渦街流量計(ji)在化工行業(ye)流量測量中(zhōng)的應用

從流量儀表(biǎo)發展狀況看(kan)，孔闆流量應(ying)用範圍廣：但(dàn)用标準孔闆(pan)流量計來測(cè)量流體流量(liàng)，仍存在一些(xiē)不足之處♋。多(duo)年來，人們在(zài)努力尋找可(kě)靠、的流量計(jì)用于流♌量計(ji)量，發現渦街(jie)流量計結構(gòu)簡單，安裝維(wei)😄護方便 f與孔闆相比(bi)無需導壓管(guǎn)和三組閥，減(jiǎn)少洩漏、堵塞(sāi)和凍結等現(xiàn)🔆象），壓力損失(shi)較小（約爲孔(kong)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(cè)量精度比孔(kong)闆流量計高(gāo)。除此之外，渦(wō)街流量計🎯還(hái)具有❓使用壽(shou)命長、性能穩(wen)定、适用流體(tǐ)種類多（可測(ce)量液體、氣體(ti)和蒸汽）、在規(guī)定的雷諾數(shù)範圍内儀表(biao)系數不受流(liu)🎯體的溫度、壓(yā)力、黏度及成(cheng)分變化的影(yǐng)響等特點，已(yǐ)越來越受到(dao)人們的青睐(lai)。

1工作原(yuán)理

      渦街(jie)流量計是基(jī)于流體振蕩(dang)原理的一種(zhong)新型流量測(cè)🍓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(xia)遊側會交替(ti)地産生二列(liè)内旋的漩渦(wo)💔列，稱之爲 “卡門渦列(liè) ”。

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

    f= StV／ d    (1)

式(shì)中，

    f)))漩渦(wo)的釋放頻率(lǜ)；

    v》 )流(liú)過漩渦發生(shēng)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(fā)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(chí)不變，這段範(fan)圍爲流量計(jì)的基本測量(liàng)範圍。

    式(shì) (1)表明，當(dāng) d和 St爲定值時，漩(xuan)渦産生的頻(pin)率 f與流(liu)體的平均流(liú)速 v成正(zhèng)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(liàng)管道内流體(ti)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(liú)量計的儀表(biao)系數（脈沖數(shù)／升），通常由實(shi)際流量試驗(yàn)求📧出。

     由(you)于漩渦發生(sheng)體兩側交替(ti)産生漩渦，該(gai)漩渦力作用(yòng)于檢測體上(shang)，使之産生交(jiāo)變應力，該應(ying)力作用在電(dian)元件上，産生(shēng)了與漩渦頻(pin)率相同的交(jiao)變電荷信号(hào)，通過轉換器(qì)處理後，輸出(chu)與漩渦頻率(lǜ)柏同的脈沖(chòng)信号或與流(liú)量成正比的(de) 4- 20 mA DC信号到(dào)二次儀表，進(jin)行累積、顯示(shì)。

2.選擇

渦街流量(liàng)的選型一般(ban)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(gēn)據使用環境(jing)和被測流體(ti)選擇不同結(jie)構的流量計(ji)。當流量計⛹🏻‍♀️周(zhou)圍環境溫度(dù)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(gāo)于 60 e時，需(xu)選擇分離型(xíng)。

    當使用(yòng)環境爲易燃(rán)易爆場合時(shi)根據防爆等(deng)級選擇隔爆(bao)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(jī)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(liú)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(yǔ)工藝管道同(tong)口徑。由于渦(wo)街流量計流(liu)量範圍寬，因(yīn)此口徑選擇(ze)主要是對下(xià)限流量。一般(bān)液體流✔️速下(xià)限☎️爲 0.5 m/s，氣(qì)體在 4-5 m/s範(fan)圍内選用，正(zhèng)常流量在測(ce)量範圍的 1/2-2／ 3之間(jian)。一般情況下(xià)流量計生産(chan)廠家提供的(de)選型樣本隻(zhī)💃給出♌了常用(yòng)流體水、壓縮(suō)空氣、飽和蒸(zheng)汽的流🈲量測(cè)量範圍，其他(tā)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(zao)🌏成流量計使(shǐ)用不正常。

    根據多次(cì)選型的結果(guǒ)，筆者認爲，适(shi)當減小流量(liang)計口徑，使沆(hang)速和雷諾數(shu)增大，使儀表(biao)常數*進入線(xian)性，可以提高(gao)儀表的精🏃🏻度(du)，也有利于信(xìn)号放大器的(de)調整。

3 . 安(an)   裝

      渦街流量計(jì)應安裝在隔(ge)熱、通風、易維(wéi)護的地方，盡(jin)🌐量安裝在遠(yuǎn)離振動源和(hé)電磁幹擾較(jiào)強的地方，振(zhèn)動存在的地(dì)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(shàng)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(xià)往上流動：需(xū)在管道上❗安(ān)裝溫度、壓力(li)傳感器或流(liu)量調節閥時(shi)，應将✌️溫度、壓(ya)力傳感㊙️器和(hé)調節閥安裝(zhuang)在流量計下(xià)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(jian)表☔ 1。所配(pei)管道内徑也(yě)必須和渦街(jie)流量變送器(qì)内徑一緻，與(yǔ)管道連接的(de)密封墊内徑(jìng)要比傳感器(qi)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(duàn)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(ge) 9(b彎頭     20D    SD

