渦街流量計在(zai)化工行業流量測(cè)量中的應用

從流量儀表發展(zhan)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(liàng)，仍存在一些不足(zú)之處。多年來，人們(men)在努力尋找可靠(kao)、的流量計用于流(liu)量計量♊，發現渦街(jie)流量計結構簡單(dān)，安裝維護方便 f與孔闆相比無(wú)需導壓管和三組(zu)閥，減少洩漏、堵塞(sāi)和凍結等現✌️象），壓(ya)力損失較小（約爲(wèi)孔闆流量計的🔱 1/ 4- 1/2），量程範圍寬，量(liang)程比可達 20BI(孔(kǒng)闆爲 3BI)，測量精(jing)度比孔闆流量計(jì)高。除此之外，渦街(jie)流量計還具有使(shǐ)用壽命長、性能穩(wen)定、适用流體種類(lèi)多（可🚩測量液體、氣(qì)體和蒸汽）、在規定(ding)的雷諾數範圍内(nèi)儀表系數不受流(liú)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(yuán)理

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

      在一定的(de)雷諾數範圍内，漩(xuan)渦的釋放頻率 f與流過漩渦發(fa)生體的流體平均(jun)速度 v及漩渦(wō)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(sheng)體的流體平均速(su)度；

    d》 )漩渦(wo)發生體特征寬度(du)；

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

    S．的值與(yǔ)漩渦發生體寬度(dù) 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(bu)變，這段範圍爲流(liu)量計的基本測量(liàng)範🚶‍♀️圍🔴。

    式 (1)表明，當 d和 St爲定值時，漩渦(wō)産生的頻率 f與流體的平均流(liu)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(cǐ)，可以從漩渦産生(shēng)的頻率 f求出(chu)流體的平均流速(su) v，達到測量管(guǎn)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(wo)發生體兩側交替(tì)産生漩渦，該漩渦(wo)力作用于檢測體(ti)上，使之産生交變(biàn)應力，該應力作用(yòng)在🍓電元件上⭐，産生(shēng)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼了與漩渦頻率相(xiang)同的交變電荷信(xin)号，通過📧轉換器處(chù)理後🔞，輸出與漩渦(wo)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(hao)到二次儀表，進行(háng)累積、顯示。

2.選(xuan)擇

渦街流量(liang)的選型一般分爲(wei)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(liàng)😄計。當流🎯量計😘周圍(wei)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(dù)高于 60 e時，需選(xuǎn)擇分離型。

    當(dang)使用環境爲易燃(ran)易爆場合時根據(jù)防爆等級選擇⭐隔(ge)爆型或本安型。一(yī)般環境選擇一般(bān)型。

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

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

2.2  口(kou)徑的選擇

    渦(wō)街流量傳感器的(de)口徑應根據流速(su)、流量來合理選擇(ze)，并🌐非🈚一💰定要與工(gōng)藝管道同口徑。由(you)于渦街流☎️量計流(liú)量㊙️範圍⚽寬，因此口(kǒu)徑選擇主要是對(duì)下限流量。一般液(yè)體流☂️速下限爲 0.5 m/s，氣體在 4-5 m/s範(fàn)圍内選用，正常流(liú)量在測量範圍的(de) 1/2-2／ 3之間。一(yī)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(yā)縮空氣、飽和蒸汽(qi)的流量測量範圍(wéi)，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(liú)量計👈口徑，使沆速(sù)和雷諾數增大，使(shǐ)儀表常數*進入線(xiàn)性，可以提高儀表(biao)💰的精度，也有利于(yú)信号放大器的調(diào)整。

3 . 安   裝(zhuang)

      渦街流量計(jì)應安裝在隔熱、通(tōng)風、易維護的地方(fāng)，盡量安裝在遠離(lí)振動源和電磁幹(gàn)擾較強的地方，振(zhèn)動存在的地方必(bì)須采用減振裝置(zhi)，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(chuí)直安裝。安裝位置(zhi)要⛱️注意，垂直安裝(zhuāng)時，液體介質必須(xu)從下往上流動：需(xu)在管✍️道上安裝溫(wen)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(zhǎng)的直管段，具體要(yao)求見表 1。所配(pei)管道内徑也必須(xu)和渦街流量變送(sòng)器内徑一緻，與管(guan)道連接的密封墊(niàn)内徑要比傳感器(qi)内徑略大，不能将(jiāng)密封墊凸入管道(dao)内。

    表 1  上(shang)遊管道形式與直(zhi)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(diao)節閥半開閥門     50D    SD

