渦街流量計(ji)在化工行業(ye)流量測量中(zhong)的應用

從流量儀表(biǎo)發展狀況看(kan)，孔闆流量應(ying)用範圍廣：但(dàn)用标準孔闆(pan)流量計來測(ce)量流體流量(liang)，仍存在一些(xiē)😄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(ji)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(bǐ)無需導壓管(guǎn)和三組閥，減(jiǎn)少洩漏、堵塞(sāi)和凍結等現(xiàn)象），壓力損失(shi)較小（約爲孔(kǒng)闆流量計的(de) 1/ 4- 1/2），量程範(fan)圍寬，量程比(bi)可達 20BI(孔(kǒng)闆爲 3BI)，測(ce)量精度比孔(kǒng)闆流量計高(gao)。除此之外，渦(wō)街流量計還(hái)具有☔使🌏用♻️壽(shòu)命長、性能穩(wěn)定、适用流體(tǐ)種類多（可測(cè)量液體、氣體(ti)和蒸汽）、在💃規(gui)定的雷諾數(shù)範圍内儀表(biao)系數不受流(liu)體的溫度、壓(ya)力、黏度及⁉️成(chéng)分變化的影(ying)響等特點，已(yǐ)越來越受到(dao)人們的青睐(lai)。

1工作原(yuán)理

      渦街(jie)流量計是基(ji)于流體振蕩(dàng)原理的一種(zhong)新型流量測(cè)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(lie)内旋的漩渦(wo)列，稱之爲 “卡門渦列(liè) ”。

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

    d》 )漩渦發(fā)生體特征寬(kuan)度；

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

    S．的(de)值與漩渦發(fa)生體寬度 d和雷諾數(shu) 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(dang) d和 St爲定值時，漩(xuán)渦産生的頻(pín)率 f與流(liu)體的平均流(liú)速 v成正(zhèng)比而與流體(ti)的溫度、壓力(li)、密度、成分、黏(nián)度等參🤞數無(wu)關。因此，可以(yi)從漩渦産生(shēng)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(liu)量計的儀表(biao)系數（脈沖數(shu)／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(yòng)于檢測體上(shàng)，使之産生交(jiao)變應力，該應(yīng)力作用在電(diàn)元件上，産生(sheng)了與漩渦頻(pín)率相同的交(jiao)變電荷信号(hao)，通過‼️轉換器(qi)處理後，輸出(chū)與漩渦頻率(lǜ)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(dào)二次儀表，進(jin)行累積、顯示(shi)。

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(jì)。當流量計周(zhou)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(xu)選擇分離型(xíng)。

    當使用(yong)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(xíng)。一般環境選(xuǎn)擇一般型。

    根據采集(jí)信号要求選(xuǎn)擇不同的輸(shū)出形式，當需(xū)要流量累積(jī)時🌈可選擇脈(mo)沖輸出型或(huò)模拟 ( 4- 20 mA

DC)輸(shū)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(zé)

    渦街流(liú)量傳感器的(de)口徑應根據(ju)流速、流量來(lái)合理選擇，并(bìng)非一定要與(yu)工藝管道同(tóng)口徑。由于渦(wo)街流量計流(liú)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(xia)限爲 0.5 m/s，氣(qi)體在 4-5 m/s範(fan)圍内選用，正(zhèng)常流量在測(ce)量範圍的 1/2-2／ 3之間(jiān)。一般情況下(xià)流量計生産(chan)廠家提供的(de)選型樣本隻(zhī)給出了常用(yòng)流體水、壓縮(suō)空氣、飽和蒸(zhēng)汽的流量測(cè)量範🐇圍，其他(tā)流體則需通(tōng)過計算選擇(zé)流量計的口(kǒu)徑🔴，忽略這一(yi)點往往會造(zao)成流量㊙️計使(shǐ)用不正常。

    根據多次(cì)選型的結果(guo)，筆者認爲，适(shi)當減小流量(liang)計口徑，使沆(hàng)速和雷諾數(shù)增大，使儀表(biao)常數*進入線(xiàn)性💞，可以提高(gāo)儀表的精🍉度(dù)，也有利于信(xin)号放大器的(de)調整。

3 . 安(ān)   裝

      渦街流量計(jì)應安裝在隔(gé)熱、通風、易維(wéi)護的地方，盡(jìn)🛀量安裝🌈在遠(yuǎn)離振動源和(he)電磁幹擾較(jiào)強的地方，振(zhen)動存在的♌地(di)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(liang)計在管道上(shàng)可水平、傾斜(xie)或垂直安裝(zhuāng)。安💃裝位置要(yao)注意，垂直安(an)裝時，液體介(jie)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(liu)量調節閥時(shí)，應将㊙️溫度、壓(yā)力傳感器和(he)調節閥安裝(zhuāng)在流量計下(xia)💔遊。

