渦街流(liú)量計在化工行(hang)業流量測量中(zhōng)的應用

從(cong)流量儀表發展(zhan)狀況看，孔闆流(liú)量應用範圍廣(guang)：但用标準孔闆(pǎn)流量計來測量(liàng)流體流量，仍存(cun)在一些⭐不足🔴之(zhī)處。多年來，人們(men)在🏃‍♀️努力尋找可(kě)靠、的流量計用(yòng)于流量計量，發(fā)現渦街流量計(jì)結構簡單，安裝(zhuāng)維護方便 f與孔闆相比無(wu)需導壓管和三(san)組閥，減少洩漏(lòu)、堵塞和凍㊙️結等(děng)現象），壓力損失(shi)較小（約爲孔闆(pǎn)流量計的🏃🏻 1/ 4- 1/2），量程範圍寬，量(liang)程比可達 20BI(孔闆爲 3BI)，測(cè)量精度比孔闆(pǎn)流量計高。除此(ci)之外，渦街流量(liàng)計還具🈲有使用(yòng)壽命長、性能穩(wěn)定、适用流體種(zhǒng)類多（可測量💃液(yè)體、氣體和蒸汽(qì)）、在規定的雷諾(nuo)數範圍内儀🔴表(biǎo)系數不受流體(tǐ)的溫度、壓力、黏(nián)度及成分變化(huà)的影響等特🤩點(dian)，已越來越受到(dao)人💚們的青睐。

1工作原理

      渦街流量計(jì)是基于流體振(zhen)蕩原理的一種(zhong)新型流量✉️測🔞量(liang)儀表。測量原理(li)如圖 1所示(shi)，當在流體中插(cha)入*動方向垂直(zhi)的非線性型柱(zhu)體♉（旋⁉️渦😄發生😘體(tǐ)），在其下遊側會(huì)交替地産生二(èr)列内旋的漩渦(wō)列，稱之爲 “卡門渦列 ”。

      在一定的(de)雷諾數範圍内(nei)，漩渦的釋放頻(pin)率 f與流過(guo)漩渦發生體的(de)流體平均速度(du) v及漩渦發(fa)生體特征寬度(du) d有關，可用(yong)下式表示：

    f= StV／ d    (1)

式中，

    f)))漩渦的釋放頻(pin)率；

    v》 )流(liu)過漩渦發生體(ti)的流體平均速(sù)度；

    d》 )漩(xuán)渦發生體特征(zhēng)寬度；

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

    S．的值與漩(xuán)渦發生體寬度(du) d和雷諾數(shu) Re有關。

當雷諾數 Re<2@104時， S。爲變數(shu)； Re在 2@104 -7 @106的(de)範圍内， S。值(zhí)基本上保持不(bú)變，這段範圍爲(wèi)流量計的基本(běn)測量範圍。

    式 (1)表明，當(dāng) d和 St爲(wei)定值時，漩渦産(chan)生的頻率 f與流體的平均(jun1)流速 v成正(zheng)比而與流體的(de)溫度、壓力、密度(dù)、成分、黏度等參(cān)數👨‍❤️‍👨無🧑🏽‍🤝‍🧑🏻關。因此，可(ke)以從漩渦産生(sheng)的頻率 f求(qiu)出流體的平均(jun1)流速 v，達到(dào)測量管道内流(liu)體的流量 Q的目的。

    v=f Sd    (2)

    Q= vS=f Sd    (3)

