摘要(yao):核電機(ji)組正常(chang)運行過(guo)程中需(xū)要控制(zhi)好核島(dǎo)内外差(chà)壓,而島(dǎo)内氣動(dòng)控制設(shè)備的用(yòng)氣量是(shì)影響内(nèi)外差壓(yā)🎯的重要(yào)因素,因(yīn)此需要(yào)對該用(yòng)氣量進(jin)行準确(què)而穩定(dìng)的計量(liàng)。原 渦輪(lun)流量計(jì) 在使用(yong)過程中(zhōng)波動比(bi)較大,不(bú)能滿足(zú)現場要(yào)求。詳細(xì)論述了(le)熱式質(zhi)量流量(liàng)計 在核(hé)島儀用(yòng)氣源系(xì)統中的(de)改造過(guo)程,通過(guo)改造前(qian)後測量(liàng)值曲線(xiàn)的對比(bǐ),可以發(fa)現熱式(shì)質量流(liú)量在🔞微(wei)小流量(liang)工況下(xia)的🏃‍♂️穩定(dìng)性、正确(que)率等指(zhǐ)标均優(you)于🐇渦輪(lún)流量計(ji)。
1引言
　　熱(re)式質量(liàng)流量計(ji)是采用(yòng)熱擴散(sàn)原理直(zhí)接測量(liang)氣體質(zhi)👈量的流(liu)量計[1],無(wu)須溫度(dù)和壓力(li)補償,同(tóng)時可以(yǐ)測量介(jie)質的溫(wēn)度,與其(qi)他常用(yong)流量計(ji)相比,具(ju)有量🧑🏽‍🤝‍🧑🏻程(chéng)比寬、抗(kàng)振性能(néng)好、低流(liú)速時輸(shu)出信号(hao)靈敏度(dù)高等特(te)點[2]。
　　由于(yú)核電項(xiang)目的特(te)殊性,核(hé)島内主(zhǔ)要使用(yong)容積式(shi)流🔞量👈計(jì)✍️和葉輪(lun)式流量(liang)計來進(jìn)行氣體(ti)流量測(cè)量,如渦(wō)輪流量(liàng)🐅計、 浮子(zǐ)式流量(liang)計 和 旋(xuán)進旋渦(wō)流量計(ji) 等,較少(shao)使用質(zhì)量流量(liang)計。防城(cheng)港核電(diàn)站1号機(jī)儀表壓(yā)縮空氣(qì)分配系(xì)統(SAR)氣源(yuán)管道上(shang)流量計(ji)SAR001MD原型号(hào)爲♈渦輪(lún)流量☎️計(ji),在使用(yòng)過程中(zhōng)發現小(xiao)流量工(gōng)況下該(gai)類型流(liú)量計測(ce)🍓量不準(zhun)确,波動(dòng)💛頻繁,線(xian)性度較(jiào)差等👨‍❤️‍👨問(wen)題。通過(guò)😘分析系(xi)統💔狀況(kuàng)及各類(lei)型流量(liang)計特點(dian),現🈲場嘗(cháng)試使用(yòng)熱式質(zhì)量流量(liang)計對原(yuan)渦輪流(liu)量計進(jin)行了改(gǎi)造,改造(zao)後的測(ce)量值波(bō)動幅度(du)大幅減(jiǎn)小,沒有(yǒu)回零現(xian)象發生(sheng)。
2熱式質(zhi)量流量(liang)計原理(li)及特點(diǎn)簡介
　　熱(rè)式質量(liàng)流量計(ji)基于熱(re)擴散原(yuan)理,其典(dian)型傳感(gǎn)器元件(jiàn)包括💁兩(liang)個鉑熱(re)電阻,當(dang)這兩個(ge)熱電阻(zu)被置于(yú)流體中(zhōng)時,其中(zhōng)㊙️一個😘被(bèi)加熱,另(ling)外一個(ge)用于測(ce)量介質(zhì)溫度,兩(liang)個 熱電(dian)阻 之間(jiān)的溫差(chà)與過程(cheng)流速及(ji)過程機(ji)制的性(xing)質有關(guan)[3],根🥵據測(ce)量方⭐式(shì)的不同(tóng)又分爲(wei)恒溫差(cha)法[4]、恒功(gōng)率法[5]。生(shēng)産的屬(shu)于插入(ru)式恒溫(wen)差法流(liu)量計,即(ji)保持兩(liǎng)個🔞熱電(dian)阻🌏之間(jian)的溫差(cha)恒定,利(li)用金氏(shi)定律可(kě)推導出(chū)✍️加熱功(gōng)率與流(liu)量間的(de)關系如(ru)下[6]:
