摘要(yào):核電機(ji)組正常(cháng)運行過(guo)程中需(xū)要控制(zhì)好核島(dǎo)内外🌍差(chà)壓👈,而島(dao)内氣動(dòng)控制設(she)備的用(yong)氣量是(shì)影響内(nèi)外差壓(ya)的重🥰要(yào)因♈素,因(yin)㊙️此需要(yào)對該用(yong)氣量進(jin)行準确(que)而穩定(dìng)的計量(liang)。原 渦輪(lun)流量計(ji) 在使用(yòng)過程中(zhōng)波動比(bi)較大,不(bú)能滿足(zú)現場要(yào)求。詳細(xi)論述了(le)熱式質(zhi)量流量(liàng)計 在核(he)島儀用(yòng)氣源系(xì)統中的(de)改造過(guo)程,通過(guò)改造前(qian)後測量(liàng)值曲線(xian)的對比(bǐ),可以發(fa)現熱式(shi)質量流(liu)量在🧑🏽‍🤝‍🧑🏻微(wei)小♋流量(liang)🈚工況下(xia)的穩定(ding)性、正确(que)率等指(zhi)标均優(you)于渦輪(lún)流量計(ji)。
1引言
　　熱(rè)式質量(liàng)流量計(jì)是采用(yòng)熱擴散(sàn)原理直(zhí)接測量(liang)氣體質(zhì)量的👣流(liú)📱量計[1],無(wú)須溫度(dù)和壓力(lì)補償,同(tong)時可以(yi)測量介(jiè)質🚩的溫(wēn)度,與其(qi)他常用(yòng)流量計(jì)相比,具(jù)有量程(cheng)比寬、抗(kàng)振性能(neng)好、低流(liú)速時輸(shū)出信号(hào)靈敏度(dù)高等特(tè)點[2]。
　　由于(yú)核電項(xiang)目的特(tè)殊性,核(hé)島内主(zhu)要使用(yong)容積式(shi)流量㊙️計(ji)和葉輪(lun)式流量(liang)計來進(jìn)行氣體(ti)流量測(ce)量,如渦(wō)輪流量(liàng)計、 浮子(zǐ)式流量(liàng)計 和 旋(xuán)進旋渦(wo)流量計(ji) 等,較少(shǎo)使用質(zhi)量流量(liàng)計。防城(cheng)港核電(diàn)站1号機(ji)儀表壓(yā)縮空🍉氣(qi)分配系(xi)統(SAR)氣源(yuan)管道上(shàng)流量計(jì)SAR001MD原型号(hào)爲渦輪(lun)流量☂️計(jì),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(cè)量不準(zhun)确,波動(dòng)頻繁,線(xian)性度較(jiào)差等㊙️問(wèn)題。通過(guò)分析系(xi)統狀況(kuàng)及各類(lèi)型流量(liàng)計特點(dian),現場嘗(cháng)試使用(yong)熱式質(zhì)量流量(liàng)計對原(yuan)渦輪流(liú)量計進(jìn)行了改(gǎi)造,改造(zào)📐後的測(ce)量值波(bō)動幅度(dù)大幅減(jiǎn)小,沒有(yǒu)回零現(xiàn)象發生(shēng)。
2熱式質(zhì)量流量(liang)計原理(lǐ)及特點(dian)簡介
　　熱(rè)式質量(liang)流量計(jì)基于熱(re)擴散原(yuán)理,其典(diǎn)型傳感(gǎn)器元🧑🏾‍🤝‍🧑🏼件(jian)包括兩(liǎng)個鉑熱(re)電阻,當(dāng)這兩個(ge)熱電阻(zǔ)被置于(yú)流體中(zhōng)時🌂,其中(zhong)一個被(bei)加熱,另(ling)外一個(ge)用于測(cè)量介質(zhi)溫度☂️,兩(liǎng)個 熱電(dian)阻 之間(jiān)的溫差(cha)與過程(cheng)流速及(ji)過程機(jī)制的性(xing)質有關(guān)[3],根據測(ce)量🛀🏻方式(shi)的不同(tong)又分爲(wei)恒溫差(chà)法[4]、恒功(gong)率法[5]。生(shēng)産的屬(shǔ)于插💔入(ru)式恒溫(wen)差法流(liú)量計,即(jí)保持兩(liang)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(gong)率✍️與流(liu)量間的(de)關系如(rú)下[6]:
P=△T[λ+2(πλcvρUd)1/2]/f
