二測點熱擴散式煙囪流量計在核電廠煙囪上的應用

楊迎春 張圍圍

中圖分類號：TM623 文獻標識：A 文章編號：1674-1145（2019）5-191-01

摘 要 核電廠在運行期間需要通過煙囪向環境中排放一些廢氣，在正常運行過程中，排放的氣體不會對環境造成污染；但在事故情況下，有可能會向環境中排放具有放射性水平的氣體。煙囪流量計就是安裝在煙囪上與輻射監測儀表在電廠正常運行條件和事故條件下一同監測排入大氣中的放射性水平和總的排放計量。該儀表屬于PAMS（事故后監測）系統，安全等級為1E級。

關鍵詞 二測點 熱擴散式煙囪 流量計 核電廠

一、煙囪流量計的結構及安裝方式概述

以該核電廠1、2號機組DVN煙囪流量計為例，DVN系統煙囪流量計為兩臺機組共用，選用的是美國FCI公司生產制造的MT86系列二測點熱擴散式氣體質量流量計。FCI公司的煙囪氣體流量測量系統共有兩套熱擴散式氣體流量計（兩組組完全獨立的熱導式流量傳感器及兩個完全獨立具有自動補償、平均等功能的變送器）組成，應用熱擴散原理為依據。每組傳感器有兩個傳感元件，在煙囪的不同位置測得實際數據后，經由變送器單元處理，取得平均值后，輸出4-20mA信號給DCS保護系統處理。傳感器將管道截面分成面積相等的幾部分，測出每一部分的特征點質量流速，并以該特征點質量流速代表這部分的平均質量流速。將該質量流速乘以這部分的面積，得到通過該小塊面積的質量流量。再把每一小塊面積的質量流量累加起來，就是通過整個管道的質量流量。

兩組獨立的傳感器單元分別從煙囪的兩端，用法蘭與煙囪制造廠預埋的法蘭相連接。傳感器對應的變送器單元分別安裝在煙囪53M高平臺的托架上，傳感器與變送器之間是由1E級多芯電纜和快速接插件連接。兩組獨立的傳感器單元分別與各自的變送器單元組合，分別由兩組獨立的24VDC供電，并輸出兩組完全獨立的4-20mA信號，完成整個煙道內的流量精確測量。

二、熱擴散式傳感器的工作原理

熱擴散式的傳感器是一個經加熱的熱電阻及另一個測量環境溫度用以比對的熱電阻組成。當煙道內氣體流量變化時，加熱熱電阻的溫度隨流量變化而變化，將此變化量與比對熱電阻的溫度相對比產生一個ΔT，這個ΔT的變化反映了流量的變化。

每個傳感點包括2對尺寸和形狀完全相同的熱套管（金屬管）。每對熱套管被焊接在一起。其中一對熱套管中的一個含有一個加熱元件，而另一個含有一個被加熱的電阻式溫度探測器（RTD）。另一對熱套管中一個帶有一個參照用電阻式溫度探測器（RTD），而另一個為用于平衡質量的空套管。

兩對熱套管間相隔一定距離，允許過程介質從中間流過，同時也防止兩對熱套管間的熱傳導。流量變送器測量每個傳感點上被加熱的RTD和參照RTD之間的電壓差（DV）。流量變送器將DV信號放大并轉換成經過溫度補償和線性化的信號。然后，傳感點上經過線性化的信號都被平均并轉換成用戶定久的最后輸出信號（4～20mA，0～5Vdc，等）。

三、煙囪流量計的特點

熱擴散式氣體流量傳感器直接感應煙道內氣體流量、流速的變化，保證了測量精度及可靠性。FCI熱擴散式質量流量計與其他的流量計相比具有以下特點。（1）傳感器安裝方便且無需調試，使用過程中需要維護的工作量很小。（2）實際工作的元件很小，可以精確地測量圓管、方管或煙道中的不規則流形。（3）量程比寬，為1000∶1，可適用對低流量敏感，適用于現場多種量程。（4）采用全金屬構造，且可選材質很多。由于金屬的無磨損、抗腐蝕性，可保證傳感器長期穩定地運行。

四、煙囪流量計應用注意及優化建議

1.煙囪流量計在安裝過程中需注意流量元件末端靠近封裝的地方有一個小平面。在這個小平面上有一個指示流體流向的箭頭，在安裝流量元件時，注意使標有流向箭頭的小平面與過程介質流動的方向平行，并使流向箭頭指向過程介質流動的方向。如果流量元件安裝不正確，會降低流量計的精度。

2.煙囪流量計在正常使用過程中需要周期性地校核流量計的校準條件，有必要時進行重校，建議至少18個月校核一次。

3.煙囪流量計在正常使用過程中周期性地檢查電氣連接，確定連接緊固，并且從物理上看無腐蝕跡象。周期性檢查傳感頭外殼和電氣元件外殼的防霧罩和密封完好，沒有霧氣進入外殼。周期性的檢查導線是否腐蝕，絕緣是否破壞。傳感頭連接件檢查所有密封是否完好，沒有介質泄漏。檢查墊圈和環境密封的老損狀況。一般建議至少每6個月檢查一次.

4.根據沉積異物和吸附物的歷史記錄和停產的計劃安排，周期性地取出傳感頭檢查腐蝕、氧化物、異物和鹽等情況。熱套管不能受過度污染，熱套管間不能通過物體連接。任何吸附物都能造成測量不準確，因此有必要時用軟刷或可用的溶劑進行清洗。

參考文獻：

[1] 梁國偉.多點熱式氣體質量流量測試方法實驗研究[J].傳感技術學報，2005（12）.

[2] 田麗霞.淺談熱式質量流量計的原理及應用[J].山東工業技術，2014（22）.