渦街流量計(jì)在化工行業(yè)流量測量中(zhong)的應用

從流量儀表(biao)發展狀況看(kàn)，孔闆流量應(ying)用範圍廣：但(dan)用标準👅孔闆(pǎn)流量計來測(cè)量流體流量(liàng)，仍存在一些(xiē)不足之處。多(duo)年來，人們在(zài)努力尋找可(ke)靠、的流量計(ji)用于流量計(ji)量，發現渦⛱️街(jiē)流量🍉計結構(gou)簡單，安裝維(wei)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(xian)象），壓力損失(shī)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(bǐ)可達 20BI(孔(kong)闆爲 3BI)，測(ce)量精度比孔(kǒng)闆流量計高(gāo)。除此之外，渦(wō)街流量計還(hai)具🐅有使用壽(shòu)命長、性能穩(wen)定、适用流體(ti)種類多（可測(cè)量液體、氣體(ti)和蒸汽）、在規(guī)定的雷諾數(shù)範圍内儀表(biao)系數不受流(liú)體的溫度、壓(yā)力、黏度及成(cheng)分變化的影(ying)響等特點，已(yǐ)越來越受到(dào)人們的青睐(lai)。

1工作原(yuan)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(liàng)原理如圖 1所示，當在(zai)流體中插入(rù)*動方向垂直(zhí)的非線性型(xíng)柱體（旋渦發(fā)生體），在其下(xia)遊側會交替(ti)地産生二列(liè)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(sheng)體特征寬度(dù) d有關，可(ke)用下式表示(shi)：

    f= StV／ d    (1)

式(shì)中，

    f)))漩渦(wo)的釋放頻率(lü)；

    v》 )流(liu)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(kuān)度；

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

    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(chí)不變，這段範(fan)圍爲流量計(ji)的基本測量(liàng)範💃🏻圍。

    式(shì) (1)表明，當(dāng) d和 St爲定值時，漩(xuán)渦産生的頻(pin)率 f與流(liu)體的平均流(liú)速 v成正(zheng)比而與流體(ti)的溫度、壓力(li)、密度、成分、黏(nián)度等參🌈數無(wú)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(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(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(shēng)體兩側交替(tì)産生漩渦，該(gāi)漩渦力作用(yong)于檢測體上(shàng)，使之産生交(jiāo)變應力，該應(ying)力作用在電(dian)元🔞件上，産生(sheng)了與漩渦⛱️頻(pin)率相同的交(jiao)變電荷信号(hào)，通過轉換器(qi)🍉處理後，輸出(chū)與漩渦頻率(lü)柏同的脈沖(chong)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(jin)行累積、顯示(shì)。

2.選擇

渦街流量(liàng)的選型一般(bān)分爲型号的(de)選擇和口徑(jìng)的📐選👣擇兩♍步(bù)。

2.1  型号的(de)選擇

    根(gen)據使用環境(jìng)和被測流體(ti)選擇不同結(jie)構的流量計(ji)。當流量㊙️計周(zhou)圍環境溫度(dù)低于 60 e時(shi)，流量計可選(xuan)擇組合型，當(dang)流量計周圍(wéi)環境溫度❓高(gāo)于 60 e時，需(xū)選擇分離型(xing)。

    當使用(yòng)環境爲易燃(ran)易爆場合時(shi)根據防爆等(děng)級選擇隔爆(bao)型或本安型(xíng)。一般環境選(xuan)擇一般型。

    根據采集(ji)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(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(xuan)擇模拟 (4- 20 mADC)輸出型。

2.2  口徑的選擇(ze)

    渦街流(liu)量傳感器的(de)口徑應根據(jù)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(yīn)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(zheng)常流量在測(cè)量範圍的 1/2-2／ 3之間(jian)。一般情況下(xia)流量計生産(chan)廠家提供的(de)選型樣本隻(zhi)給出了常用(yòng)流體水、壓縮(suo)空氣、飽和蒸(zheng)汽的流量測(cè)量範圍，其🙇🏻他(tā)流體則需通(tōng)過計算選擇(ze)流量計的口(kou)徑，忽略這一(yī)點往往會造(zao)成流量計使(shǐ)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(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(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(wéi)護的地方，盡(jin)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(zhèn)動的影響。

      渦街流量(liàng)計在管道上(shang)可水平、傾斜(xié)或垂直安裝(zhuāng)。安裝位置要(yao)注意，垂直安(ān)裝時，液體介(jie)質必須從下(xià)往上流✌️動：需(xu)在管道上安(ān)裝🙇‍♀️溫度、壓力(li)傳感器或流(liú)量調節閥✨時(shí)，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(gòu)長的直管段(duan)，具體要求見(jian)表 1。所配(pèi)管道内徑也(yě)必須和渦街(jie)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(qi)内徑略大，不(bu)能将⛱️密封墊(niàn)凸🐆入管道内(nei)。

    表 1  上遊管道形(xing)式與直管段(duan)長度要求

    直管段長(zhǎng)度要求 fzui少）

    上遊(yóu)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(gè) 9(b彎頭     20D    SD

