渦街流(liú)量計在化(huà)工行業流量測量中的應用(yòng)

從流量儀表發展狀況看，孔闆流量應用範圍廣：但用标準孔闆流量計來測量流體流量，仍存在一些不足之(zhī)處。多年來，人們在努(nǔ)力尋找可靠、的流量計用(yòng)于流量(liàng)計量，發現渦街流量計結構(gòu)簡單，安裝維護方便 f與孔闆相比無(wú)需導壓管和三組閥，減少洩漏(lòu)、堵塞和凍結等現象），壓力損失(shī)較小(xiǎo)（約爲孔闆流量計的 1/ 4- 1/2），量程範圍(wéi)寬，量程比可達 20BI(孔闆爲 3BI)，測量精度比孔闆流量計高。除此之外，渦街流量(liàng)計還具有(yǒu)使用壽命長、性能穩定、适用流體(tǐ)種類多（可測(cè)量液(yè)體、氣體和蒸汽）、在規(guī)定的雷諾(nuò)數範圍内儀表系數不受流體的溫度、壓(yā)力、黏度及成分變(biàn)化的影響等特點，已越來(lái)越受到人們的青睐(lài)。

1工作原理

      渦街流量計是基于流(liú)體振(zhèn)蕩原理的一種新型流量測量(liàng)儀表。測量原理如圖 1所示(shì)，當在(zài)流體中插入*動方(fāng)向垂直的非線性(xìng)型柱體（旋渦發生體），在其下遊側會(huì)交替地産生二列(liè)内旋的漩渦(wō)列，稱(chēng)之爲 “卡門渦(wō)列 ”。

      在一(yī)定的雷諾數範圍(wéi)内，漩渦的釋放頻(pín)率 f與流過(guò)漩渦發生(shēng)體的流體(tǐ)平均速度 v及漩渦發(fā)生體特征寬度 d有(yǒu)關，可用下式表示：

    f= StV／ d    (1)

式中，

    f)))漩(xuán)渦的釋放頻率；

    v》 )流過漩渦發生體的流體平均速(sù)度；

    d》 )漩(xuán)渦發生體特(tè)征寬(kuān)度；

    St)))斯特(tè)羅哈數 s trouhal(無(wú)量綱(gāng)常數 )。

    S．的(de)值與漩渦發生體(tǐ)寬度 d和雷諾數(shù) Re有(yǒu)關。

當雷諾數 Re<2@104時， S。爲變數； Re在(zài) 2@104 -7 @106的範圍内， S。值基本上保持不變，這段範圍爲流量計的基本測量範圍。

    式 (1)表明，當(dāng) d和 St爲定值時，漩渦産生的頻率 f與流(liú)體的(de)平均(jun1)流速 v成正(zhèng)比而與(yǔ)流體的溫度、壓力、密度、成分、黏度等參(cān)數無關。因此，可以從漩渦産生的頻率 f求出流體的平均(jun1)流速 v，達到測量(liàng)管道内流體的流量 Q的目的。

    v=f Sd    (2)

    Q= vS=f Sd    (3)

    式(shì)（ 31中 S爲管道的截面積。

    Sds爲常數，令 =去 =}s，則(zé) Q=f/K。式

中， K爲流量計的儀表(biǎo)系數（脈沖數(shù)／升），通常由實際流量試(shì)驗求出。

     由于(yú)漩渦發(fā)生體兩側交替産生漩渦，該漩渦力作用于檢測(cè)體上，使之産生交變應力，該應力(lì)作用在電元件上(shàng)，産生了與漩渦(wō)頻率相同的交變電(diàn)荷信号，通過轉換(huàn)器(qì)處理後，輸出與漩渦頻率柏同的脈沖信(xìn)号或與流(liú)量成正比的 4- 20 mA DC信号到二次儀表(biǎo)，進行累積(jī)、顯示。

2.選擇

渦街流量的選型一般分爲(wèi)型号的選擇(zé)和口徑的選擇兩步。

2.1  型号的選擇

    根據使用環境和被測流體選擇不同結構的流量計。當流量計周圍環境溫度低于(yú) 60 e時，流量計可選擇組合型，當流量計(jì)周圍環境溫度高于 60 e時，需(xū)選擇分離型。

