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(kan)，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(liang)，仍存在一些(xiē)✏️不足之處。多(duō)年來，人們在(zai)努力尋找可(kě)靠、的流量計(jì)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(guan)和三組閥，減(jiǎn)少洩漏、堵塞(sāi)和👅凍結等現(xian)象），壓力損失(shi)較小（約爲孔(kong)闆流量計的(de) 1/ 4- 1/2），量程範(fan)圍寬，量程比(bi)可達 20BI(孔(kong)闆爲 3BI)，測(cè)量精度比孔(kong)闆流量計高(gao)。除此之外，渦(wo)街流量計還(hai)具有♍使用壽(shou)命長、性能穩(wen)定、适用流體(ti)種類多（可測(ce)量液體、氣體(tǐ)和蒸汽）、在規(guī)定的雷諾數(shu)範圍内儀表(biǎo)系數不受流(liú)體的溫度、壓(ya)力、黏度及成(chéng)分變化的影(yǐng)響等特㊙️點，已(yǐ)越來越受到(dào)人們的青睐(lai)。

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(zhong)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(rù)*動方向垂直(zhi)的非線性型(xíng)柱體（旋渦發(fa)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(lie) ”。

      在(zài)一定的雷諾(nuo)數範圍内，漩(xuán)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(sheng)體特征寬度(dù) d有關，可(ke)用下式表示(shì)：

    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(ping)均速度；

    d》 )漩渦發(fa)生體特征寬(kuan)度；

    St)))斯特(tè)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(shu) Re有關。

當雷諾數(shù) Re<2@104時， S。爲變數； Re在 2@104 -7 @106的範(fan)圍内， S。值(zhi)基本上保持(chí)不變，這段範(fan)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(xuan)渦産生的頻(pín)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(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(zé) Q=f/K。式

中， K爲流(liú)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(yong)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(pin)率相同的交(jiao)變電荷信号(hao)，通過轉換器(qì)處理後🚶，輸出(chū)與漩渦頻率(lǜ)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(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(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(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(wéi)環境溫度高(gao)于 60 e時，需(xu)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(deng)級選擇隔爆(bào)🏃‍♂️型或✍️本安型(xing)。一般環境選(xuan)擇一般型。

    根據采集(jí)信号要求選(xuǎn)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(yào)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(liú)量傳感器的(de)口徑應根據(ju)流速、流量來(lai)合理選♌擇🐉，并(bìng)非一定要與(yǔ)工藝管道同(tong)口徑。由于渦(wo)街流量計流(liu)量範圍寬，因(yin)此口✍️徑選擇(zé)主要是對下(xià)限流量。一般(ban)液體流速下(xia)限🌍爲 0.5 m/s，氣(qì)體在 4-5 m/s範(fan)圍内選用，正(zheng)常流量在測(ce)量範圍的 1/2-2／ 3之間(jian)。一般情況下(xià)流量計生産(chan)廠家提供的(de)選型樣本隻(zhi)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼給🍉出了常用(yong)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(ze)流量計的口(kǒu)徑，忽略這一(yī)點往往會造(zào)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(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(xiàn)性，可以提高(gāo)儀表的精度(du)，也有利于信(xìn)号放大器的(de)調整。

3 . 安(an)   裝

      渦街流量計(jì)應安裝在隔(ge)熱、通風、易維(wéi)護的地方，盡(jìn)量👨‍❤️‍👨安裝在遠(yuan)離振動源和(hé)電磁幹擾較(jiào)強的地方，振(zhen)🏃🏻動存在的地(dì)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(xie)或垂直安裝(zhuang)。安裝位置🔱要(yao)注🔆意，垂直安(an)裝時，液體介(jiè)質必須從下(xia)往🌏上流動：需(xū)在管道上安(ān)裝溫度、壓力(li)傳感器或流(liu)量調節閥✍️時(shi)，應将溫度、壓(ya)力傳感器和(hé)調節閥安裝(zhuang)在流量計下(xià)遊。

      渦街(jie)流量計前後(hòu)必須有足夠(gou)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(qì)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(bú)能将密封墊(nian)凸💯入管道内(nei)。