同心擴管(guan)     25D    SD

同一平(ping)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(bàn)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(gōng)率電‼️源線，盡(jin)量用單獨金(jin)屬保護套管(guan)，接地要可靠(kao)。

4注意事(shi)項

      爲讓(ràng)該種儀表能(neng)夠更好地服(fu)務于化工行(háng)業流量計量(liàng)工作，根據我(wǒ)廠近幾年應(ying)用的實踐，以(yi)下幾方面應(ying)引起有關計(ji)量管理及使(shǐ)用部門的足(zú)夠重視。

4.1 儀表選型

      化工行業(ye)流體種類較(jiào)多 f蒸汽(qi)、煤氣、水、氫氣(qi)等），輸送流體(ti)的管線粗細(xi)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(xue)性質（腐蝕性(xìng)）差異也很大(dà)，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(guan)。爲🚶‍♀️此，在選型(xíng)過程中應把(bǎ)握住兩條基(jī)本原則：一要(yao)保證生産安(ān)全，二要保證(zhèng)使用精度。化(huà)工行業首先(xian)考✏️慮渦街流(liu)量🍉計的防爆(bào)性💁能要滿足(zú)現場要求，其(qi)次必須抓實(shi)三個選型參(can)數，即近期和(hé)遠期的zui大💃、zui小(xiǎo)及常用瞬時(shi)流量（主要用(yong)于選定儀表(biǎo)的大小規格(gé) 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(chuán)感器的壓力(li)等級 1。

4.2 檢定（校準(zhun)）

      目前對(duì)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(yì)過程✍️控制等(deng)比較重要場(chang)合的流量計(ji)，現場不具備(bèi)流量在線标(biāo)校條件的，僅(jin)憑生産廠家(jia)的出廠合格(ge)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(zhong)測量結果的(de)準确、可靠，安(an)裝前有必要(yào)将其送往有(you)檢定（校準）資(zi)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(zhong)要的環🔴節🔞，若(ruo)在安裝中失(shi)誤，輕者影響(xiang)測量準确度(dù)，重者影響🥰儀(yí)表使用壽命(ming)，導緻損壞儀(yi)表。要盡可能(néng)✨避免振動及(ji)高溫高熱環(huán)境、遠🏃🏻離幹擾(rǎo)元件（如壓縮(suo)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(jí)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(liú)量計的儀表(biǎo)系數是在實(shí)驗室條件下(xià)校驗的，現場(chǎng)使用時，應對(dui)儀表系數進(jin)行修正。對配(pèi)套二次儀表(biao)（智能流量積(ji)算儀 1的(de)參數設定、組(zu)态工作以及(ji)流量測量網(wǎng)絡中各種🏃參(can)☎️數設置、軟件(jian)設計應符合(hé)工藝和流量(liàng)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(yùn)和數據丢失(shi)），在渦街流量(liang)計投運之後(hòu)需加強對儀(yí)表本身及整(zhěng)個流量系統(tǒng)各環節日常(cháng)管理和周期(qi)維護。如定期(qi)抄錄計量數(shù)據（每天或每(měi)周）、日常巡檢(jiǎn)，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(qí)它原因，需對(dui)儀表的測量(liàng)腔體及其💋構(gou)件進行定期(qi)檢查或清洗(xi)。對于同規格(gé)的渦🐪街流量(liang)計，其漩渦發(fa)生體、導流體(ti)等核心組件(jian)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(dù)及壓爲傳感(gǎn)器進行系統(tong)校正。

5存(cun)在問題

      由于渦街流(liu)量計本質上(shàng)是流體振動(dong)型流量計，它(tā)對外界🧑🏽‍🤝‍🧑🏻振🈚動(dòng)、流體的流動(dòng)狀态特别敏(mǐn)感。不僅能感(gǎn)🎯受到傳感器(qì)受到的渦街(jiē)力，還可以感(gǎn)受到傳感器(qi)受到的其它(ta)力🤞，如管道振(zhen)動、管道流體(ti)的沖擊力以(yǐ)及由于流體(ti)壓力的變化(huà)，産生的随機(jī)脈動壓力等(děng)，現場的幹擾(rǎo)對流量測量(liang)會産生很大(dà)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻的影響。特别(bie)🏃🏻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(xin)号微弱，極易(yi)受流體沖🏃擊(jī)振動噪聲和(hé)✂️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(jìn)一步提高。

      另外，由于(yú)渦街流量計(ji)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(zhǒng)複雜工況的(de)檢驗：測量精(jing)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(yī)步探索。

6結語

      渦(wo)街流量計在(zài)我廠投入使(shǐ)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(guo)較好。随☁️着現(xiàn)場總🔱線技術(shù)、智能儀表技(ji)術及數字信(xin)号處理技術(shu)的發展，渦街(jiē)流🐉量計在耐(nài)高溫、抗震🆚動(dong)、微功耗等方(fang)面技術也日(ri)臻成熟，在化(huà)工行業流量(liang)測量中發揮(hui)的作用越來(lai)越大，應用前(qian)景非常廣闊(kuo)。