摘要(yao):核電(dian)機組(zu)正常(chang)運行(hang)過程(cheng)中需(xu)要控(kong)制好(hao)核島(dao)内外(wai)差壓(ya),而島(dao)内氣(qi)動控(kong)制設(she)備的(de)用氣(qi)量是(shi)影響(xiang)内外(wai)差壓(ya)的重(zhong)要因(yin)素,因(yin)此需(xu)要對(dui)該用(yong)氣量(liang)進行(hang)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼準确(que)而穩(wen)定的(de)計量(liang)。原 渦(wo)輪流(liu)量計(ji) 在使(shi)用過(guo)程中(zhong)波動(dong)比較(jiao)大,不(bu)能滿(man)足現(xian)場要(yao)求。詳(xiang)細論(lun)☀️述了(le)熱式(shi)質量(liang)流量(liang)計 在(zai)核島(dao)儀用(yong)氣源(yuan)系統(tong)中的(de)改造(zao)過程(cheng),通過(guo)改造(zao)前後(hou)測量(liang)👌值曲(qu)線的(de)對比(bi),可以(yi)發現(xian)熱式(shi)質量(liang)流量(liang)在🆚微(wei)小流(liu)量工(gong)況下(xia)的穩(wen)定性(xing)、正确(que)率等(deng)指标(biao)均優(you)于渦(wo)輪流(liu)量計(ji)。
1引言(yan)
　　熱式(shi)質量(liang)流量(liang)計是(shi)采用(yong)熱擴(kuo)散原(yuan)理直(zhi)接測(ce)量氣(qi)體質(zhi)量的(de)流量(liang)計[1],無(wu)須溫(wen)度和(he)壓力(li)補償(chang),同時(shi)可以(yi)測量(liang)介質(zhi)的溫(wen)🏒度,與(yu)其他(ta)常用(yong)流量(liang)計相(xiang)比,具(ju)有量(liang)✏️程比(bi)寬🏃🏻‍♂️、抗(kang)振性(xing)🌈能好(hao)、低流(liu)速時(shi)輸出(chu)信号(hao)靈敏(min)度高(gao)等特(te)點[2]。
　　由(you)于核(he)電項(xiang)目的(de)特殊(shu)性,核(he)島内(nei)主要(yao)使用(yong)容積(ji)式✂️流(liu)量計(ji)和葉(ye)輪式(shi)流量(liang)計來(lai)進行(hang)氣體(ti)流量(liang)測量(liang),如渦(wo)輪流(liu)量計(ji)、 浮子(zi)式流(liu)量計(ji) 和 旋(xuan)進旋(xuan)渦流(liu)量計(ji) 等,較(jiao)少使(shi)用質(zhi)量流(liu)量計(ji)。防城(cheng)港核(he)電站(zhan)1号機(ji)儀表(biao)⭐壓縮(suo)空氣(qi)分配(pei)系統(tong)(SAR)氣源(yuan)管道(dao)上流(liu)量計(ji)SAR001MD原型(xing)号爲(wei)渦輪(lun)流量(liang)🔴計,在(zai)使用(yong)過程(cheng)中發(fa)現小(xiao)流量(liang)工況(kuang)下該(gai)類型(xing)流量(liang)計測(ce)💛量不(bu)準确(que),波動(dong)頻繁(fan),線性(xing)度較(jiao)差等(deng)問題(ti)。通過(guo)分析(xi)系統(tong)狀況(kuang)及各(ge)❤️類型(xing)流量(liang)計特(te)點,現(xian)場嘗(chang)試使(shi)用熱(re)式質(zhi)量流(liu)量計(ji)對原(yuan)渦輪(lun)流量(liang)計進(jin)行了(le)改造(zao),改造(zao)後的(de)測量(liang)值波(bo)動幅(fu)度大(da)幅減(jian)小,沒(mei)有回(hui)零現(xian)🚩象發(fa)生。
