渦街流量計(ji)在化工行業(yè)流量測量中(zhong)的應用

從流量儀表(biao)發展狀況看(kàn)，孔闆流量應(yīng)用範圍廣：但(dan)用标準孔☀️闆(pan)流量計來測(cè)量流體流量(liàng)，仍存在一些(xie)不足之處🌏。多(duo)年來，人們在(zài)努力尋找可(kě)靠、的流量計(ji)用于流量計(ji)量，發現渦街(jiē)流量計結構(gou)🤞簡單，安裝維(wéi)護方便 f與孔闆相比(bǐ)無需導壓管(guǎn)和三組閥，減(jian)少洩漏、堵塞(sai)和凍結⭕等現(xiàn)象），壓力損失(shi)較小（約爲孔(kǒng)闆流量計的(de) 1/ 4- 1/2），量程範(fàn)圍寬，量程比(bi)可達 20BI(孔(kong)闆爲 3BI)，測(ce)量精度比孔(kǒng)闆流量計高(gao)。除此之外，渦(wō)街流量計還(hai)具有👈使用👅壽(shòu)命長、性能穩(wěn)定、适用流體(ti)種類多（可測(cè)量液體🏃‍♀️、氣體(ti)和蒸汽）、在㊙️規(guī)定的雷諾數(shu)範圍内儀表(biao)系數不受流(liu)體的溫度、壓(yā)力☀️、黏度及成(chéng)分變化的影(yǐng)響等特點，已(yi)越來越受到(dào)人們的青睐(lai)💚。

1工作原(yuan)理

      渦街(jiē)流量計是基(ji)于流體振蕩(dàng)原理的一種(zhǒng)新型流量測(ce)量🏃‍♀️儀㊙️表。測量(liàng)原理如圖 1所示，當在(zai)流體中插入(rù)*動方向垂直(zhi)的非線性型(xíng)柱㊙️體（旋♊渦發(fa)生體），在其下(xià)遊側會交替(ti)地産生二列(lie)内旋的👣漩渦(wō)列，稱之爲🧡 “卡門渦列(lie) ”。

      在(zài)一定的雷諾(nuo)數範圍内，漩(xuán)渦的釋放頻(pin)率 f與流(liú)過漩渦發生(shēng)體的流體平(píng)均速度 v及漩渦發生(sheng)體特征寬度(du) d有關，可(ke)用下式表示(shì)：

    f= StV／ d    (1)

式(shì)中，

    f)))漩渦(wo)的釋放頻率(lǜ)；

    v》 )流(liu)過漩渦發生(sheng)體的流體平(ping)均速度；

    d》 )漩渦發(fā)生體特征寬(kuān)度；

    St)))斯特(tè)羅哈數 s trouhal(無量綱常數(shu) )。

    S．的(de)值與漩渦發(fa)生體寬度 d和雷諾數(shu) Re有關。

當雷諾數(shu) Re<2@104時， S。爲變數； Re在 2@104 -7 @106的範(fàn)圍内， S。值(zhí)基本上保持(chi)不變，這段範(fàn)圍爲流量計(ji)的基本測☎️量(liàng)💃🏻範圍。

    式(shi) (1)表明，當(dāng) d和 St爲定值時，漩(xuán)渦産生的頻(pin)率 f與流(liú)體的平均流(liu)速 v成正(zheng)比而與流體(ti)的溫度、壓力(lì)、密度、成分、黏(nián)度等參數無(wu)關。因此，可以(yǐ)從漩渦産生(shēng)的頻率 f求出流體的(de)平均流速 v，達到測量(liang)管道内流體(tǐ)的流量 Q的目的。

    v=f Sd    (2)

    Q= vS=f Sd    (3)

    式（ 31中 S爲管道的(de)截面積。

    Sds爲常數，令 =去 =}s，則(ze) Q=f/K。式

中， K爲流(liu)量計的儀表(biǎo)系數（脈沖數(shu)／升），通常由實(shi)際流量試🔞驗(yàn)求出。

     由(yóu)于漩渦發生(shēng)體兩側交替(tì)産生漩渦，該(gai)漩渦力作用(yong)于檢測體上(shang)，使之産生交(jiao)變應力，該應(yīng)力作用在電(dian)元件上，産生(sheng)了與漩渦頻(pin)率相同的交(jiao)變電荷信💰号(hao)，通過轉換器(qi)處理後，輸出(chū)與漩渦頻率(lǜ)柏同的脈沖(chong)信号或與流(liú)量成正比的(de) 4- 20 mA DC信号到(dao)二次儀表，進(jin)行累積、顯示(shi)。

