渦街流量計在(zài)化工行業流量測(cè)量中的應用

從流量儀表發展(zhǎn)狀況看，孔闆流量(liàng)應用範圍廣：但用(yong)标準孔闆流量計(ji)來測量流體流量(liang)，仍存在一些不足(zu)之處。多年來，人們(men)在努力尋找可靠(kao)、的流量計用于流(liú)量計量，發現渦街(jiē)流量計結構簡單(dān)，安裝維護方便 f與孔闆相比無(wu)需導壓管和三組(zǔ)閥，減少洩漏、堵塞(sāi)和凍結等現象），壓(ya)力損失較小（約爲(wei)孔闆流量計的 1/ 4- 1/2），量程範圍寬，量(liàng)程比可達 20BI(孔(kǒng)闆爲 3BI)，測量精(jīng)度比孔闆流量計(jì)高。除此之外，渦街(jiē)流量計還具有⭐使(shi)用💔壽命長、性能穩(wěn)定、适用流體種類(lei)多（可測量液體、氣(qi)體和蒸汽）、在規定(ding)的雷諾數範圍内(nei)儀表系數不受流(liu)體的溫度、壓力、黏(nián)度及成分變化的(de)影響等特點，已越(yue)來越受到人🏃們的(de)青睐。

1工作原(yuan)理

      渦街流量(liàng)計是基于流體振(zhèn)蕩原理的一種新(xīn)型流量測㊙️量儀表(biao)。測量原理如圖 1所示，當在流體(tǐ)中插入*動方向垂(chui)直的非線性型柱(zhu)體（旋渦發生體），在(zài)其下遊側會交替(tì)地産生二列内旋(xuan)的漩渦列，稱之爲(wei) “卡門渦列 ”。

      在一定的(de)雷諾數範圍内，漩(xuán)渦的釋放頻率 f與流過漩渦發(fā)生體的流體平均(jun1)速度 v及漩渦(wo)發生體特征寬度(dù) d有關，可用下(xià)式表示：

    f= StV／ d    (1)

式中，

    f)))漩渦的(de)釋放頻率；

    v》 )流過漩渦發生(shēng)體的流體平均速(sù)度；

    d》 )漩渦(wo)發生體特征寬度(dù)；

    St)))斯特羅哈數(shù) s trouhal(無量綱常數(shù) )。

    S．的值與(yu)漩渦發生體寬度(du) d和雷諾數 Re有關。

當雷(lei)諾數 Re<2@104時， S。爲變數； Re在 2@104 -7 @106的範圍内， S。值基本上保持不(bú)變，這段範圍爲流(liú)量計的基本測量(liàng)範圍。

    式 (1)表明，當 d和 St爲定值時，漩渦(wo)産生的頻率 f與流體的平均流(liú)速 v成正比而(er)與流體的溫度、壓(yā)力、密度、成分、黏度(dù)等參數無關。因此(ci)，可以從漩渦産生(shēng)的頻率 f求出(chu)流體的平均流速(sù) v，達到測量管(guan)道内流體的流量(liang) Q的目的。

    v=f Sd    (2)

    Q= vS=f Sd    (3)

    式（ 31中 S爲(wei)管道的截面積。

    Sds爲常數，令 =去 =}s，則 Q=f/K。式(shi)

中， K爲流(liú)量計的儀表系數(shu)（脈沖數／升），通常由(yóu)實際流量試驗求(qiu)出。

     由于漩渦(wō)發生體兩側交替(tì)産生漩渦，該漩渦(wō)力作用😄于檢🈲測體(ti)上，使之産生交變(bian)應力，該應力作用(yòng)在電元件上，産生(sheng)了與♋漩渦🌈頻率相(xiang)同的交變電荷信(xìn)号，通過轉換器處(chù)理後，輸出與漩渦(wō)頻❗率柏同的脈沖(chong)信号或與流量成(cheng)正比的 4- 20 mA DC信号(hào)到二次儀表，進行(hang)累積、顯示。

2.選(xuan)擇

渦街流量(liang)的選型一般分爲(wèi)型号的選擇和口(kou)徑的💞選擇兩步。

2.1  型号的選擇

    根據使用環境(jìng)和被測流體選擇(zé)不同結構的流量(liang)計。當流量計🆚周圍(wéi)環境溫度低于 60 e時，流量計可選(xuǎn)擇組合型，當流量(liang)計周圍環境溫度(du)🤞高于 60 e時，需選(xuan)擇分離型。

