流量测量1次、2次元件维修维护

1、流量测量流量测量1次、次、2次元件维修维护次元件维修维护杨航涛杨航涛核动力院三门维修项目部核动力院三门维修项目部目录目录名词解释流量计的分类常用流量计介绍仪表的电磁干扰问题 流量流量（瞬时流量）：单位时间内流过管道某一截面的流体的数量。（瞬时流量）：单位时间内流过管道某一截面的流体的数量。 累积流量累积流量（总流量）：某一时段内流过的流体的总和。瞬时流量在（总流量）：某一时段内流过的流体的总和。瞬时流量在某一时段的累积量。某一时段的累积量。 质量流量质量流量(M)(M)：单位时间内流过某截面的流体的质量。单位：单位时间内流过某截面的流体的质量。单位：kg/skg/s 体积流量体积流量(Q)(Q

2、)：单位时间内流过某截面的流体的体积。单位：单位时间内流过某截面的流体的体积。单位：m m3 3/s /s 雷诺数是表征流体流动时惯性力与黏性力之比。利用细管直径 d，可求出雷诺数 Rd，即 式中，v细管中的平均流速，所谓平均流速，一般是指流过管路的体积流量除以管路截 面积所得到的数值； 流体的运动黏度； d管径。 利用雷诺数可以判断流动的形式，当 Rd2320 时为层流，Rd2320 时为紊流。 雷诺数流体在管道中的流动形式可分为层流和紊流两种。层流是指流体在细管中流动的流线平行于管轴时的流动。 紊流是指流体在细管中流动的流线相对混乱的流动。 管内流体流动时存在着两种状态：层流状态和紊流状态

3、。在不同的流动状态下，流体有不同的流动特性。在层流流动状态时，流量与压力降成正比；在紊流流动状态时，流量与压力降的平方根成正比，而且在层流与紊流两种不同的流动状态时，其管内的速度分布也大不相同。这些对于许多采用测量流速来得到流量的测量方法是很重要的。在层流流动状态下，流速分布是以管轴为中心线的轴对称抛物线分布。在紊流流动状态下，管内流速同样是以管中心线轴对称的分布，但是其分布呈指数曲线形式。层流和紊流流量计的分类流量计的分类 (1)(1)体积式流量计体积式流量计 体积式流量计在进行流量测量时相当于一个标淮容器，在测量体积式流量计在进行流量测量时相当于一个标淮容器，在测量的过程中，它连续不断对流

4、体进行度量，流量的大小与仪表度量的的过程中，它连续不断对流体进行度量，流量的大小与仪表度量的次数成正比，这类流量仪表有椭圆齿轮流量计、腰轮次数成正比，这类流量仪表有椭圆齿轮流量计、腰轮( (罗茨罗茨) )流量计、流量计、刮板式流量计等。刮板式流量计等。 (2)(2)速度式流量计速度式流量计 速度式流量测量方法是以直接测量管道内流体流速作为流量速度式流量测量方法是以直接测量管道内流体流速作为流量测量的依据。若侧得的是管道截面上的平均流速测量的依据。若侧得的是管道截面上的平均流速v v，则流体的体积，则流体的体积流量流量Q QAvAv，A A为管道截面积。这类流量计有涡轮流量计、漩涡流为管道截面积

5、。这类流量计有涡轮流量计、漩涡流量计、电磁流量计、超声波流量计等。量计、电磁流量计、超声波流量计等。 (3)(3)差压式流量计差压式流量计 根据伯努力定律通过测量流体流动过程中产生的差压信号来根据伯努力定律通过测量流体流动过程中产生的差压信号来测量流量。这类流量计有节流装置、皮托管、均速管、转子流量测量流量。这类流量计有节流装置、皮托管、均速管、转子流量计、靶式流量计等。计、靶式流量计等。 差压式（也称节流式）测量方法是基于流体流动的节流原理，利用流体流经节流装置时产生的压力差而实现流量测量的。它是目前生产中测量流量最成熟，最常用的方法之一。通常是由节流装置产生的压差信号，通过差压流量变送器转

