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                    科里奧利質量流量計測量流量的應用探討

                    來源:作者:發表時間:2016-08-08 09:19:42

                    摘要:介紹科里奧利質量流量計的工作原理,及其在三門核電化學容積控制系統流量測量中的應用,并闡述其與其他流量計相比較的優點。
                     
                    0 引言
                            化學容積控制系統(CVS)是三門核電核島系統中一個主要的輔助系統,在對于三門核電廠反應堆的六大運行模式中都扮演者十分重要的角色,為反應堆冷卻劑系統(RCS)的容積控制、化學控制和反應性控制提供了手段。該公司使用科里奧利質量流量計監測向RCS 添加醋酸鋅的流量, 維持冷卻劑中鋅的濃度,以降低電廠職業輻射劑量。介紹科里奧利質量流量計的工作原理,以及在三門核電的應用。
                     
                    1 工作原理
                            根據力學理論可知,一個質點在旋轉參照系統做直線運動的過程中, 該質點要受到兩個方向力的作用,一個為旋轉角速度方向作用的力,另一個力為直線速度方向作用的力,即受到了科里奧利力的作用??评飱W利質量流量計(簡稱科氏流量計)是一種可以直接測量質量流量的儀表,是通過測量流體在振動管道中流動而產生的科里奧利力,而科里奧利力又與質量流量成正比這一工作原理來實現的,如圖1 所示。已知一流體通過沿圖所示的旋轉管流動的恒定流速為u,流體密度為ρ,那么,管道的任何一段(長度為x)所受到的切向科里奧利力大小為:
                    Fc=2ωuρAx (1)
                    式中,ω 為轉動角速度;A 為管道內截面積。
                    因質量流量qm=ρuA,所以:
                    Fc=2ωxqm (2)
                     
                    根據式(2),只要通過直接或間接測量在旋轉管道中流動的流體作用于管道上的科里奧利力,就可以得出流體通過旋轉管道的質量流量。
                    假設U 形管的彎曲半徑R, 總長度為L, 根據式
                    (2)可以得出,U 形測量管所受到的力矩:T=4RωqmL (3)
                    科里奧利質量流量計的工作原理
                     
                    在該力矩的作用下,U 形管產生扭轉角為θ。由于θ 一般很小,所以有:
                    T=Ksθ (4)
                    式中,Ks為U 形管的扭轉彈性模量, 在微小變形中,Ks為一個常數。
                    由式(3)和式(4)得:
                    qm= Ksθ/4RωL (5)
                     
                            顯然,質量流量和檢測管的轉動角度θ 成正比例關系。如果在U 形管兩側的振動中心設置兩個檢測元件A 和兩個檢測元件B,則檢測元件A 和兩個檢測元件B 檢測到的信號會存在一個相位差φ,在時間域內會存在一個時間差t,顯然,時間差t 與轉角θ 成正比例關系,測量管在振動中心位置時垂直方向的線速度為Lω,所以時間差t=2Rθ/Lω。結合式(5)可得:
                    qm=KsLωt/8LωR2=Kst/8R2 (6)
                    由式(6)可見,通過一定的手段得出傳感器A 和傳感器B 的信號時間差(即相位差φ),就可以測得質量流量qm。
                     
                    2 安裝
                            AP1000 化學容積控制系統(CVS) 采用型號為MFS3081 的科里奧利質量流量計。傳感器既可以垂直方向安裝,也可以水平方向安裝,如果是垂直方向安裝傳感器部分,需要考慮有利于自排空,以及使氣泡排出去。
                     
                            儀表禁止安裝在管線的好高位置,否則可能會導致氣泡大量聚集和滯留,給測量系統帶來一定的測量誤差。
                     
                            如果管道落差較大,禁止使用比較長的下游管道(>3m),因為下游管道較長不利于管道中排氣,除非通過足夠大的背壓避免產生氣泡。如果實際需要較長的下游管道,應在下游管道安裝排氣閥。
                     
                            泵體中心到傳感器的距離需要大于4L(流量計兩安裝法蘭間水平距離),如果泵產生強烈的振動,則需要使用柔性軟管將其隔離。
                     
                            固定儀表安裝的支撐架越短越好并且要牢固,以避免傳感器與管路系統之間的諧振,當支撐架的長度Sm超過好大值時,必須加裝附加的固定架。
                     
                    3 調試
                    (1)目視檢查科里奧利流量計外觀無損壞、銹蝕、松動及移位等現象,是否安裝在正確的位置以及便于后續運行維護。
                    (2)檢查科里奧利流量計控制電纜和動力電纜的連續性和絕緣性能,應滿足調試程序的要求。
                    (3)科里奧利流量計參數設置:通過操作面板進行基本參數的設定,包括質量流量單位、上下限值和時間常數等等。設置參數過程中應注意:質量流量計在充滿水時的安裝系數應與產品規格書中保持一致;另外,在調零前要保證管道之中完全充滿介質,管道需要排出氣體,并且調零時確保介質完全停止流動。
                     
                    4 和其他流量計的比較
                            科里奧利流量計與其他流量計相比的優點:精度高、穩定性好,且不受被測介質物理參數的影響;不受管內流動狀態的影響;運行維護和清洗方便,使用壽命長;測量范圍比較大,并且對介質的適應性較強,可以測量很多種類的液體和漿液??评飱W利流量計的缺點:不能用于測量密度太低的流體介質; 也不能用于大管徑流量測量(目前局限于DN150~200mm);對外界振動干擾比較敏感;價格昂貴。
                     
                    5 結語
                            經過正確的安裝、參數設置和調試,科里奧利質量流量計能準確測量流量,和其他流量計相比,其維護相對方便,精度好,穩定性好。
                     
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