2熱(re)式質(zhi)量流(liu)量計(ji)原理(li)及特(te)點簡(jian)介
　　熱(re)式質(zhi)量流(liu)量計(ji)基于(yu)熱擴(kuo)散原(yuan)理,其(qi)典型(xing)傳感(gan)器元(yuan)件包(bao)括兩(liang)個鉑(bo)熱電(dian)阻,當(dang)這兩(liang)個熱(re)電阻(zu)被置(zhi)于流(liu)體中(zhong)時,其(qi)中一(yi)個被(bei)加⭐熱(re),另外(wai)一個(ge)用于(yu)測量(liang)介質(zhi)溫度(du),兩個(ge) 熱電(dian)阻 之(zhi)間的(de)溫差(cha)與過(guo)程流(liu)速及(ji)過程(cheng)機制(zhi)的性(xing)質有(you)關[3],根(gen)據測(ce)量方(fang)式的(de)不同(tong)又分(fen)爲恒(heng)溫差(cha)法[4]、恒(heng)功率(lü)法[5]。生(sheng)産的(de)屬❤️于(yu)插入(ru)式恒(heng)溫差(cha)法流(liu)量計(ji),即保(bao)持兩(liang)個💜熱(re)電阻(zu)之間(jian)的溫(wen)差恒(heng)定,利(li)用金(jin)氏定(ding)律可(ke)推導(dao)出加(jia)熱功(gong)率與(yu)流量(liang)間🏃的(de)關系(xi)如下(xia)[6]:
P=△T[λ+2(πλcvρUd)1/2]/f
　　式中(zhong):P-消耗(hao)的電(dian)功率(lü),瓦;λ-流(liu)體的(de)熱導(dao)率,J/h·m·K;cv-定(ding)容比(bi)熱容(rong),J/kg·K;ρ-流體(ti)的🛀🏻密(mi)度,kg/m3;U-流(liu)體的(de)流速(su),m/h;d-熱電(dian)阻直(zhi)徑,m;f-常(chang)數。從(cong)上式(shi)可看(kan)出當(dang)保持(chi)加熱(re)電阻(zu)和測(ce)溫電(dian)阻之(zhi)間的(de)溫差(cha)✊△T不變(bian)時,加(jia)熱電(dian)阻上(shang)的功(gong)率P與(yu)U1/2成正(zheng)比♊。
流(liu)量計(ji)具有(you)如下(xia)特點(dian):
(1)儀表(biao)以标(biao)準單(dan)位測(ce)量氣(qi)體質(zhi)量流(liu)量而(er)無須(xu)溫度(du)及壓(ya)力🏃🏻補(bu)償🐇,同(tong)時可(ke)以測(ce)量過(guo)程氣(qi)體溫(wen)度。多(duo)種計(ji)✍️量單(dan)位可(ke)💯現場(chang)選擇(ze)(SCFM,SFPM,Nm3/h,kg/h等);
(2)兩(liang)路隔(ge)離4～20mA輸(shu)出;100Hz,5～24V隔(ge)離脈(mo)沖流(liu)量輸(shu)出,最(zui)大10mA;USB接(jie)口連(lian)接PC端(duan)FoxView軟件(jian)💯查看(kan)㊙️、設置(zhi)、校準(zhun)、數據(ju)記錄(lu)等功(gong)能;HART和(he)RS485Modbus可選(xuan);
