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(biao)發展狀況看(kan)，孔闆流量應(yīng)用範圍廣：但(dàn)用🚶‍♀️标🔴準孔🤟闆(pan)流量計來測(ce)量流體流量(liàng)，仍存在一些(xie)🛀🏻不足之處。多(duo)年來，人們在(zai)努力尋找可(kě)靠、的流量計(ji)用于流量計(jì)量，發現渦街(jie)流量計結構(gòu)簡單，安裝維(wéi)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(sai)和凍💋結等現(xian)象），壓力損失(shī)較小（約爲孔(kong)闆流量計的(de) 1/ 4- 1/2），量程範(fan)圍寬，量程比(bǐ)可達 20BI(孔(kǒng)闆爲 3BI)，測(ce)量精度比孔(kong)闆流量計高(gao)。除此之外，渦(wo)街流量計還(hái)具有使🔱用壽(shou)命長、性能穩(wen)定、适用流體(ti)種類多（可測(ce)量液體、氣體(tǐ)☁️和蒸汽）、在規(guī)定的雷諾數(shù)範圍内儀表(biǎo)系數不受流(liú)體的溫度、壓(ya)力、黏度及✍️成(cheng)分變化的影(ying)響等特點，已(yi)越來越受到(dào)人們的青睐(lài)。

1工作原(yuan)理

      渦街(jiē)流量計是基(ji)于流體振蕩(dang)原理的一種(zhǒng)新型流量測(ce)量儀表🈲。測量(liang)原理如圖 1所示，當在(zài)流體中插入(ru)*動方向垂直(zhí)的非線性型(xíng)柱體（旋👉渦發(fā)生體），在其下(xià)遊側會交替(tì)地産生二列(liè)内♊旋的漩渦(wo)💃列，稱之爲 “卡門渦列(lie) ”。

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

    f= StV／ d    (1)

式(shi)中，

    f)))漩渦(wō)的釋放頻率(lü)；

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

    d》 )漩渦發(fa)生體特征寬(kuan)度；

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

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

當雷諾數(shu) Re<2@104時， S。爲變數； Re在 2@104 -7 @106的範(fan)圍内， S。值(zhi)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(shì) (1)表明，當(dāng) d和 St爲定值時，漩(xuán)渦産生的頻(pin)率 f與流(liu)體的平均流(liú)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(wú)🔞關。因此，可以(yi)從漩渦産生(sheng)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(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(liú)量計的儀表(biǎo)系數（脈沖數(shù)／升），通常由實(shí)際流量試驗(yan)🌏求出。

     由(you)于漩渦發生(sheng)體兩側交替(ti)産生漩渦，該(gāi)漩渦力作用(yong)于檢測體上(shàng)，使之産生交(jiāo)變應力，該應(yīng)力作用在電(dian)元件上，産生(shēng)了與漩渦頻(pin)率相同的交(jiāo)變電荷信号(hào)，通過轉換器(qi)處理後，輸出(chu)與漩渦頻率(lü)柏同的脈沖(chòng)信号或與流(liu)量成正比的(de) 4- 20 mA DC信号到(dao)二次儀表，進(jìn)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(bu)。

2.1  型号的(de)選擇

    根(gēn)據使用環境(jing)和被測流體(tǐ)選擇不同結(jié)構的流量計(jì)。當流量計周(zhōu)圍環境溫度(dù)低于 60 e時(shí)，流量計可選(xuǎn)擇組合型，當(dāng)流量計周圍(wéi)環境溫度高(gāo)于 60 e時，需(xū)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(bào)🐆型💜或本安型(xing)。一般環境選(xuǎn)擇一般型。

    根據采集(ji)信号要求選(xuan)擇不同的輸(shū)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(shu)出型，當需要(yào)控制時可選(xuǎn)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(jù)流速、流量來(lai)合理選擇，并(bing)非一定要與(yu)工藝管道同(tong)口徑。由于渦(wō)街流✍️量計流(liu)量範圍寬，因(yin)此口徑選擇(ze)主要是對下(xia)限流☎️量。一般(ban)液體流速下(xià)限爲 0.5 m/s，氣(qi)體在 4-5 m/s範(fàn)圍内選用，正(zheng)常流量在測(ce)量範圍的 1/2-2／ 3之間(jian)。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(yòng)流體水、壓縮(suo)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(kǒu)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(ci)選型的結果(guo)，筆者認爲，适(shì)當減小流量(liàng)計口📧徑，使沆(hang)速和雷諾數(shu)增大，使儀表(biǎo)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(ān)   裝

      渦街流量計(ji)應安裝在隔(gé)熱、通風、易維(wei)護的地方，盡(jìn)量🔞安裝在🙇‍♀️遠(yuan)離振動源和(hé)電磁幹擾較(jiao)強的地方，振(zhen)動存在的地(dì)方必須📞采用(yong)減振裝置，減(jiǎn)少管道受振(zhen)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(zhuang)。安裝位置要(yao)注✊意，垂直安(ān)裝時，液體介(jiè)質必須從下(xià)往上流動：需(xu)在管🌈道上安(an)裝溫度、壓力(lì)傳感器或流(liu)量🐅調節閥時(shí)，應将溫度、壓(yā)力傳感器和(hé)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(gòu)長的直管段(duàn)，具體要求見(jian)表 1。所配(pèi)管道内徑也(ye)必須和渦街(jiē)流量變送器(qi)内徑一緻，與(yu)🔆管🔞道連接的(de)密封墊内徑(jing)要比傳感器(qi)内徑略大，不(bu)能将🈲密封墊(niàn)凸入管道内(nèi)。