    式(shì)（ 31中 S爲(wèi)管道的截面積(jī)。

    Sds爲常數，令(ling) =去 =}s，則(ze) Q=f/K。式

中(zhōng)， K爲流量計(jì)的儀表系數（脈(mò)沖數／升），通常由(you)實際流量試驗(yan)😄求出。

     由于(yú)漩渦發生體兩(liǎng)側交替産生漩(xuan)渦，該漩渦力作(zuò)用于檢😄測🌍體上(shang)，使之産生交變(biàn)應力，該應力作(zuo)用在電元👄件上(shàng)，産生了與漩渦(wo)👅頻率相同的交(jiāo)變電荷信号，通(tong)過轉換器處理(lǐ)後，輸出與漩渦(wō)頻率柏同的脈(mò)沖信号或與流(liu)量成☁️正比的 4- 20 mA DC信号到二次(cì)儀表，進行累積(ji)、顯示。

2.選擇(ze)

渦街流量(liàng)的選型一般分(fèn)爲型号的選擇(ze)和口徑的選擇(ze)🤟兩步🙇🏻。

2.1  型号(hao)的選擇

    根(gen)據使用環境和(hé)被測流體選擇(zé)不同結構的流(liú)量計⭕。當流量計(ji)周圍環境溫度(dù)低于 60 e時，流(liú)量計可選擇組(zǔ)合型，當流量計(ji)周圍環境溫度(du)高于 60 e時，需(xu)選擇分離型。

    當使用環境(jing)爲易燃易爆場(chang)合時根據防爆(bao)等級選擇❌隔🈲爆(bao)型或🚶‍♀️本安型。一(yi)般環境選擇一(yi)般型。

    根據(ju)采集信号要求(qiu)選擇不同的輸(shū)出形式，當需要(yào)👅流🈲量❌累積時可(ke)選擇脈沖輸出(chū)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(chū)型。

2.2  口徑的(de)選擇

    渦街(jie)流量傳感器的(de)口徑應根據流(liú)速、流量來合理(lǐ)選擇，并非一定(dìng)要與工藝管道(dao)同口徑。由于渦(wo)街流量計流量(liàng)範圍🏃🏻‍♂️寬，因此口(kou)徑選擇主要是(shi)對下限流❌量。一(yi)般🌈液體流速下(xià)限爲 0.5 m/s，氣體(tǐ)在 4-5 m/s範圍内(nei)選用，正常流量(liang)在測量範圍的(de) 1/2-2／ 3之間(jian)。一般情況下流(liu)量計生産廠家(jiā)提供的選型樣(yang)本隻給出了常(cháng)用流體水、壓縮(suō)空氣、飽和蒸汽(qi)的流量測量範(fan)圍，其他流體則(ze)需通過計算選(xuan)擇流量計🏃🏻的口(kou)徑，忽略這一點(diǎn)往往會造🔴成流(liú)量計使用不正(zheng)常。

    根據多(duō)次選型的結果(guǒ)，筆者認爲，适當(dāng)減小流量計🥵口(kǒu)徑，使沆速和雷(léi)諾數增大，使儀(yi)表常數*進入線(xiàn)性，可以提高儀(yí)表的精度，也有(you)利于信号放大(da)器的調整。

3 . 安   裝

      渦街流量計應(yīng)安裝在隔熱、通(tong)風、易維護的地(dì)方，盡量安裝在(zai)遠離振動源和(he)電磁幹擾較強(qiáng)的地方，振動存(cun)在的地方必須(xū)采用⛱️減振裝置(zhi)，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)、傾斜或垂直安(ān)裝。安裝位置要(yào)注意，垂直安裝(zhuang)時，液體介質必(bi)須從下往上流(liu)動：需❓在管道上(shàng)安裝溫度、壓力(lì)傳感器或流量(liàng)調節閥時，應将(jiang)溫度、壓力傳感(gǎn)器和調節閥安(an)裝在流量計下(xia)遊。

      渦街流(liú)量計前後必須(xū)有足夠長的直(zhí)管段，具體要求(qiú)☔見表 1。所配(pei)管道内徑也必(bì)須和渦街流量(liang)變送器内徑一(yi)緻✉️，與管道連接(jiē)的密封墊内徑(jìng)要比傳感器内(nèi)徑略大，不💔能将(jiang)密封墊凸入管(guǎn)道内。