(3)采用(yong)Cal-VTM在線(xian)驗證(zheng)校準(zhun)功能(neng):該功(gong)能是(shi)可以(yi)在線(xian)原位(wei)校準(zhun)流⭕量(liang)🐉計準(zhun)确度(du),測試(shi)傳感(gan)器功(gong)能性(xing)和相(xiang)關信(xin)号處(chu)理電(dian)路,隻(zhi)🔴需一(yi)個按(an)🏒鍵即(ji)可。在(zai)測試(shi)結束(shu)後,流(liu)🐅量計(ji)會顯(xian)示成(cheng)功或(huo)失敗(bai)信息(xi)并存(cun)儲Cal-VTM校(xiao)驗數(shu)據以(yi)便随(sui)時查(cha)看。在(zai)測試(shi)過程(cheng)中,流(liu)量計(ji)的微(wei)處理(li)器調(diao)節信(xin)号傳(chuan)感器(qi)的信(xin)号,并(bing)判斷(duan)其電(dian)氣特(te)性,将(jiang)這些(xie)數據(ju)與流(liu)量計(ji)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼電子(zi)單元(yuan)中存(cun)儲的(de)出廠(chang)标定(ding)數據(ju)對比(bi),如數(shu)據在(zai)容💃🏻差(cha)範圍(wei)内,則(ze)表明(ming)流量(liang)計測(ce)量準(zhun)确。
(4)測(ce)量範(fan)圍:0.07～71Nm3/h;
(5)測(ce)量精(jing)度:空(kong)氣±1%的(de)讀數(shu),±0.2%的滿(man)量程(cheng);其他(ta)氣體(ti)±1.5%的讀(du)數💘,±0.5%的(de)🈚滿量(liang)程;
(6)響(xiang)應時(shi)間:0.9秒(miao);
(7)量程(cheng)比最(zui)高1000:1,典(dian)型100:1;
(8)安(an)裝時(shi),上遊(you)至少(shao)大于(yu)等于(yu)8個管(guan)徑,下(xia)遊大(da)于等(deng)于4個(ge)管徑(jing);
(9)供電(dian):标準(zhun)24VDC,±10%,0.75A;可選(xuan)220VAC,50Hz,20W功率(lü)。
3應用(yong)
3.1工藝(yi)系統(tong)簡介(jie)
　　核電(dian)機組(zu)在正(zheng)常運(yun)行期(qi)間,需(xu)保持(chi)安全(quan)殼内(nei)與外(wai)部大(da)氣之(zhi)間的(de)潛在(zai)過壓(ya)應小(xiao)于60mbar,如(ru)超過(guo)60mbar則需(xu)采取(qu)措施(shi)進行(hang)降壓(ya)處理(li)。影響(xiang)安全(quan)殼内(nei)部壓(ya)力變(bian)化的(de)因素(su)有殼(ke)内氣(qi)動控(kong)制設(she)備的(de)工作(zuo)排氣(qi)和漏(lou)氣、殼(ke)💃内外(wai)壓差(cha)導緻(zhi)貫穿(chuan)件的(de)洩漏(lou)等,其(qi)中氣(qi)動控(kong)制設(she)⚽備的(de)工作(zuo)排氣(qi)或漏(lou)氣是(shi)導緻(zhi)核反(fan)應堆(dui)廠房(fang)内壓(ya)力上(shang)升的(de)主要(yao)因素(su)。根據(ju)核電(dian)站儀(yi)用壓(ya)縮空(kong)氣分(fen)配系(xi)統流(liu)程圖(tu)(下圖(tu)1),可知(zhi)監視(shi)安全(quan)殼内(nei)氣動(dong)控制(zhi)設備(bei)所需(xu)壓縮(suo)空氣(qi)總量(liang)的流(liu)量計(ji)爲1SAR001MD,測(ce)量信(xin)号直(zhi)接送(song)至DCS。正(zheng)❓常運(yun)行時(shi)系統(tong)參數(shu)如下(xia):7.81-10bar,雜質(zhi):<1μm,含量(liang)❓:≤0.01mg/m3,接口(kou)管徑(jing)33.4×2.77,要求(qiu)儀表(biao)量程(cheng)0-10Nm3/h。