P=△T[λ+2(πλcvρUd)1/2]/f
　　式中(zhōng):P-消耗的(de)電功率(lü),瓦;λ-流體(tǐ)的熱導(dao)率,J/h·m·K;cv-定容(rong)比熱容(rong),J/kg·K;ρ-流體的(de)密度,kg/m3;U-流(liu)體的流(liu)速,m/h;d-熱電(diàn)阻直徑(jìng),m;f-常數。從(cong)上式可(kě)看🔆出當(dang)保持加(jia)熱電阻(zǔ)和測溫(wēn)電阻之(zhi)間的溫(wen)差△T不變(bian)時,加熱(re)電阻上(shàng)的功率(lü)P與U1/2成正(zheng)比。
流量(liàng)計具有(you)如下特(te)點:
(1)儀表(biao)以标準(zhun)單位測(ce)量氣體(ti)質量流(liu)量而無(wú)須溫度(du)及壓力(lì)補償,同(tóng)時可以(yǐ)測量過(guo)程氣體(tǐ)溫度。多(duō)種計量(liang)單💯位可(kě)現場選(xuan)擇(SCFM,SFPM,Nm3/h,kg/h等);
(2)兩(liang)路隔離(lí)4～20mA輸出;100Hz,5～24V隔(ge)離脈沖(chong)流量輸(shū)出,最大(da)10mA;USB接口連(lián)接😘PC端🙇🏻FoxView軟(ruan)件🏃🏻‍♂️查🥰看(kàn)、設置、校(xiao)準、數據(jù)記錄等(deng)功能;HART和(hé)RS485Modbus可選;
(3)采(cai)用Cal-VTM在線(xiàn)驗證校(xiào)準功能(neng):該功能(néng)是可以(yǐ)在線原(yuan)位校🛀🏻準(zhun)🌂流🌈量㊙️計(jì)準确度(dù),測試傳(chuán)感器功(gong)能性和(he)相關信(xìn)号處理(li)電路,隻(zhī)💋需一⭐個(ge)按鍵即(jí)可。在測(cè)試結束(shu)後,流量(liang)計會顯(xian)示成功(gong)或失🔞敗(bài)信息并(bìng)存儲Cal-VTM校(xiao)驗數據(jù)以便随(sui)時查看(kàn)。在測試(shi)過程中(zhōng),流量計(ji)的微處(chù)理器調(diào)節信号(hào)傳感器(qi)的信号(hao),并🔞判斷(duàn)其電氣(qì)特性,将(jiāng)這些數(shu)據與流(liú)量計電(diàn)子單元(yuan)中存儲(chu)的出廠(chǎng)标定數(shù)據對比(bǐ),如數據(jù)在容差(chà)範圍☎️内(nei),則表明(míng)流量計(ji)測量準(zhǔn)确。
(4)測量(liang)範圍:0.07～71Nm3/h;
(5)測(cè)量精度(du):空氣±1%的(de)讀數,±0.2%的(de)滿量程(cheng);其他氣(qì)體±1.5%的讀(dú)數,±0.5%的滿(man)量程;
(6)響(xiang)應時間(jian):0.9秒;
(7)量程(cheng)比最高(gāo)1000:1,典型100:1;
(8)安(ān)裝時,上(shang)遊至少(shao)大于等(děng)于8個管(guǎn)徑,下遊(you)大于等(deng)于4個管(guǎn)徑;