2.選擇

渦街流量(liàng)的選型一般(bān)分爲型号的(de)選擇和口徑(jing)的選🔆擇兩步(bù)。

2.1  型号的(de)選擇

    根(gen)據使用環境(jing)和被測流體(ti)選擇不同結(jie)構的流量❌計(jì)😘。當流量❄️計周(zhōu)圍環境溫度(du)低于 60 e時(shi)，流量計可選(xuǎn)擇組合型，當(dāng)流量計周圍(wei)環境溫度高(gao)于 60 e時，需(xu)選擇分離型(xing)。

    當使用(yòng)環境爲易燃(ran)易爆場合時(shí)根據防爆等(děng)級選擇隔👉爆(bào)型😄或本安型(xíng)。一般環境選(xuǎn)擇一般型。

    根據采集(ji)信号要求選(xuǎn)擇不同的輸(shu)出形式，當需(xū)要流量累🔞積(ji)時可選擇脈(mo)沖輸出型或(huò)模拟 ( 4- 20 mA

DC)輸(shū)出型，當需要(yào)控制時可選(xuan)擇模拟 (4- 20 mADC)輸出型。

2.2  口徑的選擇(ze)

    渦街流(liu)量傳感器的(de)口徑應根據(ju)流速、流量來(lai)合理選擇，并(bìng)非一定要與(yu)工藝管道同(tóng)口徑。由于渦(wō)街流🌍量計流(liú)量範圍寬，因(yin)此口徑選擇(zé)主要是對下(xià)限流量。一般(bān)液體流速下(xia)限❗爲 0.5 m/s，氣(qi)體在 4-5 m/s範(fan)圍内選用，正(zheng)常流量在測(cè)量範圍的 1/2-2／ 3之間(jiān)。一般情況下(xia)流量計生産(chǎn)廠家提供的(de)選型樣本隻(zhi)♈給出了常用(yong)流體水、壓縮(suo)空氣、飽和蒸(zhēng)汽的流量測(cè)量範圍，其他(ta)流體則需通(tōng)過計算選擇(ze)流量計的口(kou)徑，忽略這一(yī)點往往會造(zào)成流量計使(shi)用不正常。

    根據多次(cì)選型的結果(guo)，筆者認爲，适(shì)當減小流量(liang)計口徑，使沆(hang)速和雷諾數(shù)增大，使儀表(biǎo)常數*進入線(xiàn)性，可以提高(gao)🈲儀表的精度(du)，也有利于信(xin)号放大器的(de)調整。

3 . 安(ān)   裝

      渦街流量計(ji)應安裝在隔(ge)熱、通風、易維(wei)護的地方，盡(jin)量安裝🥵在遠(yuan)離振動源和(hé)電磁幹擾較(jiào)強的地方，振(zhèn)動存在的地(di)方必須采用(yong)♋減振裝置，減(jian)少管道受振(zhèn)動的影響。

      渦街流量(liàng)計在管道上(shang)可水平、傾斜(xie)或垂直安裝(zhuāng)。安裝位置要(yao)❌注🥰意，垂直安(ān)裝時，液體介(jie)質必須從下(xia)往上流動：需(xu)在管👄道上安(ān)裝🔴溫度、壓力(lì)傳感器或流(liu)量調節閥時(shi)，應将溫度、壓(yā)力傳感器和(he)調節閥安裝(zhuang)在👉流量計下(xia)📐遊。

      渦街(jiē)流量計前後(hou)必須有足夠(gou)長的直管段(duàn)，具體要求見(jiàn)表 1。所配(pèi)管道内徑也(yě)必須和渦街(jiē)流量變送器(qì)内徑一緻，與(yu)管道連接的(de)密封墊内徑(jing)要比傳感器(qì)内徑略大，不(bu)能将密封墊(nian)凸入管道内(nei)。