6、换成相应的标准电信号，以供显示、记录或控制用。差压式流量计在流通管道内安装流动阻力元件，流体通过阻力元件时，流束将在节流件处形成局部收缩，使流速增大，静压力降低，于是在阻力件前后产生压力差。该压力差通过差压计检出， 流体的体积流量或质量流量与差压计所测得的差压值有确定的数值关系。 通过测量差压值便可求得流体流量，并转换成电信号输出。把流体流过阻力元件使流束收缩造成压力变化的过程称节流过程，其中的阻力元件称为节流元件。 差压式流量计常用流量计介绍 节流装置是差压式流量传感器的流量敏感检测元件，是安装在流体流动的管道中的阻力元件。机组控制常用的节流元件有孔板、文丘里管。它们的结构形式、相对尺寸、技

7、术要求、管道条件和安装要求等均已标准化，故又称标准节流元件。 标准节流元件标准节流元件 (a) (a) 孔板孔板 (b)(b)文丘里管文丘里管 在管道中流动的流体具有动压能和静压能，在一在管道中流动的流体具有动压能和静压能，在一定条件下这两种形式的能量可以相互转换，但参加转定条件下这两种形式的能量可以相互转换，但参加转换的能量总和不变。用节流元件测量流量时，流体流换的能量总和不变。用节流元件测量流量时，流体流过节流装置前后产生压力差过节流装置前后产生压力差p p(p p = =p p1-1-p p2)2)，且流，且流过的流量越大，节流装置前后的压差也越大，流量与过的流量越大，节流装置前后的压差

8、也越大，流量与压差之间存在一定关系，这就是差压式流量传感器测压差之间存在一定关系，这就是差压式流量传感器测量原理。量原理。 图中充分地反映了能量形式的转换。由于流动是稳定不变的，即流体在同一时间内通过管道截面A和节流件开孔截面A0的流体量应相同，这样通过截面A0的流速必然比通过截面A时快。在流速变化的同时，流体的动压能和静压能也发生变化，根据能量守恒定律，因而在孔板前后出现了静压差。通过测量此静压差便可以求出流量。22112244uDud流量方程流量方程流体流经节流件时压力和流速流体流经节流件时压力和流速变化情况变化情况2222222111upup21pp、截面截面1 1和和2 2上流体的静压

9、力上流体的静压力； 21uu、截面截面1 1和和2 2上流体的平均流速上流体的平均流速； 截面截面1 1和和2 2上流束直径上流束直径；Dd、截面截面1 1和和2 2上流体的密度上流体的密度; ; 12、体积流量体积流量： 2221241241/vqu AdppdD质量流量质量流量： 2221241241/mqu AdppdD 以实际采用的某种取压方式所得到的压差以实际采用的某种取压方式所得到的压差 来代替来代替 的值；同时引入的值；同时引入流出系数流出系数C C对上式进行修正：对上式进行修正： p21pp 22422441vCqdpdp22422441mCqdpdp对于不可压缩流体对于不可压

10、缩流体224vqdp224mqdp 对于可压缩流体，考虑到节流过程中流体密度的变化对于可压缩流体，考虑到节流过程中流体密度的变化而引入流束膨胀系数而引入流束膨胀系数 进行修正采用节流件前的流体密进行修正采用节流件前的流体密度度 ，由此流量公式可更一般的表示为：由此流量公式可更一般的表示为：流束膨胀系数，1 1 。 标准节流装置的压力损失 流体在流经标准节流装置时由于涡流等原因会引起流体压力的损失，其损失的大小因节流件的形式而异，并随值的减少而增大，随 的增加而增加。标准节流装置的压力损失可用下式近似地计算：PP2211 PP流量系数 节流装置的安装A. 安装节流装置前必须检查节流元件本体是否符

11、合要求，要核对设计任务书以免有错；B. 安装的节流件，其中心线必须与管道中心线在同一轴线上，其偏差不超过1，节流元件的端面应与管道中心线垂直，其偏差不得大于 ，如果安装出现偏差，测量误差会随着的增大而增加；C. 节流元件前后的直管有严格的要求，其目的是为了保证流体的流动稳定，在上游侧的最小直管段长度与和阻力件型式均有关，一般上游侧的直管段长度至少应大于10D，而下游侧的直管段长度至少应大于5D。在节流件前后2D长度内的管道上，不能有突出部分（如温度计插孔等），管内壁要光滑且不能有椭圆度，实际管子内径应与设计值相一致；D. 引压管直径d，试验装置上d可取6mm，工程上d可取10-12mm，引压管