(9)供電(diàn):标準24VDC,±10%,0.75A;可(kě)選220VAC,50Hz,20W功率(lü)。
3應用
3.1工(gong)藝系統(tǒng)簡介
　　核(hé)電機組(zǔ)在正常(cháng)運行期(qi)間,需保(bao)持安全(quán)殼内與(yǔ)外🚶‍♀️部大(da)氣🐇之間(jian)的潛在(zài)過壓應(yīng)小于60mbar,如(rú)超過60mbar則(ze)需采取(qu)措施進(jin)行降壓(ya)處理。影(yǐng)響🔞安全(quan)殼内部(bù)壓力變(bian)化的因(yīn)素有殼(ké)内氣動(dòng)控制設(she)備的工(gōng)作排氣(qi)和漏氣(qi)、殼内外(wài)壓差導(dao)緻貫穿(chuān)件的洩(xiè)漏等,其(qí)中氣動(dong)控制設(shè)備的工(gong)作排❓氣(qi)或漏氣(qi)是導緻(zhì)核反應(ying)堆廠房(fang)内壓力(lì)上升的(de)主要因(yin)素。根據(jù)核電站(zhàn)儀用壓(yā)縮空氣(qi)分🏃‍♀️配系(xi)統流🌈程(chéng)圖(下圖(tú)1),可知監(jian)視安全(quan)殼内氣(qì)動控制(zhì)設🔴備所(suǒ)需壓縮(suo)空氣總(zǒng)量的流(liu)量計爲(wei)1SAR001MD,測✔️量信(xin)号直接(jie)送至DCS。正(zhèng)常運行(háng)時系統(tǒng)參數如(rú)下:7.81-10bar,雜質(zhi):<1μm,含量🌂:≤0.01mg/m3,接(jie)口管徑(jìng)33.4×2.77,要求儀(yí)表量程(chéng)0-10Nm3/h。

　　原設計(jì)供貨的(de)流量計(ji)爲法國(guo)福爾赫(he)曼公司(sī)生産的(de)🐇渦🌈輪流(liú)量計,型(xing)号爲:TGN25G6.5(150#)帶(dài)前置放(fàng)大器FH710,量(liang)程爲2-10Nm3/h。渦(wo)輪流量(liàng)計對被(bèi)測介質(zhi)的潔淨(jing)度、上下(xia)遊直管(guǎn)段要求(qiú)都比較(jiào)高,适宜(yí)用在壓(ya)♈力變化(huà)不大、流(liu)🔴速比較(jiao)穩定,需(xū)要精确(que)計量物(wu)料總量(liàng)的場所(suǒ)。實際使(shi)用過程(cheng)中發現(xiàn)渦輪流(liu)量計波(bo)動比較(jiào)大,并有(you)歸零現(xian)象發生(sheng)🙇🏻,流量曲(qǔ)線如下(xia)圖2所示(shi),其在DCS裏(li)面的組(zǔ)态如下(xia)圖3所示(shi),計算公(gong)式如下(xia):

　　式中:QN-換(huàn)算後标(biāo)準狀态(tai)下流量(liàng),Nm3/h;QAV-現場流(liú)量計上(shàng)傳到DCS的(de)流量值(zhí),m3/h;TN-标準狀(zhuang)态下溫(wen)度值,K;PAV-現(xian)場實測(ce)壓力,MPα;TAV-現(xiàn)場實測(cè)溫度值(zhi),K;PN-标準狀(zhuang)态下壓(ya)力,MPα;ZN、Z-修正(zheng)系數,約(yuē)等于1。儀(yi)✂️控氣源(yuán)管路正(zhèng)常運行(hang)時壓力(li)爲0.8MPa左右(yòu)🔞,由上述(shu)計算公(gōng)式可知(zhī)管道内(nèi)實💔際流(liu)量會小(xiao)于2m3/h,低于(yu)儀表的(de)最🌏小量(liàng)程要求(qiú),現場将(jiang)渦輪流(liú)量計拆(chai)下後對(dui)其重新(xīn)進行了(le)校驗,發(fā)現當流(liú)量低于(yú)🏒1.5m3/h時,流量(liàng)計線性(xing)比較差(chà),不能滿(man)足現場(chǎng)要求。現(xiàn)場氣動(dong)設備的(de)頻繁動(dòng)作也會(huì)導緻整(zhěng)個管路(lu)的壓力(li)波動比(bi)較明顯(xian),從而影(yǐng)㊙️響流量(liàng)計的穩(wen)定測量(liang)。