    表 1  上遊管道形(xíng)式與直管段(duan)長度要求

    直管段長(zhǎng)度要求 fzui少）

    上遊(yóu)管道形式

    上遊彳孬(nao)一

同心(xin)收縮全開閥(fa)門     15 D    5D

一個(gè) 9(b彎頭     20D    SD

同心擴管(guan)     25D    SD

同一平(píng)面兩個 9(b彎頭     25D    SD

不(bú)同平面兩個(gè) 9(b彎頭     40D    5D

調節閥半(bàn)開閥門     50D    SD

      流量計供電(dian)電源爲 + 24VDC,連接線要用(yòng)屏蔽的信号(hào)電纜，布線時(shí)要遠離強功(gōng)率電源線，盡(jin)量用單獨金(jin)屬保護套管(guǎn)，接地要可靠(kao)。

4注意事(shi)項

      爲讓(ràng)該種儀表能(neng)夠更好地服(fú)務于化工行(hang)業流量計量(liàng)工作，根據我(wo)廠近幾年應(yīng)用的實踐，以(yi)下幾方面應(ying)引起有關計(jì)量管理及使(shǐ)用部門的足(zu)夠重視。

4.1 儀表選型

      化工行業(yè)流體種類較(jiào)多 f蒸汽(qì)、煤氣、水、氫氣(qi)等），輸送流體(tǐ)的管線粗細(xì)差别很大💘 (DN15 -DN300)，流體的物(wu)理性質（如溫(wēn)度、壓力、密度(du)、黏度）和化學(xué)性🐇質（腐蝕性(xìng)）差異也很大(da)，同時流量的(de)波動範圍較(jiào)大。因此渦街(jie)流量計的🐕選(xuan)型是*關，也是(shi)zui重要的一關(guan)。爲💃此，在選型(xíng)過程中應把(bǎ)握住兩條基(jī)本❤️原則：一要(yao)保證生産安(an)全，二要保證(zheng)使用精度。化(hua)工行業首先(xian)考慮渦街流(liú)量計的防爆(bao)性能要滿足(zú)現場要求，其(qí)次必須抓實(shí)三個選型參(cān)數，即近期和(hé)遠期的zui大、zui小(xiao)及常用瞬時(shi)流量（主要用(yong)于選定儀表(biǎo)的大小規格(gé) 1、被測介(jiè)質的設計壓(yā)力（主要用于(yú)選定儀表的(de)公稱壓力等(deng)♈級 1、工作(zuò)壓力 f主(zhu)要用于選定(dìng)儀表壓力傳(chuán)感器的壓力(li)等級 1。

4.2 檢定（校準(zhǔn)）

      目前對(duì)渦街流量計(jì)的現場檢定(dìng)還存在一定(ding)的困難。對用(yòng)于大流量的(de)貿易計量或(huo)重要的工藝(yi)過程控制等(děng)比較重要場(chang)✂️合的😘流量計(ji)，現場不具備(bei)流量🧡在線标(biāo)校條件的，僅(jin)憑生産廠家(jiā)的出廠合格(ge)證明不能判(pàn)定🏃‍♀️該表性能(neng)💰是否合格。因(yin)此，爲确保儀(yi)表在今後的(de)工作過程中(zhōng)測量結果的(de)準确、可靠，安(an)裝前有必要(yào)将其🏃‍♀️送❌往有(yǒu)檢定（校準）資(zī)質的機構進(jìn)行檢🏃‍♀️定（校準(zhun) 1。

4.3工(gong)藝安裝

    正确選擇安(ān)裝點和正确(què)安裝傳感器(qì)都是非常重(zhòng)要的環節，若(ruo)在安裝中失(shī)誤，輕者影響(xiǎng)測量準确度(dù)，重者影響儀(yí)表❓使用壽命(mìng)，導緻損壞儀(yí)表。要盡可能(néng)避免振動及(ji)高🏒溫高熱☀️環(huán)境、遠離幹擾(rao)元件（如壓縮(suō)機、分離器、調(diao)壓閥、大小頭(tóu)及彙管、彎頭(tóu)等 1，保持(chí)儀表前後直(zhí)管段同心及(jí)内壁光滑平(píng)直，保證被測(cè)介質爲潔淨(jing)的單相流體(tǐ)等。