    表 1  上遊管道形(xíng)式與直管段(duàn)長度要求

    直管段長(zhang)度要求 fzui少）

    上遊(you)管道形式

    上遊彳孬(nao)一

同心(xin)收縮全開閥(fá)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(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(yong)屏蔽的信号(hào)電纜，布線時(shi)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(rang)該種儀表能(neng)夠更好地服(fu)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(yǐ)下幾方面應(ying)引起有關計(ji)量管理及使(shi)用部門的足(zú)夠重視。

4.1 儀表選型

      化工行業(ye)流體種類較(jiào)多 f蒸汽(qi)、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(wù)理性質（如溫(wen)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(xuǎn)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(ji)本原則：一要(yao)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(zú)現場要求，其(qi)次必須抓實(shi)三個🐇選型參(cān)數，即近期和(he)遠期的zui大🌈、zui小(xiao)及常用瞬時(shi)流量（主要用(yòng)于選定儀表(biao)的大小規格(gé) 1、被測介(jie)質的設計壓(yā)力（主要用于(yú)選定儀表的(de)公稱🈲壓力等(děng)級 1、工作(zuo)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(zhun)）

      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(deng)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(gé)證明不能判(pan)定該表性能(neng)是否合格。因(yin)此，爲确保儀(yí)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(zi)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(ān)裝點和正确(què)安裝傳感器(qi)都是非常重(zhong)要的🔞環節，若(ruò)☂️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(mìng)，導緻損壞儀(yi)表。要盡可能(néng)✌️避免振❤️動及(ji)高☂️溫高熱環(huan)境、遠離幹擾(rao)☔元件（如壓縮(suō)機、分離器🎯、調(diào)壓閥、大小頭(tou)及彙管、彎頭(tóu)等 1，保持(chi)儀表前後直(zhi)管段同心及(ji)内壁光滑平(píng)直，保證❤️被☎️測(ce)介❓質爲潔淨(jìng)的單相流體(ti)等。

4.4參數(shù)設置

     流(liu)量計的儀表(biao)系數是在實(shi)驗室條件下(xia)校驗的，現場(chǎng)使用時，應對(dui)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(zu)态工作以及(jí)流量測量網(wang)絡中各種✏️參(can)數設置🏃‍♀️、軟件(jian)設計應符合(hé)工藝和流量(liang)計要求。

4.5後期管理

      爲保證儀(yi)表長期工作(zuo)的準确性、可(ke)靠性 f避(bì)免意外停運(yùn)和數據丢失(shi)），在渦街流量(liang)計投運之後(hou)需加❄️強對儀(yí)表本身及整(zheng)個流量系統(tǒng)各環節日常(cháng)管理和周期(qī)維護。如定期(qi)抄錄計量數(shù)據（每天或每(mei)周）、日常巡檢(jian)，按周期進行(hang)系👣統調校（ 1-2年），檢查儀(yi)表系數等。

4.6内部維護(hù)

      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(qī)檢查或清洗(xǐ)。對于同規格(ge)的渦街流量(liang)計，其漩渦發(fa)生體、導流體(ti)等核心組件(jiàn)不能互換，否(fǒu)♻️則，須重新标(biao)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(tong)校正。

5存(cún)在問題

      由于渦街流(liu)量計本質上(shang)是流體振動(dong)型流量計，它(tā)☎️對外✂️界振動(dòng)、流體的流動(dong)狀态特别敏(mǐn)感。不僅能感(gan)受到傳感器(qì)受到的渦街(jie)力，還可以感(gǎn)受到傳感器(qì)受到的其它(ta)力，如管道振(zhen)動、管道流體(ti)🌈的沖擊力以(yi)及由于流體(tǐ)壓力的變化(huà)，産生的随機(ji)脈動壓力等(děng)，現場的幹擾(rǎo)🏃‍♀️對流量測量(liang)會産生很大(da)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(yì)受流體沖擊(ji)振動噪聲和(he)💃🏻管道振動噪(zào)聲影響。也即(ji)，該種儀表抗(kàng)幹擾的能力(li)還有待于進(jìn)一步提高。

      另外，由于(yu)渦街流量計(ji)投放市場的(de)時間較短，儀(yi)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(jīng)度對🆚流态及(ji)介✔️質髒污的(de)敏感程度有(yǒu)待于研究🐇：現(xiàn)場檢🌏定方法(fǎ)有待于進一(yī)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(wei)護簡易，在蒸(zheng)汽、煤氣計量(liàng)中使用效果(guo)較❓好。随着現(xian)⚽場總線技♊術(shu)、智能儀表技(jì)術及數字信(xìn)号處理技術(shu)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(ri)臻成熟，在化(hua)工行業流量(liang)測量中發揮(hui)的作用越來(lai)越大，應用㊙️前(qián)景非常廣闊(kuò)。