　　式中(zhōng):P-消耗的(de)電功率(lǜ),瓦;λ-流體(ti)的熱導(dao)率,J/h·m·K;cv-定容(róng)比熱容(rong)💃🏻,J/kg·K;ρ-流體的(de)密度☀️,kg/m3;U-流(liú)體的流(liu)速,m/h;d-熱電(dian)阻直徑(jìng),m;f-常數。從(cóng)上式可(ke)看出當(dāng)保持加(jia)熱電阻(zu)‼️和測溫(wen)電阻之(zhi)間的溫(wēn)差△T不變(biàn)時,加熱(re)電阻上(shàng)的功率(lü)P與U1/2成正(zhèng)比⭐。
流量(liang)計具有(you)如下特(tè)點:
(1)儀表(biǎo)以标準(zhǔn)單位測(ce)量氣體(tǐ)質量流(liu)量而無(wu)須溫度(dù)及💋壓力(li)補償,同(tong)時可以(yǐ)測量過(guo)程氣體(ti)溫度。多(duo)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(li)4～20mA輸出;100Hz,5～24V隔(ge)離脈沖(chòng)流量輸(shū)出,最大(dà)10mA;USB接口連(lian)接☎️PC端☀️FoxView軟(ruan)件⁉️查☔看(kan)、設置、校(xiao)準、數據(ju)記錄等(deng)功能;HART和(he)RS485Modbus可選;
(3)采(cai)用Cal-VTM在線(xian)驗證校(xiao)準功能(neng):該功能(neng)是可以(yǐ)在線原(yuán)位校準(zhun)流量計(ji)準确度(du),測試傳(chuán)感器功(gōng)能性和(he)相關信(xìn)号處理(lǐ)電路,隻(zhi)🛀需一個(gè)按鍵即(jí)可。在測(ce)試結束(shu)後,流量(liàng)計會🚶‍♀️顯(xian)示成功(gong)或失敗(bai)信息并(bìng)存儲Cal-VTM校(xiào)驗數據(ju)以便随(sui)時查看(kàn)。在測試(shi)過程中(zhong),流量計(ji)的微處(chù)理器調(diao)節信号(hào)傳感器(qì)的信号(hao),并判斷(duàn)其電氣(qi)特性,将(jiāng)這些數(shù)據與流(liú)量計電(dian)子單元(yuán)中存儲(chǔ)的出廠(chǎng)标定數(shù)據對比(bi),如數據(ju)在容差(chà)範圍内(nèi),則表明(míng)🥵流量計(jì)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(qi)體±1.5%的讀(dú)數,±0.5%的滿(man)量程;
(6)響(xiǎng)應時間(jiān):0.9秒;
(7)量程(chéng)比最高(gāo)1000:1,典型100:1;
(8)安(ān)裝時,上(shang)遊至少(shǎo)大于等(děng)于8個管(guan)徑,下遊(you)大于等(děng)于4個管(guǎn)🈲徑;
(9)供電(diàn):标準24VDC,±10%,0.75A;可(ke)選220VAC,50Hz,20W功率(lǜ)。
3應用
3.1工(gōng)藝系統(tong)簡介
　　核(he)電機組(zǔ)在正常(cháng)運行期(qi)間,需保(bao)持安全(quan)殼内與(yǔ)外部大(da)氣之間(jiān)的潛在(zài)過壓應(yīng)小于60mbar,如(rú)超過60mbar則(zé)需采取(qu)措施進(jin)行降壓(yā)處理。影(ying)響安全(quan)殼内部(bu)壓力變(bian)化的🚶因(yin)素有殼(ke)内氣動(dòng)控制設(she)備的工(gong)作排氣(qì)和漏氣(qì)、殼内外(wài)壓差導(dǎo)緻貫穿(chuan)🏃🏻件的洩(xie)漏等,其(qi)中氣動(dòng)控制設(she)♍備的工(gong)作排氣(qì)或漏氣(qì)是導緻(zhì)核反應(ying)堆廠房(fang)内壓力(li)上升的(de)主要因(yīn)素。根據(ju)核電站(zhan)儀用壓(yā)縮空✉️氣(qi)分配系(xi)統流程(chéng)圖(下👄圖(tu)1),可知監(jiān)視安全(quán)♍殼内氣(qì)動控制(zhì)設備所(suo)需壓縮(suō)空氣總(zong)量的流(liú)量計爲(wèi)1SAR001MD,測量信(xin)号直接(jie)送至DCS。正(zhèng)常運行(hang)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(jing)33.4×2.77,要求儀(yi)表量💛程(cheng)0-10Nm3/h。

