考慮到容積式流量測量裝置結(jié)構(gòu)較復雜,安裝維護和校準不方便,有必要在滿足精度和抗震.性能要求的前提下,采用安裝和維護方便的其他形式流量測量儀表。熱式氣體質(zhì)量流量計已在氣體流量測量領(lǐng)域獲得了成功的應(yīng)用,具有無可動部件、壓損小及量程比寬等特點,例如在核電廠的通風系統(tǒng)中,已成功地替代皮托管成為重要的測量方式。但在液位流量測量領(lǐng)域,熱式質(zhì)量流量計的應(yīng)用仍具有局限性。
由式(2)可知,熱絲的熱散失率與流體的熱導率、比熱容、流速和密度有關(guān)。相對于通風系統(tǒng)中的空氣來說,水是-種具有較大比熱容、較大密度和熱導率的介質(zhì)。在相同的流速下,水帶走的熱量遠大于空氣,對于以恒定功率加熱熱端鉑電阻的恒功率型熱式質(zhì)量流量計,為了適應(yīng)水流量的測量,加熱電路會采用比較高的加熱功率為熱端鉑電阻進行加熱;對于恒溫差型的熱式質(zhì)量流量計,為了維持兩個鉑電阻之間恒定的溫差,加熱電路同樣會處于比較高的加熱功率狀態(tài)下,且加熱功率將隨水流量的增大而增大。因而,無論是恒功率型還是恒溫差型,加熱功率的提高會對流量計的安全性和壽命有很大的影響,也使其應(yīng)用環(huán)境造成一定的局限性。而恒比率式流量計由于通過調(diào)節(jié)施加在熱端熱電阻上的加熱電流,使熱端熱電阻的阻值與冷端熱電阻的阻值成一恒定比率,因而同恒溫差式流量計相比,在測量相同流速流體的情況下,恒比率式流量計熱端鉑電阻的加熱電流要小于恒溫差式,因而其加熱功率不會過高而產(chǎn)生儀表安全性和使用壽命方面的不利影響。對于主泵第三級密封泄漏流這種微小流量的測量,相對于恒功率式和恒溫差式,恒比率式熱式質(zhì)量流量計具有更好的應(yīng)用價值，然而對于較大液體流量的測量則并不適用。恒比率式流量計的熱端鉑電阻加熱電流Ih與介質(zhì)質(zhì)量流量m的關(guān)系為:
式中Ap-一流體流經(jīng)管道的截面積;
As一傳感器參與熱交換部分的表面積;
C1、C2一通過校準確定的常數(shù);
d一熱電阻傳感器直徑;
k一流體熱導率;
Ls一傳感器損耗能量的因數(shù);
n一校準過程中通過回歸確定的指數(shù);
Pr一流體的普朗特數(shù);
Rc一冷端鉑電阻阻值;
Rco一冷端鉑電阻在0℃時的阻值;
RH一熱端鉑電阻阻值;
RH0一熱端鉑電阻在0C時的阻值;,
r一恒比率參數(shù)(自加熱系數(shù)),r=
a一鉑電阻的參數(shù)。
1.基本性能
熱式質(zhì)量流量計作為一種直接測量質(zhì)量流量的智能型流量儀表,具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、數(shù)字化程度高及安裝方便等優(yōu)點。熱式質(zhì)量流量計的.測量精度一般約為±1%,重復性為±0.2%;量程比寬可達100:1,最高可達1000:1;在-40~60℃的環(huán)境溫度下可正常工作;可耐受3MPa或更高的管道壓力;允許介質(zhì)工作溫度-70~400℃;允許被測液體的流速為0~4m/s;支持HART協(xié)議。另外，具有壓損小、直管段要求低和允許動態(tài)修正的特點，其響應(yīng)時間較長,未采用特殊設(shè)計時可達幾秒。熱式質(zhì)量流量計具有一體式和分體式兩種.結(jié)構(gòu)，在累積輻照劑量較大區(qū)域，可采用分體式流量計進行測量，信號處理部分布置于累積輻照劑量較小區(qū)域。
主泵第三級密封泄漏流正常工況下在5L/h左右,達到50L/h時報警,不用于過程控制。在電廠正常運行工況下，測點所在區(qū)域的環(huán)境溫度約為50℃以下,工作壓力小于0.6MPa,工作溫度小于100℃，要求測量范圍的量程比約為30:1,屬于非1E級測點。因此,就測量要求而言，熱式質(zhì)量流量計適用于主泵第三級密封泄漏流量的測量。
2.抗震性能
由于主泵第三級密封泄漏流測點位于安全殼內(nèi),周圍存在1E級儀表和核級管道,盡管測點本身不需要在設(shè)計基準事件工況下執(zhí)行功能,但不應(yīng)對其他需要執(zhí)行功能的設(shè)備或儀表造成損害，因而用于該測點的儀表應(yīng)滿足抗震要求，在SSE地震載荷下,滿足結(jié)構(gòu)完整性的要求,避免放射性物質(zhì)經(jīng)儀表破口向環(huán)境釋放以及對周圍1E級儀表和核級設(shè)備產(chǎn)生潛在危害。
熱式質(zhì)量流量計結(jié)構(gòu)簡單,除進行抗震試驗外,抗震分析亦可用于分析其抗震性能。在抗震分析中,需要重點對薄弱部位進行應(yīng)力分析,通常包括傳感器與管道相交的節(jié)點處、螺紋連接處及法蘭連接處等位置。
對某一型號熱式氣體質(zhì)量流量計進行抗震分析,取三向峰值加速度為6g。通過應(yīng)力分析表明,流量計的第一-階自振頻率大于33Hz,在地震載荷作用下,薄弱部位的計算應(yīng)力值均小于規(guī)定的應(yīng)力限值,從而認為其在SSE地震載荷下,結(jié)構(gòu)完整性可以得到保證。
3.耐輻照性能
因主泵第三級密封泄漏流測點位于安全殼內(nèi),在電廠正常運行工況下,探頭所處的環(huán)境具有一定的電離輻射存在。因而,用于該測點的儀表應(yīng)能經(jīng)受--定的累積輻照劑量而測量結(jié)果仍在要求的測量精度范圍內(nèi)。目前,對于儀表的耐輻照性能，主要采用試驗法進行驗證。
對某一型號分體式熱式質(zhì)量流量計探頭進行耐輻照試驗,輻射源采用鈷-60,試驗時間持續(xù)40h以上，累積輻照劑量約2x104Gy,輻照后進行功能試驗,流量計的輸出維持在測量精度范圍內(nèi)，表明該型流量計可以經(jīng)受若干年的累積輻照劑量而不損壞。
4.安裝
為便于安裝和維護，流量計可采用法蘭-法蘭連接的形式。在一般情況下,為了滿足測量精度,熱式質(zhì)量流量計對于前后直管段的要求較高,部分型號的流量計要求的直管段長度可達到前15D、后5D以上。但由于流量計允許動態(tài)修正，經(jīng)過標定和修正后,可降低熱式質(zhì)量流量計的前后直管段要求。對于主泵第三級密封泄漏流的測量，熱式質(zhì)量流量計可滿足安裝和維護要求。 |