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

4注意事(shì)項

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

4.1 儀表選型

      化工行業流體(tǐ)種類較多 f蒸(zheng)汽、煤氣、水、氫氣等(děng)），輸送流體的管線(xiàn)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(xing)‼️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(bǎ)握住兩條基本原(yuan)則：一要保證生産(chan)安全，二要保㊙️證使(shǐ)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(qiú)，其次必須抓實三(san)個選型參數，即近(jìn)🏃期和遠期的zui大、zui小(xiǎo)及常用瞬時流量(liàng)（主要用于選定儀(yi)表的大小規格 1、被測介質的設(shè)計壓力（主要用于(yu)選定儀表的公稱(cheng)壓力🏒等🌏級 1、工(gong)作壓力 f主要(yao)用于選定儀表壓(ya)力傳感器的壓力(lì)等級 1。

4.2 檢(jian)定（校準）

      目前(qián)對渦街流量計的(de)現場檢定還存在(zai)一定的困難。對用(yong)🐇于大✍️流量的貿易(yì)計量或重要的工(gōng)藝過程控制等比(bi)較重要場🌈合的流(liú)量計，現場不具備(bèi)流量在線标校條(tiao)件❌的，僅憑生産廠(chǎng)家的出廠合格證(zheng)明不能判定📧該表(biǎo)性能是否合格。因(yin)此，爲确保儀表在(zai)♉今後的工作過程(cheng)中測量結果的準(zhǔn)确、可靠，安裝前🌈有(yǒu)必要将其送往有(yǒu)檢定（校準）資質的(de)機構進行檢定（校(xiào)準 1。

4.3工藝(yì)安裝

    正确選(xuǎn)擇安裝點和正确(què)安裝傳感器都是(shi)非常重要🌈的環🔱節(jie)，若🌏在安裝中失誤(wù)，輕者影響測量準(zhǔn)确度，重者影響🧡儀(yi)表使用🛀壽命，導緻(zhi)損壞儀表。要盡可(ke)能避免振動及高(gāo)🥰溫高熱環境、遠離(li)幹擾元件（如壓縮(suo)🍓機、分離器、調壓閥(fá)、大小頭及彙管、彎(wān)頭等 1，保持儀(yí)表前後直管段同(tong)心及内壁光滑平(píng)直，保證被測介質(zhì)爲潔淨的單相流(liu)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(yan)的，現場使📱用時，應(ying)對儀表系數進行(háng)修正。對配套二次(cì)儀表（智能流量積(jī)算儀🌍 1的參數(shu)設定、組态工作以(yi)及流量測量網絡(luo)中各種參數👌設☁️置(zhì)、軟件設計應符合(he)工藝和流量計要(yao)求。

4.5後期管理(li)

      爲保證儀表(biao)長期工作的準确(què)性、可靠性 f避(bì)免意外停運和數(shù)據丢失），在渦街流(liú)量計投運之✂️後需(xu)加🔞強對🔞儀表本身(shen)及整個流量系統(tǒng)各環節日常管理(lǐ)和周期維護。如定(ding)期抄錄計量數據(ju)（每天或🏃‍♂️每周）、日👅常(chang)巡檢，按周期😘進行(hang)系統調校（ 1-2年(nián)），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(duì)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(jiē)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(du)及壓爲傳感🏃🏻‍♂️器進(jìn)行系統校正。

5存在問題

      由(yóu)于渦街流量計本(ben)質上是流體振動(dong)型流量計，它‼️對外(wài)界振動、流體的流(liú)動狀态特别敏感(gan)。不僅能感受到傳(chuán)感器受🥵到的渦街(jie)力，還可以感受到(dao)傳感器受到的其(qí)它力，如管道振動(dong)、管道流體🈲的沖擊(ji)力以及由于流體(tǐ)壓力的變化，産生(sheng)的随機脈動壓力(lì)等，現場的幹擾🚩對(dui)流量測量會産生(shēng)很大📧的影響。特别(bie)是在小流量測量(liàng)時，由于小流♈量産(chǎn)生的橫向升力💃較(jiao)小，檢測🚩信号微弱(ruò)，極易受流體沖擊(ji)振動噪聲和🐅管道(dao)振動噪聲影響。也(ye)即，該種儀表抗幹(gàn)擾的能力還有待(dai)于進一步提高。

      另外，由于渦街(jie)流量計投放市場(chǎng)的時間較短，儀表(biǎo)的可靠性和⭐穩定(dìng)性還有待于各種(zhong)複雜工況的檢驗(yàn)：測量精度對流态(tài)及介質髒污的敏(min)感程度有待于研(yan)究：現場檢☀️定方法(fa)有待于進一步探(tàn)索。

6結語

      渦街流量計在我(wǒ)廠投入使用幾年(nián)來，計量準确可靠(kao)，運♻️行穩定，維護簡(jiǎn)易，在蒸汽、煤氣計(ji)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(gāo)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(fa)揮的作用越來越(yue)大，應用前景非常(chang)廣闊。