    表 1  上遊管道形(xing)式與直管段長(zhang)度要求

    直(zhí)管段長度要求(qiu) fzui少）

    上(shang)遊管道形式

    上遊彳孬一(yi)

同心收縮(suo)全開閥門     15 D    5D

一個 9(b彎頭(tou)     20D    SD

同心擴管(guan)     25D    SD

同一平面(mian)兩個 9(b彎頭(tóu)     25D    SD

不同平面(mian)兩個 9(b彎頭(tóu)     40D    5D

調節閥半(bàn)開閥門     50D    SD

      流(liu)量計供電電源(yuán)爲 + 24VDC,連接線(xian)要用屏蔽的信(xìn)号電纜，布線時(shí)要遠離強功率(lü)電源線，盡😘量用(yòng)單獨金屬保護(hù)套管，接地要可(kě)靠。

4注意事(shì)項

      爲讓該(gai)種儀表能夠更(geng)好地服務于化(hua)工行業流量計(jì)量工作，根據我(wǒ)廠近幾年應用(yong)的實踐，以下幾(ji)方面應引起有(you)關計量管理及(ji)使用部門的足(zú)夠重視。

4.1 儀(yí)表選型

      化(huà)工行業流體種(zhong)類較多 f蒸(zhēng)汽、煤氣、水、氫氣(qi)等），輸送流體的(de)管線粗細差别(bié)很大💋 (DN15 -DN300)，流體(ti)的物理性質（如(ru)溫度、壓力、密度(dù)、黏度）和化學性(xìng)質（腐蝕✏️性）差異(yi)也很大，同時流(liu)量的波動範圍(wéi)較大。因此渦街(jie)流量❌計的選型(xing)是*關，也是zui重要(yao)的一關。爲此，在(zai)選型過程📧中應(ying)把握住兩條基(ji)本原則：一要保(bao)證生産安全，二(er)要保證使用精(jīng)度。化工行業首(shou)先考慮渦街流(liú)量計的防爆性(xing)能要滿足現場(chǎng)要求，其次必須(xū)抓實三🐕個選型(xíng)參數，即近💯期和(hé)遠期的zui大、zui小及(ji)常用瞬時流量(liang)（主要用于選定(dìng)儀表的大小規(gui)格 1、被測介(jiè)質的設計壓力(lì)（主要用于選定(ding)儀表的公稱壓(yā)力等級 1、工(gong)作壓力 f主(zhu)要用于選定儀(yí)表壓力傳感器(qì)的壓力等級 1。

4.2 檢定（校(xiào)準）

      目前對(dui)渦街流量計的(de)現場檢定還存(cun)在一定的困難(nan)。對用于大流量(liang)的貿易計量或(huo)重要的工藝過(guo)程控制等比⛹🏻‍♀️較(jiào)重要場合的流(liu)量計，現場不具(jù)備流量🚶‍♀️在線标(biao)🈚校條件的，僅憑(ping)🐇生産廠家的出(chu)廠合格證明不(bu)能判定該表性(xing)能是否合格。因(yīn)此，爲确♉保儀表(biǎo)在🚩今後的工作(zuo)過程中測量結(jie)果的準确🧑🏾‍🤝‍🧑🏼、可靠(kao)，安裝前👄有必要(yào)将其送往有檢(jian)定（校準）資質的(de)機構進行檢定(dìng)（校準 1。

4.3工藝安裝

    正确選擇安裝(zhuāng)點和正确安裝(zhuāng)傳感器都是非(fēi)常重要的環節(jie)，若在安裝中失(shi)誤，輕者影響測(cè)量準确度，重者(zhe)影響儀表使用(yong)壽命，導緻損壞(huài)儀表。要盡可能(néng)避免振💃動及高(gāo)溫高熱環境、遠(yuǎn)離幹擾元件（如(ru)壓縮機、分離器(qì)、調壓閥、大小頭(tóu)及彙管、彎頭等(deng) 1，保持儀表(biao)前後直管段同(tóng)心及内壁光滑(hua)平直，保證被測(cè)介質㊙️爲潔淨的(de)單相流體等。