　　原設(she)計供(gong)貨的(de)流量(liang)計爲(wei)法國(guo)福爾(er)赫曼(man)公司(si)生産(chan)🥵的渦(wo)💯輪流(liu)量計(ji),型号(hao)爲:TGN25G6.5(150#)帶(dai)前置(zhi)放大(da)器FH710,量(liang)程爲(wei)2-10Nm3/h。渦輪(lun)🥰流量(liang)計對(dui)被測(ce)介質(zhi)的潔(jie)🛀🏻淨度(du)、上下(xia)遊直(zhi)管段(duan)要求(qiu)都比(bi)較高(gao),适宜(yi)🍓用在(zai)壓🤟力(li)變化(hua)不大(da)、流速(su)比較(jiao)穩定(ding),需要(yao)精确(que)♈計量(liang)物料(liao)總量(liang)的場(chang)所。實(shi)際使(shi)用過(guo)程中(zhong)發現(xian)渦輪(lun)流量(liang)計波(bo)動比(bi)較大(da),并有(you)歸🎯零(ling)現象(xiang)發生(sheng),流量(liang)曲線(xian)如下(xia)圖2所(suo)示,其(qi)在DCS裏(li)⛹🏻‍♀️面的(de)組态(tai)如下(xia)圖3所(suo)示,計(ji)算公(gong)式如(ru)下:

　　式(shi)中:QN-換(huan)算後(hou)标準(zhun)狀态(tai)下流(liu)量,Nm3/h;QAV-現(xian)場流(liu)量計(ji)上傳(chuan)到🏃🏻‍♂️DCS的(de)🔞流量(liang)值,m3/h;TN-标(biao)準狀(zhuang)态下(xia)溫度(du)值,K;PAV-現(xian)場實(shi)測壓(ya)力,MPα;TAV-現(xian)場實(shi)測溫(wen)度值(zhi),K;PN-标準(zhun)狀态(tai)下壓(ya)力,MPα;ZN、Z-修(xiu)正系(xi)數,約(yue)等于(yu)1。儀控(kong)氣源(yuan)管路(lu)正常(chang)運行(hang)時壓(ya)力爲(wei)0.8MPa左右(you),由上(shang)述計(ji)算公(gong)式可(ke)知管(guan)道内(nei)實際(ji)流量(liang)會🔞小(xiao)于2m3/h,低(di)于儀(yi)表的(de)最小(xiao)量程(cheng)要求(qiu),現場(chang)将渦(wo)輪流(liu)量計(ji)拆下(xia)後對(dui)其重(zhong)新👣進(jin)行了(le)校驗(yan),發現(xian)當流(liu)量低(di)于1.5m3/h時(shi),流量(liang)計線(xian)性比(bi)較差(cha),不能(neng)滿足(zu)現場(chang)要求(qiu)。現場(chang)氣動(dong)設🥰備(bei)的頻(pin)繁動(dong)作也(ye)會導(dao)緻整(zheng)個管(guan)路的(de)壓力(li)波動(dong)比較(jiao)明顯(xian),從而(er)影響(xiang)流量(liang)計的(de)穩定(ding)測量(liang)。
　　考慮(lü)到現(xian)場工(gong)況比(bi)較特(te)殊,正(zheng)常運(yun)行時(shi)用氣(qi)量比(bi)較小(xiao),壓🔱力(li)⭐波動(dong)比較(jiao)大,測(ce)量範(fan)圍比(bi)較寬(kuan),對儀(yi)表的(de)精度(du)要求(qiu)比較(jiao)高,通(tong)❤️過分(fen)析比(bi)較各(ge)類流(liu)量計(ji)的特(te)📧點後(hou)決📱定(ding)采用(yong)熱式(shi)質量(liang)流量(liang)計對(dui)渦輪(lun)流量(liang)計進(jin)行換(huan)型改(gai)造。


3.2改(gai)造過(guo)程
3.2.1管(guan)路改(gai)造及(ji)電源(yuan)改造(zao)
