通风系统流量仪表校验设备的设计研究_杨健强.pdf

中国电工网通风系统流量仪表校验设备的设计研究杨健强，魏传胜，贾亚雄，王增辉，翟连付（辽宁红沿河核电有限公司，辽宁 大连 ；核工业工程研究设计有限公司，北京 ）摘要：在核工业中，通风系统在维系厂房空气质量环节中扮演着重要角色，而通风系统的正常运行离不开仪表的精准测量。为保证某核电通风系统的正常运行，提高热质量式流量计的精准度，针对通风系统中的热质量式流量计设计一套专属的离线校验设备。关键词：通风系统；仪表；校验；设计中图分类号：，（，；，）：，：；收稿日期：引言在“双碳目标”的背景下，核能具有广阔的发展前景。核能发电是应用核能的主要形式之一，核电站通风系统的运行状况关系着用核安全和人员舒适等问题，因此保证核电站通风系统的良好运行，构建良好的厂内环境成为核电站运行的重要方向。通风系统的正常运行离不开各种仪表的精准测量，测量仪表的精度关系着通风系统是否能按照设计参数运行，是否能实现核电站内的通风要求，因此定期对仪表进行校验成为提高测量仪表精度的必然选择。本文针对某核电项目中通风系统的流量仪表研发一套专属的离线校验设备，为该通风系统流量仪表的定期校验提供方便、快捷的方案，且可节省大量的时间、人力、经费等成本。通风系统流量仪表存在问题及解决方案 通风系统流量仪表某核 电 项 目 通 风 系 统 中 使 用 的 流 量 测 量 仪 表 为 流量计，该流量计是一种热式质量流量计，如图所示。它是利用流体吸收热量的原理来工作的，传感部分由两个温度传感器组成，一个传感器被加热，另一个传感器不加热直接测量被测介质温度。随着气体流速的增加，气体带走更多热量，两个温度传感器的温差下降，通过测定温差来间接实现对介质流量的测量。在使用过程中发现，该流量仪表在长时间使用后测值出现较大误差，致使风阀和风机频繁开启、关停，扰乱了通风系统的正常运行，给核电厂的安全运行造成了极大影响，因此需对该流量仪表进行定值校验。控制系统风阀风机热式质量流量计通风管道风量图 1 热式质量流量计工作原理图 解决方案根据该流量仪表存在的问题，本文设计一套精准的小型离线定值校验装置，如图所示。校验装置主要由设备支架、风洞装置、控制设备和校准风速仪组成。其中，风洞装置分为集风段、稳流段、检测段、扩压段和动力段。环境条件及需满足要求本设备使用温度范围为常规室内温度，冬季为采暖室温；设备需提供稳定的线性可调的 的风速；风速通过智能化触摸屏进行调节；由于场地限制，设电工技术电气设备2023 1期图 2 流量仪表校验装置备尺寸不超过 ；设备兼顾方便移动和稳定，并要有相关的减震降噪措施。流量仪表校验设备设计 设备支架校验设备需提供承重支架，承重支架需满足设备稳定性和移动便捷。支架采用 不锈钢材质，安装可锁定万向轮，尺寸如图所示。图 3 流量仪表校验装置支架 风洞装置 集风段为减少 气 流 的 流 动 损 失，集 风 段 风 口 根 据 工业通风机用标准化风道性能试验 采用喷嘴集气方式，喷嘴外形为轴对称，出口边缘为直角、锐边、无毛刺、刻痕或倒圆。需综合考虑设备要求的 风速范围，待校验仪表插入长度最长为 ，待校验仪表的阻塞面积不得大于检测段截断面积的等多项因素，确定喷嘴的直径及喷嘴长度。稳流段因整体检测设备使用气体为室内循环气体，气流从风机排出后，在室内经两次 急转弯后，形成杂乱涡流又流入设备。为保证进入检测段的气流均匀，避免涡流等对检测结果准确度的影响，在集风段后设置稳流段。稳流段内设置由 厚冷轧钢板制造的方形断面小格子组成的导流栅，用于破坏集风口进入的涡流，使气流趋于稳定。导流栅隔孔的基本尺寸为 （隔孔长度）。为再次破坏通过导流栅后衰减的小涡流和阻尼匀化气流，在导流栅后再设置双层钢丝阻尼网。钢丝阻尼网的基本规格尺寸为：网孔规格 目英寸，钢丝直径 左右，格、网净距。经过稳流段后的气流，应避免对检测结果造成干扰，使风速仪读数出现不稳定性波动。检测段检测段为此设备的核心，用于插入待检测流量仪表。因流量仪表为插入式感应探测，故检验时需将流量仪表插入检测段。