　　考慮到(dao)現場工(gong)況比較(jiao)特殊,正(zhèng)常運行(hang)時用氣(qì)量比😍較(jiào)小,壓力(li)波💃🏻動比(bǐ)較大,測(ce)量範圍(wéi)比較寬(kuan),對儀表(biao)的精度(du)要求比(bǐ)較高,通(tong)過分析(xī)比較各(gè)類流量(liàng)計的特(te)點後決(jué)定采用(yòng)熱式質(zhi)量流量(liàng)計對渦(wo)✍️輪流量(liang)計進行(hang)換型改(gǎi)造。


3.2改造(zào)過程
3.2.1管(guǎn)路改造(zào)及電源(yuán)改造
　　選(xuan)用的質(zhì)量流量(liang)計型号(hào)爲:FT3-10F-SS-ST-E1-DD-B0-G1,改造(zao)前後流(liú)量變送(sòng)器安裝(zhuāng)方式不(bu)🏃‍♂️變,均爲(wèi)法蘭連(lian)接,管徑(jing)尺寸也(yě)不變,爲(wèi)滿足流(liú)量計對(dui)上下遊(you)直管段(duan)的要求(qiu),需對上(shang)下遊管(guan)道進行(háng)改造,改(gǎi)造前後(hòu)上下遊(yóu)直管🆚段(duàn)參數詳(xiáng)見🈲下表(biao)1:

　　熱式質(zhi)量流量(liang)計需要(yao)單獨提(ti)供24VDC直流(liú)電源,因(yin)此需要(yào)增加1面(mian)✉️220VAC轉24VDC的就(jiù)地電源(yuan)箱。表頭(tóu)處接線(xiàn)如下圖(tu)4所示,右(you)側接24VCD電(diàn)源💚線來(lai)❄️自就地(di)電源箱(xiāng),左側接(jie)信号線(xian)送至DCS。Fox熱(rè)式流量(liàng)計的4-20mA輸(shū)出均爲(wei)無源輸(shū)出,需DCS側(cè)提供額(e)外的24VDC電(diàn)源,改造(zào)後的流(liu)量計無(wu)須壓力(li)和溫度(dù)補償。
3.2.2DCS側(ce)接線及(ji)邏輯修(xiu)改
　　現場(chǎng)過來的(de)4-20mA流量信(xin)号先送(song)隔離模(mo)塊NM3480,然後(hòu)通過内(nèi)部數據(ju)⁉️通信送(song)至8通道(dào)輸入模(mo)塊NM480,信号(hào)采集流(liú)程圖如(ru)下圖5所(suǒ)👈示。通過(guo)專🌈用25芯(xīn)預制電(dian)纜與NM480模(mo)塊配套(tào)使用,實(shí)現💘現場(chang)電流信(xin)号到功(gong)能模塊(kuai)的相互(hù)轉接與(yu)傳遞。根(gen)據⭐是否(fǒu)需要DCS提(tí)供電源(yuán)以及有(yǒu)無電流(liú)限制,NM3480模(mo)塊有4種(zhong)接線模(mó)式可供(gong)選擇,SAR001MD信(xin)号接An、Bn端(duan)子,表示(shì)需🍓DCS供電(dian)且有電(dian)流限制(zhì)。