4.4參數(shu)設置

     流(liu)量計的儀表(biao)系數是在實(shí)驗室條件下(xià)校驗的，現場(chang)使用時，應對(duì)儀表系數進(jìn)行修正。對配(pei)套二次儀表(biǎo)（智能流量積(ji)算儀 1的(de)參數設定、組(zu)态工作以及(ji)流量測量網(wang)絡中各種參(can)數設❤️置♊、軟❄️件(jian)設計應符合(he)工藝和流量(liàng)計要求。

4.5後期管理

      爲保證儀(yí)表長期工作(zuo)的準确性、可(kě)靠性 f避(bi)免意外停運(yun)和數據丢失(shī)），在渦街流量(liang)計投運之🌈後(hou)需加強對⛷️儀(yi)表本身及整(zheng)個流量系統(tong)各環節日常(chang)管🏃🏻理和周期(qī)維護🛀🏻。如定期(qi)抄錄計量數(shu)據（每天或每(mei)周）、日🛀常巡檢(jiǎn)，按周期進行(háng)系統調校（ 1-2年），檢查儀(yi)表系數等。

4.6内部維護(hu)

      由于流(liu)體髒污或其(qi)它原因，需對(dui)儀表的測量(liàng)腔體及其🥵構(gou)件進行定期(qi)檢查或清洗(xi)。對于同規格(gé)的渦街流☂️量(liàng)計🌐，其漩渦發(fā)生體、導流體(ti)等核心組件(jian)不能互換，否(fǒu)則，須重新标(biāo)定儀表計量(liàng)系數并對其(qi)配帶的溫度(du)及壓爲傳感(gan)器進行系統(tǒng)校正。

5存(cun)在問題

      由于渦街流(liú)量計本質上(shang)是流體振動(dòng)型流量計，它(tā)🔞對外界振動(dong)、流體的流動(dòng)狀态特别敏(min)感。不僅能感(gǎn)受到傳感器(qi)受到的渦街(jiē)力，還可以感(gǎn)受到傳感器(qi)受到的其它(tā)力，如管道振(zhèn)動、管道流體(ti)⭐的沖擊力以(yi)及由于流體(ti)壓力的變化(hua)，産生🙇🏻的随機(jī)脈動壓力等(deng)♋，現場的幹擾(rao)對流量測量(liàng)會産生很大(dà)的影響。特别(bie)是在小流量(liang)🌍測量時，由于(yú)小流‼️量産生(shēng)的橫向升力(lì)較小，檢測信(xìn)号微🚶‍♀️弱，極易(yi)受流體沖擊(jī)振動噪聲和(hé)管道振動噪(zao)聲影響☁️。也即(jí)，該種儀表抗(kang)幹🧑🏾‍🤝‍🧑🏼擾的能力(lì)還有待于進(jin)一步提高。

      另外，由于(yu)渦街流量計(jì)投放市場的(de)時間較短，儀(yí)表的可靠性(xìng)和穩定性還(hái)有待于各種(zhǒng)複雜工況的(de)檢驗：測量精(jīng)度對流态及(jí)介🈲質髒污的(de)敏感程度有(you)待于研究：現(xiàn)場檢♻️定方法(fǎ)有待于進一(yi)步探索。

6結語

      渦(wo)街流量計在(zai)我廠投入使(shi)用幾年來，計(jì)量準确可靠(kào)，運行穩定，維(wéi)護簡易，在蒸(zheng)汽、煤氣計量(liang)中使用效㊙️果(guǒ)較好。随着現(xian)場總線技術(shu)、智能儀表技(jì)術及數字信(xin)号處🧑🏾‍🤝‍🧑🏼理技術(shù)⛹🏻‍♀️的發展，渦街(jie)流💘量計在耐(nai)高溫、抗震動(dong)、微功耗等方(fang)面技術也日(ri)臻成熟，在化(huà)工行業流🤟量(liang)測量中發揮(hui)的作用越來(lai)越大，應用前(qian)景非常廣⛷️闊(kuo)。