，不属于异种钢焊接接头，因此.是符合要求的。
3分析与探讨
3.1流量计结构选择
　　流量计在制造、选型和安装过程没有相应的监督和约束，因此导致出现了一系列问题。锅炉范围内管道，主给水和主蒸汽管道上一般都装有流量计，对于母管制运行的锅炉，锅炉至母管、母管至汽机管道上分别装有流量计。流量计安装的位置不同，工作环境也有差别。对于主给水管道，虽工作压力高，但是工作温度低，一般的流量计均可满足要求。而对于主蒸汽管道，由前文的讨论可知，在结构上，一体式流量计和插人式流量计均满足515号文流量计壳体整段无缝钢管制成的要求，法兰式和焊接式均为两段式。在检验的过程中应对存在结构不合理的流量计应当立即更换满足通知规定的，但是对于不合理结构未给予明确说明。从安装角度来说，插人式流量计不存在安装环焊缝，更易于保证流量计的安全运行。
3.2流量计材质选择与安装
　　从前文所述的在检验中所遇到的问题可知,流量计在主蒸汽管道的安装过程中，会出现焊接材料错用和流量计与管道连接存在异种钢焊接接头情况。这都是由于流量计曾经疏于监管，使用单位或者安装单位自行安装或者更换所导致。因此在流量计的选择方面，要选择材质与主蒸汽管道材质相同的流量计，避免出现异种钢焊接接头。且在流量计安装后，应对安装焊口进行相应检验检测，如射线检测、光谱复检等，以防止焊接接头出现焊材错用、未焊透.夹渣等质量问题。
3.3流量计的监管与检验
　　新发布的TSG07--2019《特种设备生产和充装单位许可规则》将流量计(壳体)正式纳人行政许可，明确了流量计(壳体)的行政许可归类一压力管道元件。但是流量计(壳体)的制造尚无相应的国家标准或者行业标准，在锅炉范围内使用的流量计应满足锅炉标准对材料、设计、制造和强度的要求。
　　在安装环节,新装的流量计除要经过制造监检外，在安装监检的过程中，也应涵盖对安装焊口的抽查,以确保流量计的安装质量。对于已经在用的流量计,除对流量计制造焊接接头进行补充检验检测外，对流量计与主蒸汽管道管道连接焊缝也应做同等要求。同时针对不同结构的流量计也应采取不同的检测手段,如焊接式流量计中间焊缝的检测，由于传统超声检测的局限性”，可采用如TOFD.相控阵等多检测手段相结合的方式。
4结束语
　　流量计是锅炉上不可或缺的元件组合装置，流量计形式多样、结构各有不同，流量计从制造、安装和使用环节尚未形成系统的监管。在以后的工作中，对流量计应给予足够的重视，保证锅炉的安全稳定运行。

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