同心擴管(guǎn)     25D    SD

同一平(píng)面兩個 9(b彎頭     25D    SD

不(bú)同平面兩個(ge) 9(b彎頭     40D    5D

調節閥半(ban)開閥門     50D    SD

      流量計供電(diàn)電源爲 + 24VDC,連接線要用(yòng)屏蔽的信号(hao)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(guan)，接地要可靠(kào)。

4注意事(shì)項

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

4.1 儀表選型

      化工行業(ye)流體種類較(jiao)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(dù)、黏度）和化學(xue)性質（腐蝕性(xing)）差異也很大(dà)，同時流量的(de)波動範圍較(jiào)大。因此渦街(jiē)流量計的✨選(xuǎn)型是*關，也是(shì)zui重要的一關(guān)。爲此，在選❗型(xing)過程中應把(ba)握住兩⭕條基(ji)本原則：一要(yào)保☁️證生産安(ān)🔞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(zu)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(shí)流量（主要用(yòng)于選定儀表(biǎo)的大小規格(ge) 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(zuo)壓力 f主(zhǔ)要用于選定(dìng)儀表壓力傳(chuan)感器的壓力(lì)等級 1。

4.2 檢定（校準(zhun)）

      目前對(duì)渦街流量計(ji)的現場檢定(dìng)還存在一定(dìng)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(deng)比較重要場(chǎng)✊合的流量計(ji)，現場不具備(bèi)流量在線标(biāo)校條件🈲的，僅(jǐn)憑生産廠家(jia)的出廠合格(gé)證明🔴不能判(pan)定該表性能(néng)☔是否合格。因(yin)此，爲确保儀(yi)表在☔今後的(de)工作🔞過程中(zhong)測量結果的(de)準确、可靠，安(ān)裝前有必要(yao)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(gōng)藝安裝

    正确選擇安(an)裝點和正确(que)安裝傳感器(qì)都是非常重(zhong)要的環節，若(ruo)在安裝中失(shi)誤，輕者影響(xiang)測量準确度(du)，重者影響儀(yí)表使用壽命(ming)，導緻損壞儀(yí)表。要盡可能(neng)避免振動及(ji)高溫高熱環(huan)境、遠離幹擾(rǎo)元件（如壓縮(suo)機、分離器📱、調(diao)壓閥、大小頭(tou)及彙管、彎頭(tou)等 1，保持(chi)儀表前後直(zhí)管段同心及(ji)内壁光滑平(píng)直，保證♈被測(ce)介質爲潔淨(jing)的單相流體(ti)等。

4.4參數(shù)設置

     流(liú)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(jin)行修正。對配(pèi)套二次儀表(biao)（智能流量積(ji)算儀 1的(de)參數設定、組(zǔ)态工作以及(jí)流量測量網(wǎng)絡中各種參(can)☂️數💔設置、軟🧡件(jiàn)設計應符合(hé)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(zuò)的準确性、可(kě)靠性 f避(bì)免意外停運(yun)和數據丢失(shi)），在渦街流量(liàng)計投運之📐後(hou)需加強對儀(yi)表本身及整(zheng)個流量系統(tǒng)各環節日常(cháng)管理和🤩周期(qi)維護。如定🈲期(qī)抄錄計量數(shù)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(yí)表系數等。

4.6内部維護(hù)

      由于流(liú)體髒污或其(qi)它原因，需對(duì)儀表的測量(liang)腔體及其🏃🏻構(gòu)件進🧡行定期(qī)檢查或清洗(xǐ)。對于同規格(ge)的渦街流量(liàng)計🔱，其漩渦發(fā)生體、導流體(ti)等核心組件(jiàn)不能互換，否(fou)🔱則，須重新标(biao)定儀表計量(liàng)系數并對其(qi)配帶的溫度(dù)及📞壓爲傳感(gǎn)器進行系統(tong)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(dong)型流量計，它(ta)對📞外界💁振動(dòng)、流體的流動(dòng)狀态特别敏(min)感。不僅能感(gan)受到傳感🔞器(qì)受☎️到的渦街(jiē)✍️力，還可以感(gan)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(děng)🈲，現場的幹擾(rǎo)對流量測量(liàng)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻會産生很大(dà)的影響。特别(bie)是在小流量(liàng)測量時，由于(yú)小流🌈量産生(sheng)的橫向升力(li)⛹🏻‍♀️較小，檢測信(xìn)号微弱，極易(yi)受流體沖擊(ji)振動噪聲和(he)🔞管道振動噪(zào)聲影響。也即(jí)，該種儀表抗(kang)幹擾的能力(li)還有待于進(jin)一步提高。

      另外，由于(yú)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(hai)有待于各種(zhong)複雜工況的(de)檢驗：測量精(jing)度對🐪流态及(ji)介質髒污的(de)敏感程度有(you)待于研究：現(xian)場檢定方法(fa)🌈有待于進一(yi)步探索。

6結語

      渦(wō)街流量計在(zài)我廠投入使(shǐ)用幾年來，計(ji)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(xiàn)場總線技🏃🏻‍♂️術(shù)、智能儀表技(jì)術及數字💯信(xìn)号處理技術(shù)的發展，渦街(jiē)流👌量計在耐(nài)高溫、抗震動(dong)、微功耗等方(fang)面技術也日(rì)臻♋成熟，在化(hua)工行業流量(liang)測量中發揮(huī)的作用越來(lai)越大，應用前(qián)景非常廣✨闊(kuo)。