12、沿水平方向敷设时，要有大于110的倾斜度，倾斜的方向与被测介质的性质有关。如对气体介质则应向节流件倾斜，以保证气体引向差压变送器。11015. 0D 标准节流装置的适用条件标准节流装置的适用条件A.流体必须是牛顿流体，在物理学和热力学上是均匀的、单相的，或者可认为是单相的流体；B.流体必须充满管道和节流装置且连续流动，流经节流 件前流动应达到充分紊流，流束平行于管道轴线且无 旋转，流经节流件时不发生相变；C.流动是稳定的或随时间缓变的 。标准节流元件的结构形式标准节流元件的结构形式a. 标准孔板标准孔板 标准孔板是一块具有与管道同心圆形开孔的圆板，迎流一侧是有锐利直角入口边缘的圆筒形孔，顺流的

13、出口呈扩散的锥形。结构简单，加工方便，价格便宜。 压力损失较大，测量精度较低，只适用于洁净流体介质，测量大管径高温高压介质时，孔板易变形。标准孔板标准孔板 孔板的三种取压方式孔板的三种取压方式标准孔板使用范围（标准孔板使用范围（d d和和D D的单位用的单位用mmmm）角角 接接 取取 压压法法 兰兰 取取 压压D D（D/2D/2） 取取 压压d12.5d12.550D100050D10000.200.750.200.755000Re 5000Re （0.200.450.200.45）126012602 2DReDRe10000Re 10000Re （0.450.45 Display dam

14、ping（显示器缓冲） ，增加该值(默认值为 1s，调整范围为 1-100s)。 流体静止且测量管满但有测量值显示 A. 检查仪表是否可靠接地； B. 检查介质中是否有气泡存在，有则放掉； C. 检查低流量断流接通值设置是否合适。具体方法：进入菜单 Process parameter（过程参数）On-value low flow cut off（低流量断流接通值），一般设为量程的 10%； D. 检查低流量断流断开值是否合适。具体方法：进入菜单 Process parameter（过程参数）Off-value low flow cut off（低流量断流断开值） ，设为On-value low

15、 flow cut off（低流量断流接通值）值的10-50%。 超声波流量计超声波流量计 超声波测流量的作用原理有传播速度法、多普勒法、超声波测流量的作用原理有传播速度法、多普勒法、波束偏移法、噪声法、相关法、流速波束偏移法、噪声法、相关法、流速液面法等多种方法。液面法等多种方法。(一) 传播速度法测量原理超超声声测测速速原原理理时差法时差法时差法就是测量超声波脉冲顺流和逆流时传播的时间差。时差法就是测量超声波脉冲顺流和逆流时传播的时间差。流体流速流体流速tLcu22t1 1- 按顺流方向，超声波到达接收器时间按顺流方向，超声波到达接收器时间；t2 2- 按逆流方向，超声波到达接收器时间。按

16、逆流方向，超声波到达接收器时间。2122cLuttt相差法相差法tft212fLcLcu4222相位差法是把上述时间差转换为超声波传播的相位差来测相位差法是把上述时间差转换为超声波传播的相位差来测量。超声波换能器向流体连续发射形式为量。超声波换能器向流体连续发射形式为的超声波脉冲，式中的超声波脉冲，式中 为超声波的角频率。为超声波的角频率。)sin()(0tAts按顺流方向发射时收到的信号相位按顺流方向发射时收到的信号相位；011t022t按逆流方向发射时收到的信号相位。按逆流方向发射时收到的信号相位。频率差法频率差法 频差法是通过测量顺流和逆流时超声脉冲的循环频率频差法是通过测量顺流和逆流时

17、超声脉冲的循环频率之差来测量流量的。之差来测量流量的。Luctf111顺流时脉冲循环频率：顺流时脉冲循环频率：Luctf221逆流时脉冲循环频率：逆流时脉冲循环频率：Lufff221脉冲循环频差：脉冲循环频差：fLu2流体流速：流体流速：uDkuDqv2244流体体积流量方程：流体体积流量方程：(二) 多普勒法测量原理 根据多普勒效应，当声源和观察者之间有相对运动时，观察者所感受到的声频率将不同于声源所发出的频率。这个频率的变化与两者之间的相对速度成正比。超声波多普勒流量计就是基于多普勒效应测量流量的。(三)时差法、相位差法、频率差法比较时差法：测量方便、周期短、响应快(1m管径、2.5ms)