需在检测段内设置插入孔，同时设置待插入仪表用可伸缩支架，满足不同插入深度的仪表将检测探头插入检测段内固定，并使流量仪的检测探头可放置检测段内有效的检测区间。需考虑流量仪表检测时插入孔的密闭性，避免因漏风造成的试验结果误差。在检测段设置有机玻璃观察窗，方便观察记录检测过程中检测段内部情况。检测段内部气流应稳定、均匀，避免紊流及涡流等对试验数据造成影响。扩压段扩压段连接检测段和风机段。扩压段可使设备内风速降低，减少气流的流动损失和对风机内部的冲击，降低噪声。受长度限制，整体长度缩小至 范围左右。扩散段角度增加后，在扩散段内部增加导流片，以避免分离现象产生。动力段因设备尺寸建议不超过 ，故风机的尺寸应尽量小。风机的选型需支持精准变频调节，风机变频设备与可读数据风速仪共同连接显示触摸屏，可通过触摸屏实时调节设备内风速，达到设备要求的 （调速精度为）风速。风机的选型应综合考虑风机的运行工况，避免出现喘振及低风速运行时风速不稳定的情况。风机需含导流片，保证出风口气流的稳定性、均匀性，同时降低设备的噪声。为此动力段直径为 ，叶片采用 材质，电机采用变频电机。控制设备控制设备需配备风机变频专用变频器，由变频器控制三相交流电机转速，从而达到工作段所需的各种不同的风速。变频器连接显示触摸屏，在触摸屏可手动输入所需风速（，风速分辨率为），根据输入风速值控制风机变频使设备内部达到指定风速，输入的风速数据和设备内检测段可读数据风速仪显示的风速数据需一致。由于变频器对电机的控制很重要，为更好地控制叶片的转速，带来稳定的风源，采用三菱变频器。对于除变频器以外的开关等，综合对比合资品牌及进口品牌后，决定采用施耐德品牌。设备采用计量校准过后的模拟量传感器进行 反馈控制，方便技术人员使用软件控制风速。校准风速仪检测段内安装插入式可读数据风速仪，风速仪连接显示触摸屏，可在触摸屏上实时显示当前检测段内风速数据。需确认风速仪与待检验流量仪表的相对位置，确保各自测量的风速数据不会相互影响。可读数据风速仪需经第三方机构校验，能精准测量 （测量精度为）的风速数据。电气设备电工技术中国电工网校验设备流场均匀性验证 仿真模型根据设备尺寸建立仿真模型，其采用 模型，边界条件为压力进口和压力出口。为验证进口处倒角的优化作用以无限大空间为边界，流场边界网格进行加密处理，如图所示。图 4 仿真模拟网格划分图 仿真结果由图可知，虽然集风段至动力段流场压力发生了明显变化，但测试段内的各处压力一致，可初步确定该方案是可行的。图 5 校验装置流场压力云图利用十字测点法对测试段内部流体流速进行检测并绘制变化曲线图，如图所示。由此可知，在检测段内部，流场风速误差在 以内，满足设计要求。图 6 检测段十字测点图图 7 检测段十字测点水平方向流速变化曲线图速度偏差（10-5）m/s图 8 检测段十字测点竖直方向流速变化曲线图速度偏差（10-5）m/s 流量仪表安装对流场的影响图为流量仪表插入后的流场模拟结果，并采用矩阵取点方法进行测量。由此可知，检测段插入流量仪表和校验风速仪后。流场并无明显变化，流量仪表和校验风速仪安装后对流场的影响可忽略不计。图 9 检测段十字测点竖直方向流速变化曲线 试验验证在控制设备中，设定风速在 之间以间隔取值进行实测对比，通过设备控制部件的输出文件和风速仪实际观测读数进行判断。根据输出数据结果及读数相对误差绘制的曲线如图 所示。试验结果表明通风系统流量仪表校验装置在使用过程中风速会出现少许偏差，但都 在 允 许 范 围 内，该 校 验 装 置 可 投 入 到 实 际 工程中。相对误差图 10 相对误差变化曲线图结语综上所述，本文设计的核电通风系统的流量仪表校验装置能满足流量仪表校验的需求。通过对校验装置的流场进行数值模拟分析，发现虽然集风段至动力段流场压力发生了明显变化，但测试段内的各处压力一致，在检测段内部，流场风速误差在 以内，满足设计要求。通过试验再次验证了该校验设备的准确性和合理性，可投入实际工程中。电工技术电气设备