渦街流量計(jì)在化工行業(ye)流量測量中(zhong)的應用

從流量儀表(biao)發展狀況看(kan)，孔闆流量應(ying)用範圍廣：但(dan)用标準孔闆(pǎn)流量計來測(ce)量流體流量(liang)，仍存在一些(xie)不足之處。多(duo)年來，人👉們在(zài)努力尋找可(kě)靠、的流量計(ji)用于流量計(jì)量，發現渦街(jiē)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(guan)和三組閥，減(jian)少洩漏、堵塞(sai)🌈和凍🌂結等現(xiàn)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(fàn)圍寬，量程比(bǐ)可達 20BI(孔(kong)闆爲 3BI)，測(ce)量精度比孔(kong)闆流量計高(gao)。除此之外，渦(wō)街流量計還(hái)具有使用壽(shou)命長、性能穩(wěn)定、适用流體(tǐ)種類多（可測(cè)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(yā)力、黏度及成(chéng)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(yuán)理

      渦街(jie)流量計是基(jī)于流體振蕩(dàng)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(zai)流體中插入(ru)*動方向垂直(zhi)的非線性型(xíng)柱體（旋渦發(fā)生體），在其下(xià)遊側會交替(ti)地産生二列(liè)内旋的🛀🏻漩渦(wō)💘列，稱🥰之爲 “卡門渦列(lie) ”。

      在(zai)一定的雷諾(nuo)數範圍内，漩(xuan)渦的釋放頻(pín)率 f與流(liu)過漩渦發生(shēng)體的流體平(ping)均速度 v及漩渦發生(shēng)體特征寬度(dù) d有關，可(kě)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(sheng)體的流體平(píng)均速度；

    d》 )漩渦發(fa)生體特征寬(kuān)度；

    St)))斯特(te)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(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(fàn)圍内， S。值(zhí)基本上保持(chi)不變，這段範(fàn)圍爲流量計(jì)的基本測量(liàng)範🈲圍🔱。

    式(shi) (1)表明，當(dāng) d和 St爲定值時，漩(xuán)渦産生的頻(pin)率 f與流(liú)體的平均流(liu)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(yǐ)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(liang)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(zé) Q=f/K。式

中， K爲流(liu)量計的儀表(biǎo)系數（脈沖數(shù)／升），通常由實(shi)際流量🏃🏻‍♂️試驗(yan)求出。

     由(yóu)于漩渦發生(shēng)體兩側交替(tì)産生漩渦，該(gai)漩渦力作用(yòng)于💃🏻檢測體上(shang)，使之産生交(jiao)變應力，該應(ying)力作用在電(dian)元🐕件上，産生(shēng)了與漩渦頻(pín)率相同的交(jiāo)變電荷信号(hao)，通過轉換器(qì)處理後，輸出(chū)與✨漩渦頻率(lü)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(dao)二次儀表，進(jìn)行累積、顯示(shì)。

2.選擇

渦街流量(liang)的選型一般(bān)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(zhōu)圍環境溫度(dù)低于 60 e時(shi)，流量計可選(xuan)擇組合型，當(dāng)流量計周圍(wei)環境溫度高(gao)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(jí)信号要求選(xuan)擇不同的輸(shu)出形式，當需(xu)要流量累積(jī)☁️時可選擇脈(mò)沖輸出型或(huo)模拟 ( 4- 20 mA

DC)輸(shu)出型，當需要(yao)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(liú)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(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(xia)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(cè)量範圍的 1/2-2／ 3之間(jiān)。一般情況下(xià)流量計生産(chǎn)廠家提供的(de)選型樣本♌隻(zhī)給出了常用(yòng)流體水、壓縮(suo)空氣、飽和蒸(zheng)汽的流量測(ce)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(shi)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(ge)熱、通風、易維(wei)護的地方，盡(jin)㊙️量⛱️安裝在遠(yuan)離振動源和(he)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(jian)少管道受振(zhen)動的影響。

      渦街流量(liang)計在管道上(shàng)可水平、傾斜(xié)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(xia)往😍上流動：需(xu)在管道上安(an)裝溫度、壓力(li)傳感器或流(liú)量調節閥時(shi)，應将溫度、壓(ya)力傳感器和(hé)調節閥安裝(zhuāng)在流量計下(xia)✊遊。

      渦街(jiē)流量計前後(hou)必須有足夠(gou)長的直管段(duan)，具體要🧡求見(jiàn)✔️表🏃🏻 1。所配(pei)管道内徑也(yě)必須和渦街(jie)流量變送器(qi)内徑一緻，與(yu)管道連接的(de)密封墊内徑(jìng)要比傳感器(qi)内徑略大，不(bú)能将密封墊(nian)凸入管道内(nèi)。