　　原設計(jì)供貨的(de)流量計(jì)爲法國(guo)福爾赫(he)曼公司(si)生産的(de)渦輪流(liu)量計,型(xing)号爲:TGN25G6.5(150#)帶(dài)前置放(fàng)大器FH710,量(liàng)程爲2-10Nm3/h。渦(wo)輪💔流量(liang)計對被(bèi)測⭐介質(zhì)的潔淨(jing)度、上下(xià)遊直管(guǎn)段要求(qiu)都比較(jiao)高,适宜(yí)用在壓(ya)力變化(hua)不大、流(liú)速比較(jiào)穩定,需(xū)要精确(què)計量物(wu)料總量(liàng)的場所(suo)。實際使(shi)用過程(chéng)中發現(xian)渦輪流(liú)量計波(bo)動比較(jiào)大,并有(yǒu)歸零現(xian)象發生(shēng),流量曲(qǔ)線如下(xia)圖2所示(shi),其在DCS裏(li)面的組(zu)态如下(xià)圖3所示(shi),計算公(gōng)式如下(xià):

　　式中:QN-換(huàn)算後标(biao)準狀态(tai)下流量(liàng),Nm3/h;QAV-現場流(liu)量計上(shàng)傳到DCS的(de)流量值(zhi),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(xian)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(yue)等于1。儀(yí)控氣源(yuan)管路正(zhèng)常運行(hang)♉時壓力(lì)爲0.8MPa左右(yòu),由上述(shù)計算公(gong)式可知(zhi)管道内(nèi)實💚際流(liu)量會小(xiǎo)于2m3/h,低于(yú)儀表的(de)最小量(liàng)程要求(qiú),現場将(jiāng)渦輪流(liú)量計拆(chai)下後對(duì)其重新(xīn)進行了(le)校驗,發(fa)現當流(liu)量低于(yu)1.5m3/h時,流量(liàng)計線性(xing)比較☔差(cha),不能滿(mǎn)足現場(chang)要求。現(xian)場氣動(dong)設備的(de)頻繁動(dòng)作也會(hui)導緻整(zheng)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(liàng)。
　　考慮到(dào)現場工(gong)況比較(jiao)特殊,正(zheng)常運行(hang)時用氣(qì)量比較(jiao)小🐅,壓力(li)波🐉動比(bi)較大,測(cè)量範圍(wei)比較寬(kuan),對儀表(biǎo)的精度(du)要求比(bi)較高,通(tōng)🚶‍♀️過分析(xī)比較各(ge)類流量(liàng)計的特(tè)點後決(jue)定采用(yong)熱式質(zhi)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻量流量(liàng)計對渦(wō)輪流量(liàng)計進行(hang)換型改(gai)造。


3.2改造(zao)過程
3.2.1管(guan)路改造(zào)及電源(yuán)改造
　　選(xuan)用的質(zhi)量流量(liàng)計型号(hao)爲:FT3-10F-SS-ST-E1-DD-B0-G1,改造(zào)前後流(liú)量變送(song)器安裝(zhuang)方式不(bú)🌈變,均爲(wèi)法蘭連(lián)接,管徑(jìng)尺寸也(ye)不變,爲(wèi)滿足💚流(liu)量計對(dui)上下遊(yóu)直管段(duàn)的要求(qiú),需對上(shàng)下遊管(guǎn)道進行(hang)改造,改(gai)造前後(hou)上下😘遊(you)直管段(duàn)參數詳(xiang)見下表(biao)1:

　　熱式質(zhi)量流量(liàng)計需要(yao)單獨提(ti)供24VDC直流(liú)電源,因(yin)此需要(yao)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(dian)源❄️線來(lai)自就地(di)電源箱(xiang),左側接(jie)信号線(xian)送至DCS。Fox熱(re)式流量(liàng)計的4-20mA輸(shū)出均爲(wei)無源輸(shu)出,需DCS側(cè)提供額(e)外的24VDC電(dian)源,改造(zào)後的流(liu)量計無(wú)須壓力(lì)和溫度(dù)補償。
3.2.2DCS側(ce)接線及(jí)邏輯修(xiū)改
　　現場(chang)過來的(de)4-20mA流量信(xin)号先送(song)隔離模(mó)塊NM3480,然後(hou)通過内(nèi)部數據(jù)通🥵信送(song)至8通道(dao)輸入模(mó)塊NM480,信号(hào)采集流(liu)程圖如(ru)下圖5所(suǒ)示。通✂️過(guo)專用25芯(xin)預制電(dian)纜與NM480模(mo)塊配套(tao)使用,實(shí)現現場(chǎng)電流信(xìn)号到功(gōng)能模塊(kuài)的相互(hu)轉接與(yǔ)傳遞。根(gen)據是否(fǒu)需要DCS提(tí)供電源(yuan)以及有(you)無電流(liu)限制🔞,NM3480模(mo)塊有4種(zhong)接線模(mo)式可供(gong)㊙️選擇,SAR001MD信(xìn)号接An、Bn端(duān)子,表示(shì)需DCS供電(dian)且有電(diàn)流限制(zhì)。