4.4參數設置

     流量計的儀(yí)表系數是在實(shi)驗室條件下校(xiao)驗的，現場使用(yong)時，應對儀表系(xi)數進行修正。對(dui)配套二次儀表(biao)（智能流量積算(suan)儀 1的參數(shu)設定、組态工作(zuò)以及流量測量(liàng)網絡中各種參(cān)數✊設置、軟件設(she)計應符合工藝(yì)和流量計要求(qiu)。

4.5後期管理(li)

      爲保證儀(yí)表長期工作的(de)準确性、可靠性(xing) f避免意外(wai)停運和數據丢(diū)失），在渦街流量(liang)計投運之後💰需(xū)加強對儀表本(běn)身及整個流量(liang)系統各環節日(ri)常管理和周期(qi)維護。如定期抄(chao)錄計量數據（每(mei)天或💜每周）、日常(cháng)巡檢，按周期進(jin)行系統調校（ 1-2年），檢查儀表(biao)系數等。

4.6内(nei)部維護

      由(yóu)于流體髒污或(huo)其它原因，需對(duì)儀表的測量腔(qiāng)體及其🧑🏾‍🤝‍🧑🏼構件進(jin)🌈行定期檢查或(huò)清洗。對于同規(gui)格的渦街流量(liang)計，其漩渦發生(shēng)體、導流體等核(hé)心組件不能互(hu)換，否則，須重新(xīn)标定儀表計量(liàng)系數并對其配(pèi)帶的溫度及壓(ya)爲傳感器進行(háng)系統校正。

5存在問題

      由于渦街流量(liàng)計本質上是流(liú)體振動型流量(liàng)計，它對外界振(zhèn)動、流體的流動(dong)狀态特别敏感(gǎn)。不僅能感受到(dao)傳感器受到的(de)🏃‍♂️渦街力，還可以(yǐ)感受到傳感器(qì)受到的其它力(lì)，如管道振動、管(guǎn)道流體的沖擊(ji)力以及由于流(liú)🏃‍♂️體壓力的變化(huà)，産生的随機脈(mo)🐕動壓力等，現場(chang)的幹擾對流量(liang)測量會産生很(hen)大的影響。特别(bié)🐪是在小流量測(ce)量時，由于小流(liu)⚽量産生的橫向(xiang)📞升力較小，檢測(ce)信号微弱，極易(yì)受流體沖擊振(zhen)動噪聲和管道(dào)振動噪聲影響(xiǎng)。也即，該種儀表(biǎo)抗幹擾的能力(lì)還有待于進一(yi)步提高。

      另(lìng)外，由于渦街流(liu)量計投放市場(chang)的時間較短，儀(yí)表的可靠性㊙️和(hé)穩定性還有待(dai)于各種複雜工(gong)況的檢驗：測✏️量(liàng)精度對流态🌈及(ji)介質髒污的敏(min)感程度有待于(yu)研究：現場檢定(ding)方法有待于進(jin)一步探索。

6結語

      渦街(jie)流量計在我廠(chang)投入使用幾年(nián)來，計量準确可(kě)📱靠，運行穩定⛹🏻‍♀️，維(wéi)護簡易，在蒸汽(qì)、煤氣計量中使(shi)用效果較好。随(sui)着現場總♻️線技(ji)術、智能儀表技(jì)術及數字信号(hào)處理技術的發(fa)展，渦街流量計(ji)在耐高溫、抗震(zhèn)動、微功耗等方(fāng)面技術也日臻(zhēn)成熟，在化工行(háng)業流量測量中(zhong)發揮的作用越(yuè)來越大，應用前(qian)景非常廣闊。