    表 1  上遊管道形(xing)式與直管段(duàn)長度要求

    直管段長(zhǎng)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(bu)同平面兩個(ge) 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(yòng)屏蔽的信号(hao)電纜，布線時(shi)要遠離強功(gong)率電源線，盡(jin)量用單獨金(jin)屬保護套管(guǎn)，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(hang)業流量計量(liàng)工作，根據我(wǒ)廠近幾年應(yīng)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(zu)夠重視。

4.1 儀表選型

      化工行業(yè)流體種類較(jiao)多 f蒸汽(qì)、煤氣、水、氫氣(qi)等），輸送流體(ti)的管線粗細(xì)差别很大 (DN15 -DN300)，流體的物(wu)理性質（如溫(wen)度、壓力、密度(dù)、黏度）和化學(xué)性質（腐蝕性(xing)）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(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(zhèng)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(shi)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(yong)于選定儀表(biǎo)的大小規格(ge) 1、被測介(jiè)質的設計壓(ya)力（主要用于(yu)選定儀表的(de)公稱壓力等(deng)級 1、工作(zuò)壓力 f主(zhǔ)要用于選定(ding)儀表壓力傳(chuán)感器的壓力(lì)等級 1。

4.2 檢定（校準(zhǔn)）

      目前對(dui)渦街流量計(jì)的現場檢定(ding)還存在一定(dìng)的困♌難。對用(yong)于大流量的(de)貿易計量或(huò)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(jǐn)憑生産廠家(jia)的出廠合格(gé)證明不能判(pàn)定該表性能(néng)❄️是否合格🆚。因(yīn)此，爲确保儀(yí)表在📞今後的(de)工作㊙️過程中(zhōng)測量結果的(de)準确♉、可靠，安(an)裝前有必要(yào)将其送⭕往有(yǒu)檢定（校準）資(zi)質的機構進(jin)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(qi)都是非常重(zhong)要的環節，若(ruo)在安裝中失(shī)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(suō)機、分離器、調(diao)壓閥、大小頭(tóu)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(ping)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(liu)量計的儀表(biǎo)系數是在實(shí)驗室條件下(xia)校驗的，現場(chang)⛹🏻‍♀️使用時，應對(duì)儀表系數進(jin)行修正。對配(pei)套二次儀表(biǎo)（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(wang)絡中各種參(can)數設置、軟件(jiàn)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(zuò)的準确性、可(ke)靠性 f避(bi)免意外停運(yun)和數據丢失(shī)），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(chang)管理和周期(qī)維護。如定期(qī)抄錄計量數(shù)據（每天或每(měi)周）、日常巡檢(jiǎn)，按周期進行(háng)系統調校（ 1-2年），檢查儀(yi)表系數等。

4.6内部維護(hu)

      由于流(liu)體髒污或其(qi)它原因，需對(duì)儀表的測量(liàng)腔體及📐其🐕構(gòu)件進行定期(qī)檢查或清洗(xi)。對于同規格(ge)的渦🤟街流量(liang)計，其漩渦發(fā)生體🌈、導流體(tǐ)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(qí)配帶的溫度(du)及壓爲傳感(gan)器進行系統(tǒng)校正。

5存(cún)在問題

      由于渦街流(liu)量計本質上(shàng)是流體振動(dòng)型流量計，它(ta)✍️對外界🏃‍♀️振動(dong)、流體的流動(dòng)狀态特别敏(min)感。不僅能感(gǎn)💔受到傳感器(qi)受到的渦街(jie)力，還可以感(gan)受到傳感器(qì)受到的其它(tā)力，如管道振(zhèn)動、管道流體(tǐ)♉的沖擊力以(yi)及由于流體(tǐ)壓力的✍️變化(huà)，産生的随機(jī)脈🐕動壓力等(děng)，現場的幹擾(rao)對流量測量(liang)會産生很大(da)🏃‍♀️的影響。特别(bié)♉是在小流量(liang)測量時，由于(yú)小流量産生(sheng)的橫向升力(lì)較小，檢測信(xìn)号微🌂弱，極易(yì)受流體沖擊(jī)振動噪聲和(he)管🛀道振動噪(zao)聲影響。也即(jí)，該種儀表抗(kàng)幹擾的能力(lì)還有待于進(jin)一步提高。

      另外，由于(yu)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(hái)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(fa)有待于進一(yi)步🧡探索。

6結語

      渦(wō)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(wéi)護簡易，在蒸(zhēng)汽、煤氣計量(liàng)中使用效果(guǒ)較好。随🎯着現(xian)場總線技術(shù)、智能儀表技(jì)術及數字信(xin)号處理技術(shù)🈲的發展，渦街(jiē)流量計在耐(nai)高溫、抗震🔞動(dong)、微功耗等方(fāng)面技術也日(ri)臻成熟，在化(huà)工行業流量(liàng)測量中發揮(huī)的作用越⛷️來(lai)越大，應用前(qián)景非常廣闊(kuò)。