　　NM480是8通道(dào)路間隔(ge)離型電(dian)流輸入(ru)模塊,通(tōng)過64針歐(ōu)式連接(jiē)器與機(jī)籠底闆(pǎn)連接,配(pei)合端子(zi)模塊實(shí)現8通道(dào)路間隔(gé)離的電(dian)流信号(hào)🌈采集📞。NM480支(zhi)持Profibus-DP協議(yi),作爲從(cóng)站與DP主(zhǔ)站(主控(kong)制器)完(wan)成數據(jù)交換。NM480模(mó)塊依靠(kào)64針歐式(shi)連接器(qi)從端子(zǐ)💃模塊經(jing)機籠底(dǐ)闆輸入(ru)8路現場(chang)電流信(xin)号,電壓(yā)信号經(jīng)過過壓(yā)保護與(yǔ)信号調(diào)理電路(lù)進入A/D轉(zhuǎn)換電路(lù),之後将(jiāng)采集的(de)數據經(jing)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(zǒng)線将數(shu)據上傳(chuán)到主控(kòng)制器。NM480模(mo)塊的微(wei)控制器(qì)及通訊(xùn)電路部(bù)分由系(xi)統🔴輸入(ru)的5V電源(yuan)供電;通(tong)道采集(ji)電路部(bù)分由系(xi)統輸入(rù)的24V電源(yuán)經8路相(xiang)互隔離(li)的DC/DC轉換(huan)爲5V電源(yuan)供☎️電。


　　由(yóu)于熱式(shì)質量流(liu)量計以(yi)标準單(dan)位測量(liàng)氣體流(liú)量而無(wu)需額外(wai)⭐的溫度(dù)壓力補(bǔ)償,同時(shí)可以測(ce)量過程(chéng)氣體溫(wen)度,因此(cǐ)需要在(zài)DCS内對相(xiàng)關邏輯(ji)進行修(xiū)改,改👄造(zào)前後的(de)邏輯🔞詳(xiang)見上圖(tu)3和下⛹🏻‍♀️圖(tú)6,從下圖(tu)可以看(kan)出改造(zào)後的邏(luó)輯删掉(diao)了溫度(dù)和壓力(lì)修正,現(xian)場送過(guo)來的4-20mA信(xìn)号即爲(wei)測得的(de)标準流(liu)量信号(hào)❌。
3.3改造後(hòu)效果
　　現(xiàn)場使用(yong)熱式質(zhì)量流量(liàng)計完成(cheng)改造後(hòu)的流量(liàng)曲線如(rú)下圖♍7所(suo)示,對比(bǐ)原流量(liàng)計曲線(xian)(上圖2),可(kě)發現曲(qu)線變化(hua)比較平(ping)緩,整體(tǐ)波🛀動較(jiào)小,測量(liang)值在8Nm3/h上(shàng)下10%範圍(wéi)内小🍓幅(fú)振動,滿(mǎn)足現場(chǎng)計量要(yào)求。
4結束(shu)語
　　熱擴(kuo)散原理(lǐ)是一種(zhǒng)易安裝(zhuang)、低維護(hu)的氣體(ti)流量測(ce)🎯量方式(shi),熱式質(zhi)量流量(liang)計以其(qí)重複性(xing)好、靈敏(min)度高、操(cāo)作簡單(dan)🍓等特點(dian)在工業(ye)領域得(dé)到了廣(guǎng)泛的應(yīng)用。核島(dao)儀控用(yong)氣源管(guǎn)道🌈流量(liang)計在使(shi)用熱式(shi)質量流(liú)量計進(jìn)行成功(gong)改造後(hòu),運行平(ping)穩,滿足(zú)了現場(chǎng)精度☀️要(yao)求和控(kòng)制❗要求(qiu),經過一(yi)年多時(shí)間的觀(guan)察,在測(cè)量㊙️微小(xiao)流量氣(qì)體🔆情況(kuang)下無論(lùn)在精度(du)、安裝、維(wéi)護等方(fang)面都由(you)于渦輪(lún)流💁量計(jì)。

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