　　NM480是8通道(dao)路間隔(gé)離型電(diàn)流輸入(ru)模塊,通(tong)過64針歐(ōu)式連接(jiē)器與機(ji)籠👄底闆(pǎn)連接,配(pèi)合端子(zi)模塊實(shí)現8通道(dao)路間隔(gé)🌍離的電(diàn)流信号(hào)采集。NM480支(zhi)持Profibus-DP協議(yi),作爲從(cóng)站與DP主(zhu)站(主控(kong)🔴制器)完(wán)成數據(ju)交換。NM480模(mó)塊依靠(kào)64針歐式(shì)連接器(qì)從端子(zi)模塊經(jīng)機籠底(dǐ)闆輸入(rù)8路現場(chang)🔞電流信(xin)号,電壓(ya)信号經(jing)過過壓(yā)保護與(yǔ)信号調(diao)理電路(lu)進入A/D轉(zhuan)換電路(lu),之後将(jiang)⭐采集的(de)數據經(jīng)光電隔(ge)離後送(sòng)㊙️入微控(kong)制器進(jin)行數據(ju)處理,最(zui)終通過(guò)Profibus-DP現場總(zong)線将數(shù)據上🌐傳(chuán)到主控(kòng)制器。NM480模(mo)🈲塊的微(wei)控制器(qi)及通訊(xùn)電路部(bù)分由系(xì)統❄️輸入(rù)的5V電源(yuan)供電;通(tong)道采集(ji)電路部(bu)分由🙇‍♀️系(xi)統輸入(ru)的24V電源(yuán)經8路相(xiang)互隔離(li)的DC/DC轉換(huan)爲5V電源(yuán)供🔱電。


　　由(you)于熱式(shi)質量流(liu)量計以(yǐ)标準單(dān)位測量(liang)氣體流(liú)量而❗無(wú)需額外(wài)的溫度(dù)壓力補(bu)償,同時(shi)可以測(cè)量過程(cheng)氣體✉️溫(wēn)度,因此(cǐ)需要在(zai)DCS内對相(xiàng)關邏輯(ji)進行修(xiu)改,改🎯造(zào)前後的(de)邏輯詳(xiang)見上📞圖(tu)3和下圖(tu)6,從下圖(tú)可以看(kàn)出改造(zao)後的邏(luo)輯删掉(diao)了溫度(dù)和壓力(lì)修正,現(xian)場送過(guò)來的4-20mA信(xin)号即爲(wei)測得的(de)标準流(liu)量信号(hào)。
3.3改造後(hou)效果
　　現(xian)場使用(yong)熱式質(zhi)量流量(liàng)計完成(chéng)改造後(hòu)的流量(liàng)曲💁線如(ru)下圖7所(suǒ)♍示,對比(bi)原流量(liang)計曲線(xiàn)(上圖2),可(kě)發現曲(qu)線變👨‍❤️‍👨化(hua)比較平(ping)緩,整體(tǐ)波動較(jiao)小,測量(liang)值在8Nm3/h上(shàng)下10%範圍(wei)内小幅(fu)振動,滿(man)足現場(chang)計量🐉要(yào)求。
4結束(shù)語
　　熱擴(kuo)散原理(li)是一種(zhong)易安裝(zhuang)、低維護(hu)的氣體(tǐ)流量測(cè)❗量方式(shì),熱式🧡質(zhì)量流量(liang)計以其(qí)重複性(xìng)好、靈敏(mǐn)度高、操(cāo)作簡單(dan)等特點(dian)在工業(ye)領域得(dé)到了廣(guang)泛的應(ying)用。核島(dao)儀控用(yong)氣源管(guan)道流量(liang)計在使(shi)用熱式(shi)質量流(liu)量計進(jin)行成功(gong)改造後(hòu),運行平(píng)穩,滿足(zú)了現場(chang)精度✏️要(yao)求和控(kong)制要求(qiú),經過一(yī)年多時(shí)間的觀(guan)察,在測(cè)量微小(xiao)流量氣(qì)體情況(kuàng)下無論(lùn)在♍精度(du)、安裝、維(wéi)護等方(fāng)面都由(you)于渦輪(lún)流量計(jì)。

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