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      科里奥利质量流量计测量流量的应用探讨

      来源:作者:发表时间:2016-08-08 09:19:42

      摘要:介绍科里奥利质量流量计的工作原理,及其在三门核电化学容积控制系统流量测量中的应用,并阐述其与其他流量计相比较的优点。
       
      0 引言
              化学容积控制系统(CVS)是三门核电核岛系统中一个主要的辅助系统,在对于三门核电厂反应堆的六大运行模式中都扮演者十分重要的角色,为反应堆冷却剂系统(RCS)的容积控制、化学控制和反应性控制提供了手段。该公司使用科里奥利质量流量计监测向RCS 添加醋酸锌的流量, 维持冷却剂中锌的浓度,以降低电厂职业辐射剂量。介绍科里奥利质量流量计的工作原理,以及在三门核电的应用。
       
      1 工作原理
              根据力学理论可知,一个质点在旋转参照系统做直线运动的过程中, 该质点要受到两个方向力的作用,一个为旋转角速度方向作用的力,另一个力为直线速度方向作用的力,即受到了科里奥利力的作用??评锇吕柿苛髁考疲虺瓶剖狭髁考疲┦且恢挚梢灾苯硬饬恐柿苛髁康囊潜?,是通过测量流体在振动管道中流动而产生的科里奥利力,而科里奥利力又与质量流量成正比这一工作原理来实现的,如图1 所示。已知一流体通过沿图所示的旋转管流动的恒定流速为u,流体密度为ρ,那么,管道的任何一段(长度为x)所受到的切向科里奥利力大小为:
      Fc=2ωuρAx (1)
      式中,ω 为转动角速度;A 为管道内截面积。
      因质量流量qm=ρuA,所以:
      Fc=2ωxqm (2)
       
      根据式(2),只要通过直接或间接测量在旋转管道中流动的流体作用于管道上的科里奥利力,就可以得出流体通过旋转管道的质量流量。
      假设U 形管的弯曲半径R, 总长度为L, 根据式
      (2)可以得出,U 形测量管所受到的力矩:T=4RωqmL (3)
      科里奥利质量流量计的工作原理
       
      在该力矩的作用下,U 形管产生扭转角为θ。由于θ 一般很小,所以有:
      T=Ksθ (4)
      式中,Ks为U 形管的扭转弹性模量, 在微小变形中,Ks为一个常数。
      由式(3)和式(4)得:
      qm= Ksθ/4RωL (5)
       
              显然,质量流量和检测管的转动角度θ 成正比例关系。如果在U 形管两侧的振动中心设置两个检测元件A 和两个检测元件B,则检测元件A 和两个检测元件B 检测到的信号会存在一个相位差φ,在时间域内会存在一个时间差t,显然,时间差t 与转角θ 成正比例关系,测量管在振动中心位置时垂直方向的线速度为Lω,所以时间差t=2Rθ/Lω。结合式(5)可得:
      qm=KsLωt/8LωR2=Kst/8R2 (6)
      由式(6)可见,通过一定的手段得出传感器A 和传感器B 的信号时间差(即相位差φ),就可以测得质量流量qm。
       
      2 安装
              AP1000 化学容积控制系统(CVS) 采用型号为MFS3081 的科里奥利质量流量计。传感器既可以垂直方向安装,也可以水平方向安装,如果是垂直方向安装传感器部分,需要考虑有利于自排空,以及使气泡排出去。
       
              仪表禁止安装在管线的好高位置,否则可能会导致气泡大量聚集和滞留,给测量系统带来一定的测量误差。
       
              如果管道落差较大,禁止使用比较长的下游管道(>3m),因为下游管道较长不利于管道中排气,除非通过足够大的背压避免产生气泡。如果实际需要较长的下游管道,应在下游管道安装排气阀。
       
              泵体中心到传感器的距离需要大于4L(流量计两安装法兰间水平距离),如果泵产生强烈的振动,则需要使用柔性软管将其隔离。
       
              固定仪表安装的支撑架越短越好并且要牢固,以避免传感器与管路系统之间的谐振,当支撑架的长度Sm超过好大值时,必须加装附加的固定架。
       
      3 调试
      (1)目视检查科里奥利流量计外观无损坏、锈蚀、松动及移位等现象,是否安装在正确的位置以及便于后续运行维护。
      (2)检查科里奥利流量计控制电缆和动力电缆的连续性和绝缘性能,应满足调试程序的要求。
      (3)科里奥利流量计参数设置:通过操作面板进行基本参数的设定,包括质量流量单位、上下限值和时间常数等等。设置参数过程中应注意:质量流量计在充满水时的安装系数应与产品规格书中保持一致;另外,在调零前要保证管道之中完全充满介质,管道需要排出气体,并且调零时确保介质完全停止流动。
       
      4 和其他流量计的比较
              科里奥利流量计与其他流量计相比的优点:精度高、稳定性好,且不受被测介质物理参数的影响;不受管内流动状态的影响;运行维护和清洗方便,使用寿命长;测量范围比较大,并且对介质的适应性较强,可以测量很多种类的液体和浆液??评锇吕髁考频娜钡悖翰荒苡糜诓饬棵芏忍偷牧魈褰橹?; 也不能用于大管径流量测量(目前局限于DN150~200mm);对外界振动干扰比较敏感;价格昂贵。
       
      5 结语
              经过正确的安装、参数设置和调试,科里奥利质量流量计能准确测量流量,和其他流量计相比,其维护相对方便,精度好,稳定性好。
       
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