    當使用環境(jìng)爲易燃(rán)易爆場合時(shí)根據防爆等級選擇隔爆型或本安型。一般環境選擇一般型。

    根據(jù)采集信号要求選擇不同的輸(shū)出形(xíng)式，當需要流量累積時(shí)可選擇脈沖(chòng)輸出型或模拟 ( 4- 20 mA

DC)輸出型，當需要(yào)控制時可選擇(zé)模拟 (4- 20 mADC)輸出型。

2.2  口徑的選擇(zé)

    渦街流量傳(chuán)感(gǎn)器的口徑應(yīng)根據流速、流量來合理(lǐ)選擇，并非一定要與工藝管(guǎn)道同口(kǒu)徑。由于渦街流量計流量(liàng)範圍寬，因(yīn)此口徑選擇主要是對下限流量。一般液體流速下限爲 0.5 m/s，氣體(tǐ)在 4-5 m/s範圍内(nèi)選用，正常流量在測量範圍的 1/2-2／ 3之間。一般情況下流量計生産廠家提(tí)供的選型樣本隻給出了常(cháng)用流(liú)體水、壓縮空氣、飽和(hé)蒸汽的流量測量範圍，其他流體則需通(tōng)過計算選擇流量計的口徑，忽略這一點往往會(huì)造成流量計使用不正常。

    根據多次選型的結果(guǒ)，筆者認(rèn)爲，适當減小流量計口徑(jìng)，使沆速和雷諾數(shù)增大，使儀(yí)表常數*進入線性，可以提高儀表的精度，也有利于信号(hào)放大器的調整。

3 . 安   裝

      渦街流量計應安裝在隔熱、通風、易維護的地方，盡量安裝在(zài)遠離振動源和電磁幹擾較強(qiáng)的地(dì)方，振動存在的地方必須采用(yòng)減振(zhèn)裝置，減少管道受振(zhèn)動的影響。

      渦街流量計在(zài)管道上可水平(píng)、傾斜(xié)或垂直安裝。安裝位置要(yào)注意，垂直(zhí)安裝時，液體介(jiè)質必須從下往上(shàng)流動：需在管道上安(ān)裝溫度、壓力傳感器或流量調節閥時，應将溫度、壓力傳感器和調節閥安裝在流量計下遊。

      渦街流量計前後必須有足夠長的直管段，具體要(yào)求見表 1。所配(pèi)管道内徑也必須和渦街流量(liàng)變送器内徑一緻(zhì)，與管道連接的密(mì)封墊内徑要比(bǐ)傳感器内(nèi)徑略大，不(bú)能将密封墊(niàn)凸入管(guǎn)道内。

    表 1  上遊管(guǎn)道形式與直管段長度要求(qiú)

    直管段長度要求 fzui少）

    上遊管道(dào)形式(shì)

    上(shàng)遊彳孬一(yī)

同心收縮全(quán)開(kāi)閥門     15 D    5D

一個(gè) 9(b彎頭     20D    SD

同心擴管     25D    SD

同一(yī)平(píng)面兩個 9(b彎頭     25D    SD

不同(tóng)平面兩個 9(b彎頭(tóu)     40D    5D

調節閥半開閥(fá)門     50D    SD

      流量計(jì)供電電源爲 + 24VDC,連接線(xiàn)要用屏蔽的信号電纜(lǎn)，布線時(shí)要遠離強功率電源(yuán)線，盡量用單獨金(jīn)屬保護套管(guǎn)，接地(dì)要可(kě)靠。

4注意事項

      爲讓該(gāi)種儀表能夠更(gèng)好地服務于(yú)化工行業流量計量工作，根據我(wǒ)廠近幾年應用的實踐，以下幾方面應引起(qǐ)有關計量管理及使用部門的足夠(gòu)重視。

4.1 儀表選型(xíng)

      化工行業流體種(zhǒng)類較(jiào)多 f蒸汽、煤氣、水、氫(qīng)氣等），輸送流(liú)體的管線粗細差别很(hěn)大 (DN15 -DN300)，流體的物(wù)理(lǐ)性質（如溫度、壓力(lì)、密度(dù)、黏度）和化學性質（腐蝕性）差異也很大，同時流量的波動範圍較大。因此渦街(jiē)流量計的選型(xíng)是*關，也(yě)是zui重要的一關。爲(wèi)此，在(zài)選型過程中應把握住兩條基本原則：一要保證生産安(ān)全，二要保證使用精度。化工行業首先考慮渦街流量計的防爆(bào)性能要滿足現場要求，其次必須抓實三個選型參數(shù)，即近期和遠期的(de)zui大、zui小及常用瞬時流量（主要用于選定儀表(biǎo)的大小規格 1、被測介(jiè)質的設計壓力（主(zhǔ)要用于選定(dìng)儀表的(de)公稱壓力等(děng)級 1、工作壓力 f主要用(yòng)于選定儀(yí)表壓力傳感器的壓力等級 1。