　　選用(yong)的質(zhi)量流(liu)量計(ji)型号(hao)爲:FT3-10F-SS-ST-E1-DD-B0-G1,改(gai)造前(qian)後流(liu)量變(bian)送器(qi)安裝(zhuang)方式(shi)🔞不變(bian),均爲(wei)法蘭(lan)連接(jie),管徑(jing)尺寸(cun)也不(bu)變,爲(wei)滿足(zu)流量(liang)計對(dui)上下(xia)遊直(zhi)管段(duan)的要(yao)求,需(xu)對上(shang)下遊(you)💜管道(dao)進行(hang)改造(zao),改造(zao)前後(hou)上下(xia)遊直(zhi)管🌈段(duan)參數(shu)詳見(jian)下表(biao)1:

　　熱式(shi)質量(liang)流量(liang)計需(xu)要單(dan)獨提(ti)供24VDC直(zhi)流電(dian)源,因(yin)此需(xu)要增(zeng)加1面(mian)220VAC轉24VDC的(de)就地(di)電源(yuan)箱。表(biao)頭處(chu)接線(xian)如下(xia)圖4所(suo)示,右(you)側接(jie)24VCD電源(yuan)線來(lai)自就(jiu)地電(dian)源箱(xiang),左側(ce)接信(xin)号線(xian)送至(zhi)DCS。Fox熱🛀🏻式(shi)流量(liang)計的(de)4-20mA輸出(chu)均爲(wei)無源(yuan)輸出(chu),需DCS側(ce)提供(gong)額外(wai)的24VDC電(dian)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼源,改(gai)造後(hou)的流(liu)量計(ji)無須(xu)壓力(li)和溫(wen)度補(bu)償。
3.2.2DCS側(ce)接線(xian)及邏(luo)輯修(xiu)改
　　現(xian)場過(guo)來的(de)4-20mA流量(liang)信号(hao)先送(song)隔離(li)模塊(kuai)NM3480,然後(hou)通過(guo)内部(bu)數據(ju)通信(xin)送至(zhi)8通道(dao)輸入(ru)模塊(kuai)NM480,信号(hao)采集(ji)流程(cheng)圖如(ru)下圖(tu)5所😘示(shi)。通過(guo)專🔅用(yong)25芯預(yu)制電(dian)纜與(yu)NM480模塊(kuai)配套(tao)使用(yong),實現(xian)🔴現場(chang)電流(liu)信号(hao)到功(gong)能模(mo)塊的(de)相互(hu)轉接(jie)與傳(chuan)遞。根(gen)據是(shi)否需(xu)要DCS提(ti)供電(dian)源以(yi)及有(you)無電(dian)流限(xian)制☎️,NM3480模(mo)塊有(you)4種接(jie)線模(mo)式可(ke)供選(xuan)擇,SAR001MD信(xin)号接(jie)An、Bn端子(zi),表示(shi)需💘DCS供(gong)電且(qie)有電(dian)流❄️限(xian)制。

　　NM480是(shi)8通道(dao)路間(jian)隔離(li)型電(dian)流輸(shu)入模(mo)塊,通(tong)過64針(zhen)歐式(shi)連接(jie)器與(yu)🈚機籠(long)底闆(pan)連接(jie),配合(he)端子(zi)模塊(kuai)實現(xian)8通道(dao)路間(jian)隔離(li)的電(dian)流信(xin)号☔采(cai)集。NM480支(zhi)持Profibus-DP協(xie)議,作(zuo)爲從(cong)站與(yu)DP主站(zhan)(主控(kong)🔅制器(qi))完成(cheng)數據(ju)交換(huan)。NM480模㊙️塊(kuai)依靠(kao)64針歐(ou)式連(lian)接器(qi)從端(duan)子模(mo)塊經(jing)機籠(long)底闆(pan)輸入(ru)8路現(xian)場電(dian)流信(xin)号👈,電(dian)壓信(xin)号經(jing)🏃‍♀️過過(guo)壓保(bao)護✊與(yu)信号(hao)調理(li)電路(lu)進入(ru)A/D轉換(huan)電路(lu),之後(hou)将🏃🏻‍♂️采(cai)集的(de)數據(ju)經✉️光(guang)電隔(ge)離後(hou)送入(ru)微控(kong)制器(qi)進行(hang)數據(ju)🐕處理(li),最終(zhong)通過(guo)Profibus-DP現場(chang)總線(xian)将數(shu)據上(shang)傳到(dao)主控(kong)制器(qi)。