18、适用于大管径测量。相位差法：测量技术复杂，还有声速影响，实际应用较少。频差法：若将换能器安装在管内，则原理上可消除声速c的 影响。若换能器安装在管外则仍受声速c的影响，但较时差法小。(四)超声波流量计的优缺点被测液体中含有气泡或有杂音时，将会影响测量精度，故要求变送器前后分别有10D和5D的直管段，结构复杂，成本较高；传播时间法只能用于清洁液体和气体；多普勒法只能用于测量含有一定量悬浮颗粒和气泡的液体,多普勒法测量精度不高。 非接触式、无压力损失、对原有管道不需任何加工即可测量；测量结果不受被测液体粘度、电导率等影响，可测量非导电性液体，可测大口径管道内流体流量；输出信号与被测流体流量成线性；

19、可以测量任何液体和气体的流量。优点：优点：缺点：缺点：(五)超声波流量计故障处理瞬间流量不显示原因分析及处理：供水停止，应检查相关泵及阀门都开启情况；传感器安装不正确，可按照正确都步骤调整；信号电缆断开或转接头处进水导致信号偏差大，应找出对应故障点重新接线和烘干并做好防水措施；耦合剂老化或管道锈蚀严重，接收信号衰减严重或无接收信号，应对安装点接触面进行处理，更换耦合剂；电源工作不正常，检查接线或更换电源；电磁干扰，更换环境或给表头加保护罩；传感器损坏，更换；参数设置不对等。瞬时流量长时间不稳定，变化幅度较大原因分析及处理：液体含杂物多，需做好过滤工作；管道内有大量气泡或涡流产生，应重选安装点，

20、提高泵密封性或装排气阀；传感器安装不当，检查调整或更换；空间电磁干扰，更换环境或给表头加保护罩；耦合剂老化或管道锈蚀严重，接收信号衰减严重或无接收信号，应对安装点接触面进行处理，更换耦合剂。液晶屏幕无显示或显示不正常原因分析及处理：电源不正常，或主板故障，或保险丝熔断，一般采取更换的办法。主冷却剂流量测量 由于一回路系统流体具有高压、高温和高放射性的由于一回路系统流体具有高压、高温和高放射性的特点，维持反应堆冷却剂回路中冷却剂的正常流量是保特点，维持反应堆冷却剂回路中冷却剂的正常流量是保证反应堆功率输出和确保反应堆安全的一个重要条件。证反应堆功率输出和确保反应堆安全的一个重要条件。 因此，流量

21、测量系统必须保证当反应堆冷却剂流量因此，流量测量系统必须保证当反应堆冷却剂流量低于整定值时，发出保护动作信号。此流量信号还用于低于整定值时，发出保护动作信号。此流量信号还用于反应堆热功率等的计算。反应堆热功率等的计算。(一)弯管流量计测量 主冷却剂流量的测量是利用弯管流量计测量。具体测量工作是在反应堆每个环路中段弯管处设置三个差压变送器进行测量。在弯管外侧有一个共同的高压测口，在弯管内侧有三个低压侧口，由弯管弯外和弯内的压差得出主冷却剂流量，并向反应堆保护系统提供信息。弯管流量计测量示意图弯管流量计测量示意图 这种测量装置基本功能是提供流量是否在减少的信息。这种流量测量方法有一个优点，就是不需

22、要把任何部件插到冷却剂流道中。若流道中插入部件将会产生压降，结果或是降低了流量，或是需要增加泵的功率。由冷却剂流动的动力学效应可知，冷却剂流经弯管时、弯头外半径处的压力高于弯头内半径处的压力，因而产生压差。其流量和压差之间的关系可用下式描述200()PqPq式中：P0为与参考流量q0相应的压差，P为与某个不同流量q相应的压差。 参考流量相应的压差P0是在电站最初启动时确定的值，然后沿此关联曲线外椎，从而确定低流量保护整定点。 应用弯管流量计来测量冷却剂流量必须满足两个条件：A.弯管流量计的上、下游必须是直管段，而且要上游直管段不少于28D，下游直管段至少长7D(其中D为管的内径)；B.管内流体

23、的雷诺数必须大于5l04。（二）相关统计测量方法 随着大型核电站主管道的横截面越来越大，由于介质的流动形成分层的不均匀性，使弯管流量计的测量精度难以满足要求。为此，又出现了一种利用一回路冷却剂中活化了的16N来测量流量的方法，称为相关统计测流量法。 一回路冷却剂中的16O在反应堆快中子的作用下变成了半衰期为7.35s的16N，它在衰变过程中放出能量为6.13Mev和7.10Mev的射线。因此，在反应堆出口的主管道上，在一段已知的距离安装两台具有相同灵敏度的探测器A、B，如图所示。 下游探测器下游探测器B的读数应小于的读数应小于上游探测器上游探测器A的读数，这是由于的读数，这是由于16N衰变所引

