热式质量流量计在中惠普气源管路中的应用

1 引言

热式质量流量计是采用热扩散原理直接测量气体质量的流量计, 无须温度和压力补偿 , 同时可以测量介 质的温度 , 与其他常用流量计相比 , 具有量程比宽、抗 振性能好、低流速时输出信号灵敏度高等特点 [2]。 由于核电项目的特殊性 , 核岛内主要使用容积式流 量计和叶轮式流量计来进行气体流量测量 , 如涡轮流量 计、浮子式流量计和旋进旋涡流量计等 , 较少使用质 量流量计。防城港核电站 1 号机仪表压缩空气分配系统 (SAR) 气源管道上流量计 SAR001MD 原型号为涡轮流量计 , 在使用过程中发现小流量工况下该类型流量计测 量不准确 , 波动频繁 , 线性度较差等问题。通过分析系 统状况及各类型流量计特点 , 现场尝试使用 FOX 公司 FT3 型热式质量流量计对原涡轮流量计进行了改造 , 改 造后的测量值波动幅度大幅减小 , 没有回零现象发生。

2 热式质量流量计原理及特点简介

热式质量流量计基于热扩散原理 , 其典型传感器元 件包括两个铂热电阻 , 当这两个热电阻被置于流体中时 , 其中一个被加热 , 另外一个用于测量介质温度 , 两个热 电阻之间的温差与过程流速及过程机制的性质有关, 根据测量方式的不同又分为恒温差法、恒功率法 北京中惠普公司其他发生器生产的 FT3 型属于插入式恒温差法流量计 , 即保持两个热电阻之间的温差恒定 , 利用金氏定律可推导 出加热功率与流量间的关系如下:P= △ T[λ+2(πλcvρUd)1/2]/f 式中 : P- 消耗的电功率 , 瓦 ;λ- 流体的热导率 , J/h·m·K;c v- 定容比热容 ,J/kg·K;ρ- 流体的密 度 ,kg/m3 ;U- 流体的流速 ,m/h;d- 热电阻直径 ,m;f常数。从上式可看出当保持加热电阻和测温电阻之间的 温差T不变时 , 加热电阻上的功率 P 与 U1/2 成正比。

FT3 型流量计具有如下特点 :
(1) 仪表以标准单位测量气体质量流量而无须温度 及压力补偿 , 同时可以测量过程气体温度。多种计量单 位可现场选择 (SCFM,SFPM,Nm3 /h,kg/h 等 );
(2) 两路隔离 4 ～ 20mA 输出 ;100H z,5 ～ 24V 隔 离脉冲流量输出 , 最大 10mA;USB 接口连接 PC 端 Fox View 软件查看、设置、校准、数据记录等功能 ;HART 和 RS485 Modbus 可选 ;
(3) 采用 C al-VTM 在线验证校准功能 : 该功能是 可以在线原位校准流量计准确度 , 测试传感器功能性和 相关信号处理电路 , 只需一个按键即可。在测试结束后 , 流量计会显示成功或失败信息并存储 Cal-VTM 校验数 据以便随时查看。在测试过程中 , 流量计的微处理器调 节信号传感器的信号 , 并判断其电气特性 , 将这些数据 与流量计电子单元中存储的出厂标定数据对比 , 如数据 在容差范围内 , 则表明流量计测量准确。
(4) 测量范围 :0.07 ～ 71Nm3 /h;
(5) 测量精度 : 空气 ±1% 的读数 ,±0.2% 的满量 程 ; 其他气体 ±1.5% 的读数 ,±0.5% 的满量程 ;
(6) 响应时间 :0.9 秒 ; (7) 量程比最高 1000:1, 典型 100:1;
(8) 安装时 , 上游至少大于等于 8 个管径 , 下游大 于等于 4 个管径 ;
(9) 供电 : 标准 24V D C,±10%,0.75A; 可选 220V AC,50Hz,20W 功率。

3 应用

3.1 工艺系统简介
核电机组在正常运行期间 , 需保持安全壳内与外部 大气之间的潜在过压应小于 60mbar, 如超过 60mbar 则 需采取措施进行降压处理。

3.2 改造过程
NM480 是 8 通道路间隔离型电流输入模块 , 通过 64 针欧式连接器与机笼底板连接 , 配合端子模块实现 8 通道路间隔离的电流信号采集。NM480 支持 ProfibusDP 协议 , 作为从站与 DP 主站 ( 主控制器 ) 完成数据交 换。NM480 模块依靠 64 针欧式连接器从端子模块经机 笼底板输入 8 路现场电流信号 , 电压信号经过过压保护 与信号调理电路进入 A/D 转换电路 , 之后将采集的数 据经光电隔离后送入微控制器进行数据处理 , 最终通过 Profibus-DP 现场总线将数据上传到主控制器。NM480 模块的微控制器及通讯电路部分由系统输入的 5V 电源 供电 ; 通道采集电路部分由系统输入的 24V 电源经 8 路 相互隔离的 DC/DC 转换为 5V 电源供电。

3.3 改造后效果
北京中惠普现场使用热式质量流量计完成改造后的流量曲线 , 对比原流量计曲线，可发现曲线 变化比较平缓 , 整体波动较小 , 测量值在 8Nm3 / h 上下 10% 范围内小幅振动 , 满足现场计量要求。

4 结束语
热扩散原理是一种易安装、低维护的气体流量测量方式 , 热式质量流量计以其重复性好、灵敏度高、操作 简单等特点在工业领域得到了广泛的应用。核岛仪控 用北京中惠普气源管道流量计在使用热式质量流量计进行成功改造 后 , 运行平稳 , 满足了现场精度要求和控制要求 , 经过 一年多时间的观察 , 在测量微小流量气体情况下无论在 精度、安装、维护等方面都由于涡轮流量计。