4.2 檢定（校準）

      目前對渦街流量(liàng)計的現場檢定(dìng)還(hái)存在一(yī)定的困難。對用于大流量(liàng)的貿易計量或重要的工藝過程控制等比較重要場合的流(liú)量計，現場不具備流量在(zài)線标(biāo)校條件的，僅憑生産廠家的出廠合格證明不能判定該表性能是否合(hé)格。因此，爲确保儀表在今後的工作(zuò)過程中測量結(jié)果的準确、可靠，安裝前有必要将其送往有檢定（校準）資質的機構進行檢定（校準(zhǔn) 1。

4.3工藝安裝

    正确選擇安裝(zhuāng)點和正确安裝傳感器(qì)都是非常重要的(de)環節，若在安(ān)裝中失(shī)誤，輕者影響測量準确度，重者影響儀表使用壽命，導緻損壞(huài)儀表。要(yào)盡可能避免振動及高溫高熱環(huán)境、遠離幹擾元件（如壓縮機(jī)、分離器、調壓閥、大小頭(tóu)及彙(huì)管、彎(wān)頭等 1，保(bǎo)持儀表前後直管段同心及内壁光滑平直，保證被測介質爲潔淨的(de)單相流體等。

4.4參數設置

     流量計的儀表系數是在實(shí)驗室條件下校驗的(de)，現場(chǎng)使(shǐ)用時，應對儀表系數進行修正。對(duì)配套二次儀表（智能(néng)流量積算儀 1的(de)參數設定、組态工作(zuò)以及流量測量網絡(luò)中各種參(cān)數設置、軟件設計應符合工藝(yì)和流量計要求。

4.5後期管理

      爲保(bǎo)證儀表長期(qī)工作的(de)準确性、可靠性 f避免意外停運和(hé)數(shù)據丢失），在渦街流量計投運之後需加強對(duì)儀表本身及整個流量系統各環節日常管理和周期維護。如定期抄錄計量數據（每天或每(měi)周）、日常巡檢，按周期(qī)進行系統調校（ 1-2年），檢查儀表系數等。

4.6内部維(wéi)護

      由于流體髒污或(huò)其它原因，需(xū)對儀表的測量(liàng)腔體及其構件進(jìn)行定期檢查或清洗。對于同規格的渦街流量計，其漩渦發生(shēng)體、導(dǎo)流體等核心組件不能互換，否則，須重新(xīn)标定儀表計量系數并對其配帶的溫度及壓(yā)爲傳感器進行(háng)系統校正。

5存在問題

      由于渦街(jiē)流量計本質上是流(liú)體(tǐ)振動型流量計，它對外界振動、流體的流動狀态特别(bié)敏感(gǎn)。不僅能感受到傳感器受到的(de)渦街力，還可以感受到傳感器(qì)受到的其它力，如管道(dào)振動、管道流體(tǐ)的沖擊力以及由于流體(tǐ)壓力的變化，産生(shēng)的随機脈動(dòng)壓力(lì)等，現場的幹擾對流量測量會産生很大的影響。特别是在小流量測量時，由于小流量産生的橫向升力(lì)較小，檢測(cè)信号(hào)微弱(ruò)，極易(yì)受流體(tǐ)沖擊振動噪聲和(hé)管道振動噪聲影響。也即，該種儀表抗幹擾的能(néng)力還(hái)有待于進一步提高。

      另外，由于渦(wō)街流量計投放市場的時間(jiān)較短，儀表的可靠性和(hé)穩定性還有待于各種複雜工況的檢驗：測量精度對流态及(jí)介質髒污(wū)的敏感程度有待于研究：現場檢定方法有(yǒu)待于進一步探索。

6結語

      渦街流量計在我廠投入使用(yòng)幾年來，計量準确可靠，運行(háng)穩定，維(wéi)護簡易，在蒸汽、煤氣計量中使用效果較好。随着現場總線技(jì)術、智能儀表技(jì)術及數字信号處理技術的發(fā)展，渦街流量計在耐高溫、抗震動、微功耗等方面技術也日臻成熟，在(zài)化(huà)工行業流量測量中發揮的作(zuò)用越來越大，應(yīng)用前景非常廣闊。