NM480模塊(kuai)的微(wei)控制(zhi)器及(ji)通🌐訊(xun)電路(lu)部分(fen)由系(xi)統輸(shu)入的(de)5V電源(yuan)供電(dian);通道(dao)采集(ji)電路(lu)部分(fen)由系(xi)統輸(shu)入的(de)24V電源(yuan)經8路(lu)相互(hu)隔離(li)的DC/DC轉(zhuan)換爲(wei)5V電源(yuan)供電(dian)。


　　由(you)于熱(re)式質(zhi)量流(liu)量計(ji)以标(biao)準單(dan)位測(ce)量氣(qi)體流(liu)量而(er)☂️無需(xu)⁉️額外(wai)的溫(wen)度壓(ya)力補(bu)償,同(tong)時可(ke)以測(ce)量過(guo)程氣(qi)體溫(wen)度㊙️,因(yin)此需(xu)要在(zai)DCS内對(dui)相關(guan)邏輯(ji)進行(hang)修改(gai),改⭐造(zao)前後(hou)的邏(luo)輯🔞詳(xiang)見上(shang)圖3和(he)下圖(tu)6,從下(xia)圖可(ke)以看(kan)出改(gai)造後(hou)的💁邏(luo)輯删(shan)掉了(le)溫度(du)和✏️壓(ya)力修(xiu)正,現(xian)場送(song)過來(lai)的4-20mA信(xin)号即(ji)爲測(ce)得的(de)标準(zhun)流量(liang)信号(hao)。
3.3改造(zao)後效(xiao)果
　　現(xian)場使(shi)用熱(re)式質(zhi)量流(liu)量計(ji)完成(cheng)改造(zao)後的(de)流量(liang)曲線(xian)如🐉下(xia)圖7所(suo)示,對(dui)比原(yuan)流量(liang)計曲(qu)線(上(shang)圖2),可(ke)發現(xian)曲線(xian)變化(hua)比較(jiao)平緩(huan),整體(ti)波🥰動(dong)較小(xiao),測量(liang)值在(zai)8Nm3/h上下(xia)10%範圍(wei)内小(xiao)幅振(zhen)動,滿(man)足現(xian)場計(ji)量🆚要(yao)求。
4結(jie)束語(yu)
　　熱擴(kuo)散原(yuan)理是(shi)一種(zhong)易安(an)裝、低(di)維護(hu)的氣(qi)體流(liu)量測(ce)量方(fang)📐式,熱(re)式質(zhi)量流(liu)量計(ji)以其(qi)重複(fu)性好(hao)、靈敏(min)度高(gao)、操作(zuo)簡單(dan)等特(te)點在(zai)工業(ye)領域(yu)得到(dao)了廣(guang)泛的(de)應用(yong)。核島(dao)儀控(kong)用氣(qi)源管(guan)道流(liu)量計(ji)在使(shi)用熱(re)式質(zhi)量流(liu)量計(ji)進行(hang)成功(gong)改造(zao)後,運(yun)行平(ping)穩,滿(man)足了(le)現場(chang)精度(du)要求(qiu)和控(kong)制要(yao)求,經(jing)過一(yi)🆚年多(duo)時間(jian)的觀(guan)察,在(zai)測量(liang)💰微小(xiao)流量(liang)氣體(ti)情況(kuang)下無(wu)論在(zai)精度(du)、安裝(zhuang)、維護(hu)等方(fang)面都(dou)由于(yu)渦輪(lun)流量(liang)計。

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