    當(dāng)使用環境爲易燃(ran)易爆場合時根據(ju)防爆等級選擇隔(gé)爆型✂️或本安型。一(yī)般環境選擇一般(ban)型。

    根據采集(jí)信号要求選擇不(bú)同的輸出形式，當(dang)需要流量累❤️積時(shí)可選擇脈沖輸出(chu)型或模拟 ( 4- 20 mA

DC)輸(shu)出型，當需要控制(zhi)時可選擇模拟 (4- 20 mADC)輸出型。

2.2  口(kǒu)徑的選擇

    渦(wo)街流量傳感器的(de)口徑應根據流速(sù)、流量來合理選擇(zé)，并非一定要與工(gong)藝管道同口徑。由(you)于渦街流量計流(liu)量⭐範圍👨‍❤️‍👨寬，因此口(kǒu)徑選擇主要是對(dui)下限流量。一般液(ye)體流速下限爲 0.5 m/s，氣體在 4-5 m/s範(fan)圍内選用，正常流(liú)量在測量範圍的(de) 1/2-2／ 3之間。一(yi)般情況下流量計(jì)生産廠家提供的(de)選型樣本隻給出(chū)✔️了🌂常用流體水、壓(ya)縮空氣、飽和蒸汽(qì)的流量測量範圍(wei)，其他流體則需通(tong)過計算選擇流量(liàng)計的口徑🏃，忽略這(zhè)一點往往會造♻️成(cheng)流量✍️計使用不正(zheng)常。

    根據多次(ci)選型的結果，筆者(zhe)認爲，适當減小流(liu)量計口徑，使沆速(sù)和雷諾數增大，使(shǐ)儀表常數*進入線(xian)性，可以提高儀表(biao)的精度，也有利于(yu)信号放大器的調(diào)整。

3 . 安   裝(zhuang)

      渦街流量計(ji)應安裝在隔熱、通(tōng)風、易維護的地方(fang)，盡量安裝在🤟遠離(lí)振動源和電磁幹(gan)擾較強的地方，振(zhèn)🐉動存在的地方必(bi)須采用減振裝置(zhì)，減少管道受振動(dòng)的影響。

      渦街(jie)流量計在管道上(shang)可水平、傾斜或垂(chui)直安裝。安裝位置(zhi)要注意，垂直安裝(zhuang)時，液體介質必須(xū)從下往上流動：需(xū)在管道上✨安裝溫(wēn)度、壓力傳感器或(huò)流量調節閥時，應(ying)将溫度、壓力傳感(gan)器和調節閥安裝(zhuang)在⛱️流量計下遊。

      渦街流量計前(qian)後必須有足夠長(zhang)的直管段，具體要(yao)🤩求見🌈表 1。所配(pei)管道内徑也必須(xū)和渦街流量變送(song)器内徑一緻🛀🏻，與管(guǎn)道連接的密封墊(niàn)内徑要比傳感器(qì)内徑略大，不能将(jiāng)密封墊凸入管道(dào)内。

    表 1  上(shàng)遊管道形式與直(zhí)管段長度要求

    直管段長度要(yao)求 fzui少）

    上(shàng)遊管道形式

    上遊彳孬一

同心收縮全開閥(fá)門     15 D    5D

一個 9(b彎頭     20D    SD

同心擴(kuò)管     25D    SD

同一平面(mian)兩個 9(b彎頭     25D    SD

不同平面兩個(ge) 9(b彎頭     40D    5D

調(diào)節閥半開閥門     50D    SD

      流量計供電電(diàn)源爲 + 24VDC,連接線(xian)要用屏蔽的信号(hao)電纜，布線時要遠(yuǎn)離強功率電👣源線(xiàn)，盡量用單獨金屬(shǔ)保護套管，接地要(yao)可靠🚩。

4注意事(shi)項

      爲讓該種(zhong)儀表能夠更好地(dì)服務于化工行業(yè)流量計量工作，根(gēn)據我廠近幾年應(yīng)用的實踐，以下幾(ji)方面應引起有關(guān)計量管理及使用(yong)部門的足夠重視(shì)。

4.1 儀表選型

      化工行業流體(ti)種類較多 f蒸(zheng)汽、煤氣、水、氫氣等(děng)），輸送流體的管線(xian)粗細差别很大 (DN15 -DN300)，流體的物理性(xìng)質（如溫度、壓力、密(mi)度、黏度）和化學性(xìng)質（腐蝕性）差異也(yě)很大，同時流量的(de)波動範圍較大。因(yīn)此渦街流量✨計的(de)選型是*關，也是zui重(zhong)要的一關。爲👌此，在(zai)選型過程💰中應把(ba)握住兩條基本原(yuan)則：一要保證生産(chan)安全，二要保證使(shi)用精度。化工行業(yè)首先考🔴慮渦街流(liu)量計的防爆性能(néng)要滿足現場要求(qiu)，其次必須抓實三(sān)💃個選型參數，即近(jin)期和遠期的zui大、zui小(xiǎo)及🎯常用瞬時流量(liang)（主要用于💋選定儀(yi)表♍的大小規格 1、被測介質的設(she)計壓力（主要用于(yu)選定儀表的公稱(chēng)壓力等級🈲 1、工(gōng)作壓力 f主要(yao)用于選定儀表壓(yā)力傳感器的壓力(li)等級 1。