      渦街(jiē)流量計前後(hòu)必須有足夠(gòu)長的直管段(duan)，具體要求見(jiàn)表 1。所配(pei)管道内徑也(ye)必須和渦街(jiē)流量變送器(qi)内徑一緻✨，與(yǔ)管道連接的(de)密封墊内徑(jing)要比傳感器(qì)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(xing)式與直管段(duan)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(nāo)一

同心(xin)收縮全開閥(fa)門     15 D    5D

一個(ge) 9(b彎頭     20D    SD

同心擴管(guan)     25D    SD

同一平(píng)面兩個 9(b彎頭     25D    SD

不(bu)同平面兩個(gè) 9(b彎頭     40D    5D

調節閥半(ban)開閥門     50D    SD

      流量計供電(diàn)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(gong)率電源線，盡(jin)👅量用單獨金(jīn)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(neng)夠更好地服(fú)務于化工行(hang)業流量計量(liàng)工作，根據我(wo)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(shǐ)用部門的足(zu)夠重視。

4.1 儀表選型

      化工行業(ye)流體種類較(jiào)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(wù)理性質（如溫(wen)度、壓力、密度(du)、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(jiē)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(an)全，二要保證(zheng)使用精度。化(hua)工行業首先(xiān)考⚽慮渦街流(liu)量計的防爆(bào)性能要滿足(zu)現✌️場要求，其(qí)次必須抓實(shi)三個選型參(can)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(yong)于選定儀表(biao)的大小規格(ge) 1、被測介(jiè)質的設計壓(ya)力（主要用于(yú)選定儀表的(de)公稱壓力等(děng)級 1、工作(zuò)壓力 f主(zhu)要用于選定(ding)儀表壓力傳(chuan)感器的壓力(li)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(dìng)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(yì)過程💚控制等(děng)比👅較重要場(chǎng)合的流量計(ji)，現場不具備(bei)流量✊在線标(biao)校條件的，僅(jin)憑生産廠家(jia)的出廠合格(gé)證明☁️不能判(pan)定該表性能(néng)是否合格。因(yīn)此，爲确保儀(yi)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(you)檢定（校準）資(zī)質的機構進(jìn)行檢定（校準(zhun) 1。

4.3工(gong)藝安裝

    正确選擇安(an)裝點和正确(que)安裝傳感器(qì)都是非常重(zhòng)🍓要的❓環🧑🏽‍🤝‍🧑🏻節，若(ruò)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(mìng)💔，導緻損壞儀(yí)表。要盡可能(néng)避免振動及(ji)高🌈溫高熱環(huán)境、遠離幹擾(rao)元件（如壓縮(suō)機、分離器、調(diào)壓閥、大小頭(tóu)及彙💃🏻管、彎頭(tóu)等 1，保持(chí)儀表前後直(zhí)管段同心及(ji)内壁光滑平(ping)直，保證被🌈測(cè)介質爲潔淨(jing)的單相流體(ti)等。

4.4參數(shu)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(chang)⁉️使🈲用🧑🏾‍🤝‍🧑🏼時，應對(duì)儀表系數進(jin)行修正。對配(pèi)套二次儀表(biao)（智😘能流量積(jī)☂️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(he)工藝和流量(liang)計要求。

4.5後期管理

      爲保證儀(yí)表長期工作(zuo)的準确性、可(kě)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(hòu)☔需加強🔞對儀(yi)表本身及整(zheng)個流量系統(tong)各環節日常(chang)管理和周期(qi)💛維護🌈。如定🐪期(qī)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(yí)表系數等。

4.6内部維護(hù)

      由于流(liú)體髒污或其(qi)它原因，需對(dui)儀表的測量(liàng)腔體🔴及其構(gòu)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(biāo)定♋儀表計量(liang)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(cun)在問題

      由于渦街流(liú)量計本質上(shàng)是流體振動(dòng)型流量計，它(ta)對外界振動(dòng)㊙️、流體的流動(dòng)狀态特别敏(min)感。不僅能感(gan)受到傳感器(qì)受到的渦街(jiē)力，還可以感(gǎn)受到傳感器(qì)😘受到的其它(tā)力，如管道振(zhèn)動、管🏃‍♀️道流體(ti)的沖擊力以(yi)及由于流體(tǐ)壓力的變化(hua)，産生的随機(ji)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(liàng)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(yi)受流體沖擊(ji)振動噪聲和(hé)管道振動噪(zao)聲影響😍。也即(ji)，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(yi)表的🚶可靠😘性(xing)和穩定性還(hai)有待于各種(zhǒng)複雜工況的(de)檢驗：測量精(jing)度對流态及(jí)介質髒污的(de)敏感程度有(you)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(liang)中使用效果(guo)較好。随着現(xian)🌈場總線技術(shu)、智能儀表技(ji)術及數字信(xin)号處♻️理技術(shù)的發展，渦街(jie)流🐪量計在耐(nài)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(liang)測量中發揮(huī)的作用越來(lai)越大，應用♋前(qian)景非常廣闊(kuò)。