二测点热扩散式烟囱流量计在核电厂烟囱上的应用
杨迎春 张围围
中图分类号：TM623 文献标识：A 文章编号：1674-1145（2019）5-191-01
摘 要 核电厂在运行期间需要通过烟囱向环境中排放一些废气，在正常运行过程中，排放的气体不会对环境造成污染；但在事故情况下，有可能会向环境中排放具有放射性水平的气体。烟囱流量计就是安装在烟囱上与辐射监测仪表在电厂正常运行条件和事故条件下一同监测排入大气中的放射性水平和总的排放计量。该仪表属于PAMS（事故后监测）系统，安全等级为1E级。
关键词 二测点 热扩散式烟囱 流量计 核电厂
一、烟囱流量计的结构及安装方式概述
以该核电厂1、2号机组DVN烟囱流量计为例，DVN系统烟囱流量计为两台机组共用，选用的是美国FCI公司生产制造的MT86系列二测点热扩散式气体质量流量计。FCI公司的烟囱气体流量测量系统共有两套热扩散式气体流量计（两组组完全独立的热导式流量传感器及两个完全独立具有自动补偿、平均等功能的变送器）组成，应用热扩散原理为依据。每组传感器有两个传感元件，在烟囱的不同位置测得实际数据后，经由变送器单元处理，取得平均值后，输出4-20mA信号给DCS保护系统处理。传感器将管道截面分成面积相等的几部分，测出每一部分的特征点质量流速，并以该特征点质量流速代表这部分的平均质量流速。将该质量流速乘以这部分的面积，得到通过该小块面积的质量流量。再把每一小块面积的质量流量累加起来，就是通过整个管道的质量流量。
两组独立的传感器单元分别从烟囱的两端，用法兰与烟囱制造厂预埋的法兰相连接。传感器对应的变送器单元分别安装在烟囱53M高平台的托架上，传感器与变送器之间是由1E级多芯电缆和快速接插件连接。两组独立的传感器单元分别与各自的变送器单元组合，分别由两组独立的24VDC供电，并输出两组完全独立的4-20mA信号，完成整个烟道内的流量精确测量。
二、热扩散式传感器的工作原理
热扩散式的传感器是一个经加热的热电阻及另一个测量环境温度用以比对的热电阻组成。当烟道内气体流量变化时，加热热电阻的温度随流量变化而变化，将此变化量与比对热电阻的温度相对比产生一个ΔT，这个ΔT的变化反映了流量的变化。
每个传感点包括2对尺寸和形状完全相同的热套管（金属管）。每对热套管被焊接在一起。其中一对热套管中的一个含有一个加热元件，而另一个含有一个被加热的电阻式温度探测器（RTD）。另一对热套管中一个带有一个参照用电阻式温度探测器（RTD），而另一个为用于平衡质量的空套管。
两对热套管间相隔一定距离，允许过程介质从中间流过，同时也防止两对热套管间的热传导。流量变送器测量每个传感点上被加热的RTD和参照RTD之间的电压差（DV）。流量变送器将DV信号放大并转换成经过温度补偿和线性化的信号。然后，传感点上经过线性化的信号都被平均并转换成用戶定久的最后输出信号（4～20mA，0～5Vdc，等）。
三、烟囱流量计的特点
热扩散式气体流量传感器直接感应烟道内气体流量、流速的变化，保证了测量精度及可靠性。FCI热扩散式质量流量计与其他的流量计相比具有以下特点。（1）传感器安装方便且无需调试，使用过程中需要维护的工作量很小。（2）实际工作的元件很小，可以精确地测量圆管、方管或烟道中的不规则流形。（3）量程比宽，为1000∶1，可适用对低流量敏感，适用于现场多种量程。（4）采用全金属构造，且可选材质很多。由于金属的无磨损、抗腐蚀性，可保证传感器长期稳定地运行。
四、烟囱流量计应用注意及优化建议
1.烟囱流量计在安装过程中需注意流量元件末端靠近封装的地方有一个小平面。在这个小平面上有一个指示流体流向的箭头，在安装流量元件时，注意使标有流向箭头的小平面与过程介质流动的方向平行，并使流向箭头指向过程介质流动的方向。如果流量元件安装不正确，会降低流量计的精度。
2.烟囱流量计在正常使用过程中需要周期性地校核流量计的校准条件，有必要时进行重校，建议至少18个月校核一次。
3.烟囱流量计在正常使用过程中周期性地检查电气连接，确定连接紧固，并且从物理上看无腐蚀迹象。周期性检查传感头外壳和电气元件外壳的防雾罩和密封完好，没有雾气进入外壳。周期性的检查导线是否腐蚀，绝缘是否破坏。传感头连接件检查所有密封是否完好，没有介质泄漏。检查垫圈和环境密封的老损状况。一般建议至少每6个月检查一次.
4.根据沉积异物和吸附物的历史记录和停产的计划安排，周期性地取出传感头检查腐蚀、氧化物、异物和盐等情况。热套管不能受过度污染，热套管间不能通过物体连接。任何吸附物都能造成测量不准确，因此有必要时用软刷或可用的溶剂进行清洗。
参考文献：
[1] 梁国伟.多点热式气体质量流量测试方法实验研究[J].传感技术学报，2005（12）.
[2] 田丽霞.浅谈热式质量流量计的原理及应用[J].山东工业技术，2014（22）.