4.2 檢(jiǎn)定（校準）

      目前(qián)對渦街流量計的(de)現場檢定還存在(zài)一定的困難。對用(yong)于大流量的貿易(yi)計量或重要的工(gōng)藝過程控制等比(bǐ)較重要場合的🈲流(liú)量計，現場不具備(bèi)流量在線标校條(tiáo)件的，僅憑生産廠(chǎng)家的出廠合格證(zhèng)明不能判定🍉該表(biao)性能是否合格。因(yin)此，爲确保儀表在(zài)今後的工作過程(cheng)中測量👣結果的準(zhun)确、可靠，安裝前有(you)必要将其送往有(yǒu)檢定（校準）資質的(de)機構進行檢🐅定（校(xiao)準 1。

4.3工藝(yi)安裝

    正确選(xuǎn)擇安裝點和正确(què)安裝傳感器都是(shì)非常重要🐉的環節(jie)，若🏃‍♀️在安裝中失誤(wù)，輕者影響測量準(zhun)确度，重者影響儀(yi)表使用壽命㊙️，導緻(zhì)損壞儀表。要盡可(kě)能避免振動及高(gao)溫高熱環境、遠離(lí)幹擾元件（如壓縮(suō)機、分離器、調壓閥(fa)、大小頭及彙管、彎(wan)頭等 1，保持儀(yi)表前後直管段同(tong)心及内壁光滑平(píng)直，保證被🐅測介⭐質(zhi)🈲爲潔淨的單相流(liú)體等。

4.4參數設(shè)置

     流量計的(de)儀表系數是在實(shí)驗室條件下校驗(yàn)的，現☁️場使用時，應(yīng)🌏對儀表系數進行(háng)修正。對配套二次(ci)儀表（智能流量積(ji)算儀 1的參數(shù)設定、組态工作以(yi)及流量測量網絡(luò)中各種參數設置(zhì)、軟件設計應符合(hé)工藝和流量計要(yào)求。

4.5後期管理(lǐ)

      爲保證儀表(biao)長期工作的準确(que)性、可靠性 f避(bì)免意外停運和數(shù)據丢失），在渦街流(liu)量計投運之後需(xū)㊙️加強對儀表本身(shen)及整個流量系統(tǒng)各環節日常管理(li)和周期維護。如定(dìng)期抄錄計量數據(ju)（每天或🈲每周）、日常(cháng)巡檢，按周期進行(háng)系統調校（ 1-2年(nian)），檢查儀表系數等(deng)。

4.6内部維護

      由于流體髒污(wu)或其它原因，需對(dui)儀表的測量腔體(tǐ)及其構件進行定(ding)期檢查或清洗。對(duì)于同規格的渦街(jie)流量計，其漩渦發(fā)㊙️生體、導流體等核(he)心組件不能🈚互換(huàn)，否則，須重新标定(ding)儀表計量系數并(bìng)對其配帶的溫度(dù)及壓爲傳感器進(jin)行系統校正。

5存在問題

      由(you)于渦街流量計本(ben)質上是流體振動(dong)型流量計，它💯對外(wai)界振動📐、流體的流(liu)動狀态特别敏感(gǎn)。不僅能感受到💔傳(chuán)感🏃🏻‍♂️器受到的渦街(jiē)力，還可以感受到(dao)傳感器受到的其(qí)它力，如管道振動(dòng)、管道流體的沖擊(jī)力以及由于流體(tǐ)壓力的變化，産生(sheng)👌的随機脈動壓力(li)等，現場的幹擾對(duì)流量測量會産生(sheng)很大的影響。特别(bié)是在小流量測㊙️量(liang)時，由于小流量産(chǎn)生的橫向🆚升力較(jiao)小，檢測信号微弱(ruo)，極易受流體沖擊(ji)振動噪聲和管道(dào)振動噪聲影響。也(ye)即，該種儀表抗幹(gan)擾的能力還有待(dài)于進一步提高⛱️。

      另外，由于渦街(jie)流量計投放市場(chang)的時間較短，儀表(biǎo)的可靠性和穩定(dìng)性還有待于各種(zhǒng)複雜工況的檢驗(yan)：測量精🈲度對流态(tai)🥵及介✏️質髒污的敏(min)感程度有待💋于研(yán)究：現場檢🧑🏾‍🤝‍🧑🏼定方法(fa)有待于進一步探(tan)索。

6結語

      渦街流量計在我(wo)廠投入使用幾年(nián)來，計量準确可靠(kào)，運行穩😘定，維護簡(jian)易，在蒸汽、煤氣計(jì)量中使用效果較(jiao)好。随🔱着現場總線(xian)技術、智能儀表技(jì)術及數字信号處(chu)理技術的發展，渦(wo)街流量計在🌏耐高(gao)溫、抗震✊動、微功耗(hào)等方面技術也日(ri)臻成熟，在化工行(hang)業流♋量測量中發(fā)🔴揮的作用越♉來越(yuè)大，應用前景非常(cháng)廣❓闊。