24、起的，而其差值大衰变所引起的，而其差值大小与流量有关：小与流量有关：A/BBA(t -t )读数读数e式中：式中：tA，tB分别为冷却剂从堆芯流到探测器，分别为冷却剂从堆芯流到探测器，A、B的时的时 间；间；为为16N的半衰期，用相关法来确定的半衰期，用相关法来确定( (tAtB) )， 也就实现了对流量的测量。也就实现了对流量的测量。仪表的电磁干扰问题 根据中华人民共和国国家标准GB/T4365-1995，“电磁兼容术语”，电磁骚扰和电磁干扰的定义分别如下：电磁骚扰电磁骚扰：任何可能引起装置、设备或系统性能降低或对有生命或无生命物质产生损害作用的电磁现象。电磁骚扰可能是电磁噪声、无用信号或传

25、播媒介自身的变化。电磁干扰电磁干扰：电磁骚扰引起的设备、转输通道或系统性能的下降。 从上面定义可知，电磁骚扰仅仅是电磁现象，即客观存在的一种物理现象，它可能引起降级或损害，但不一定已经形成后果。而电磁干扰则是电磁骚扰引起的后果。仪表干扰的来源干扰的来源有很多种，通常我们所说的干扰是电气的干扰，但是在广义上热噪声、温度效应、化学效应、振动等都可能给测量带来影响，产生干扰。在测量过程中，如果不能排除这些干扰的影响，仪表就不能够正常的工作。根据仪表输入端干扰的作用方式，可分为串模干扰和共模干扰。串模干扰是指叠加在被测信号上的干扰；共模干扰是加在仪表任一输入端与地之间的干扰。干扰的引入方式主要如下：

26、电磁感应，也就是磁耦合。信号源与仪表之间的连接导线、仪表内部的配线通过磁耦合在电路中形成干扰； 静电感应，也就是电的耦合。在相对的两物体中，如其一的电位发生变化，则由于物体间的电容使另一物体的电位也发生变化。干扰源是通过电容性的耦合在回路中形成干扰。它是两电场相互作用的结果； 附加热电势和化学电势，主要是由于不同金属产生的热电势以及金属腐蚀等原因产生的化学电势，当它处于电回路时会成为干扰，这种干扰大多以直流的形式出现。在接线端子板或是干簧继电器等处容易产生热电势； 振动。导线在磁场中运动时，会产生感应电动势。因此在振动的环境中把信号导线固定是很有必要的； 不同地电位引入的干扰。在大地中，各个不

27、同点之间往往存在电位差。尤其在大功率的用电设备附近，当这些设备的绝缘性能较差时，这一电位差更大； 除一些脉冲电压能够作用于模拟电路之外，还可以对数字电路产生干扰，这些脉冲电压的发生源是开关、电机、继电器这样一些感性负载和产生放电的机器等。干扰的抑制 设计仪表时就应考虑对干扰的抑制问题，干扰问题的形成是因为有干扰源的存在并通过一定的耦合渠道对仪器仪表发生影响。为减少这些影响。尽量提高其抗干扰的能力。实际应用中，要找出并结合绞扭、屏蔽、接地、平衡、滤波、隔离等方法，切断耦合通道以抑制干扰。同时，要求显示仪表具有耐高温、低温、高压、腐蚀、高粘度等性能和较好的动态特性，以减少被测参数的测量误差。串模干扰的抑制方法信号线的绞扭：对于电磁感应来说。调整走线方向及减小导线回路面积都是必要的，仅调整走线方向及两信号线以短的节距绞合，干扰电压就能降为原有的1/10-1/100；屏蔽：为了进一步防止电场的干扰，再在外面包上一层绝缘物或信号线直接采用屏蔽电缆，屏蔽层接地。因非磁性屏蔽层对50赫兹的磁场无效果，必要时可把信号线穿入铁管中，使信号导线得到磁屏蔽。在静电屏蔽后，能使感应电势减小到原有的1/100-1/1000；滤波：仪器仪表输入端加入滤波电路，以使混杂于有效信号的干扰衰减到最小。常在输入级前加二至三级R-C滤波电路，而以采用内阻较低的双T