    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(nāo)一

同心(xīn)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(ping)面兩個 9(b彎頭     25D    SD

不(bú)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(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(jin)屬保護套管(guan)，接地要可靠(kao)。

4注意事(shì)項

      爲讓(ràng)該種儀表能(néng)夠更好地服(fu)務于化工行(háng)業流量計量(liang)工作，根據我(wo)廠近幾年應(yīng)用的實踐，以(yǐ)下幾方面應(yīng)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(jiào)多 f蒸汽(qi)、煤氣、水、氫氣(qì)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(wēn)度、壓力、密度(du)、黏度）和化學(xué)性質（腐蝕性(xìng)）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(shì)zui重要的一關(guan)。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(xian)考慮渦街流(liú)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(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(yòng)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(yu)選定儀表的(de)公稱壓力等(deng)🔞級 1、工作(zuo)壓力 f主(zhǔ)要用于選定(dìng)儀表壓力傳(chuán)感器的壓力(lì)等級 1。

4.2 檢定（校準(zhun)）

      目前對(dui)渦街流量計(jì)的現場檢定(dìng)還存在一定(ding)的困♉難🥰。對用(yong)于大流量的(de)貿易計量或(huo)重要的工藝(yi)過程控制等(děng)比較重要場(chǎng)合的流量計(ji)，現場不具備(bèi)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(yi)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(yao)将其送往有(yǒu)檢定（校準）資(zī)質的機構進(jin)行檢定（校準(zhǔn) 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(qì)都是非常重(zhong)要的環節🤟，若(ruo)在安裝中失(shi)誤，輕者影響(xiǎng)測量準确度(dù)，重者🈚影響儀(yi)表使用壽命(mìng)，導緻損壞儀(yi)表。要盡可能(neng)👉避免振動及(jí)高溫高熱環(huan)境、遠離幹擾(rao)元件（如壓縮(suō)機、分離器、調(diào)壓閥、大小頭(tou)及彙💋管、彎頭(tou)等💋 1，保持(chí)儀表前後直(zhi)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(biao)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(biao)（智能流量積(jī)算儀 1的(de)參數設定、組(zǔ)态工作以及(jí)流量測量網(wǎng)絡中各種參(cān)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(yi)表長期工作(zuo)的準确性、可(ke)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(hou)需加強對儀(yí)表本身及整(zheng)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(hu)

      由于流(liu)體髒污或其(qi)它原因，需對(dui)儀表的測量(liang)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(liàng)計，其漩渦發(fā)🌍生體、導流體(tǐ)等核心組件(jian)不能互換，否(fǒu)則，須重新标(biao)定儀表計量(liàng)系數并對其(qi)配帶的溫度(dù)及壓爲傳感(gǎn)器進行系統(tong)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(dong)型流量計，它(tā)對外界振動(dong)、流體的流動(dong)狀态特别敏(min)感。不僅能感(gǎn)受到傳感器(qi)受到的渦街(jiē)力，還可以感(gan)受到傳感器(qi)受到的💃🏻其它(tā)力🥰，如管道振(zhèn)動、管道流體(ti)的沖擊力以(yǐ)及由于流體(tǐ)壓力的🏃🏻‍♂️變化(huà)，産生的随機(jī)脈動壓力等(deng)，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(li)較小，檢測信(xìn)号微🤩弱，極易(yì)受流體沖擊(jī)振動噪聲和(hé)☎️管道振動噪(zào)聲影響🆚。也即(ji)，該種儀表抗(kàng)幹擾的能力(li)還有待于進(jin)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(hai)有待于各種(zhong)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(yǒu)待于研究✂️：現(xian)場檢定方法(fǎ)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(wei)護簡易，在蒸(zheng)汽、煤氣計量(liang)中使用效果(guǒ)較好。随着現(xiàn)場總線技⛹🏻‍♀️術(shu)、智能儀表技(ji)術及數字信(xìn)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(fāng)面技㊙️術也日(rì)臻成熟，在化(huà)工行業流量(liàng)測量中發✏️揮(hui)的作用越來(lai)越大，應用前(qian)景非常廣闊(kuò)。