渦街流量計(jì)在化工行業(yè)流量測(cè)量中的應(yīng)用
從流量?jī)x表發(fā)展?fàn)顩r看，孔板流量應(yīng)用范圍廣：但用標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)來(lái)測(cè)量流體流量，仍存在一些不足之處。多年來(lái)，人們?cè)谂ふ铱煽俊⒌牧髁坑?jì)用于流量計(jì)量，發(fā)現(xiàn)渦街流量計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝維護(hù)方便f與孔板相比無(wú)需導(dǎo)壓管和三組閥，減少泄漏、堵塞和凍結(jié)等現(xiàn)象），壓力損失較?。s為孔板流量計(jì)的1/ 4- 1/2），量程范圍寬，量程比可達(dá)20BI(孔板為3BI)，測(cè)量精度比孔板流量計(jì)高。除此之外，渦街流量計(jì)還具有使用壽命長(zhǎng)、性能穩(wěn)定、適用流體種類多（可測(cè)量液體、氣體和蒸汽）、在規(guī)定的雷諾數(shù)范圍內(nèi)儀表系數(shù)不受流體的溫度、壓力、黏度及成分變化的影響等特點(diǎn)，已越來(lái)越受到人們的青睞。
1工作原理
渦街流量計(jì)是基于流體振蕩原理的一種新型流量測(cè)量?jī)x表。測(cè)量原理如圖1所示，當(dāng)在流體中插入*動(dòng)方向垂直的非線性型柱體（旋渦發(fā)生體），在其下游側(cè)會(huì)交替地產(chǎn)生二列內(nèi)旋的漩渦列，稱之為“卡門渦列”。
在一定的雷諾數(shù)范圍內(nèi)，漩渦的釋放頻率f與流過(guò)漩渦發(fā)生體的流體平均速度v及漩渦發(fā)生體特征寬度d有關(guān)，可用下式表示：
f= StV／d (1)
式中，
f)))漩渦的釋放頻率；
v》)流過(guò)漩渦發(fā)生體的流體平均速度；
d》)漩渦發(fā)生體特征寬度；
St)))斯特羅哈數(shù)s trouhal(無(wú)量綱常數(shù))。
S．的值與漩渦發(fā)生體寬度d和雷諾數(shù)Re有關(guān)。
當(dāng)雷諾數(shù)Re<2@104時(shí)，S。為變數(shù)；Re在2@104 -7 @106的范圍內(nèi)，S。值基本上保持不變，這段范圍為流量計(jì)的基本測(cè)量范圍。
式(1)表明，當(dāng)d和St為定值時(shí)，漩渦產(chǎn)生的頻率f與流體的平均流速v成正比而與流體的溫度、壓力、密度、成分、黏度等參數(shù)無(wú)關(guān)。因此，可以從漩渦產(chǎn)生的頻率f求出流體的平均流速v，達(dá)到測(cè)量管道內(nèi)流體的流量Q的目的。
v=f Sd (2)
Q= vS=f Sd (3)
式（31中S為管道的截面積。
Sds為常數(shù)，令=去=}s，則Q=f/K。式
中，K為流量計(jì)的儀表系數(shù)（脈沖數(shù)／升），通常由實(shí)際流量試驗(yàn)求出。
由于漩渦發(fā)生體兩側(cè)交替產(chǎn)生漩渦，該漩渦力作用于檢測(cè)體上，使之產(chǎn)生交變應(yīng)力，該應(yīng)力作用在電元件上，產(chǎn)生了與漩渦頻率相同的交變電荷信號(hào)，通過(guò)轉(zhuǎn)換器處理后，輸出與漩渦頻率柏同的脈沖信號(hào)或與流量成正比的4- 20 mA DC信號(hào)到二次儀表，進(jìn)行累積、顯示。
2.選擇
渦街流量的選型一般分為型號(hào)的選擇和口徑的選擇兩步。
2.1 型號(hào)的選擇
根據(jù)使用環(huán)境和被測(cè)流體選擇不同結(jié)構(gòu)的流量計(jì)。當(dāng)流量計(jì)周圍環(huán)境溫度低于60 e時(shí)，流量計(jì)可選擇組合型，當(dāng)流量計(jì)周圍環(huán)境溫度高于60 e時(shí)，需選擇分離型。
當(dāng)使用環(huán)境為易燃易爆場(chǎng)合時(shí)根據(jù)防爆等級(jí)選擇隔爆型或本安型。一般環(huán)境選擇一般型。
根據(jù)采集信號(hào)要求選擇不同的輸出形式，當(dāng)需要流量累積時(shí)可選擇脈沖輸出型或模擬( 4- 20 mA
DC)輸出型，當(dāng)需要控制時(shí)可選擇模擬(4- 20 mADC)輸出型。
2.2 口徑的選擇
渦街流量傳感器的口徑應(yīng)根據(jù)流速、流量來(lái)合理選擇，并非一定要與工藝管道同口徑。由于渦街流量計(jì)流量范圍寬，因此口徑選擇主要是對(duì)下限流量。一般液體流速下限為0.5 m/s，氣體在4-5 m/s范圍內(nèi)選用，正常流量在測(cè)量范圍的1/2-2／3之間。一般情況下流量計(jì)生產(chǎn)廠家提供的選型樣本只給出了常用流體水、壓縮空氣、飽和蒸汽的流量測(cè)量范圍，其他流體則需通過(guò)計(jì)算選擇流量計(jì)的口徑，忽略這一點(diǎn)往往會(huì)造成流量計(jì)使用不正常。
根據(jù)多次選型的結(jié)果，筆者認(rèn)為，適當(dāng)減小流量計(jì)口徑，使沆速和雷諾數(shù)增大，使儀表常數(shù)*進(jìn)入線性，可以提高儀表的精度，也有利于信號(hào)放大器的調(diào)整。
3 . 安 裝
渦街流量計(jì)應(yīng)安裝在隔熱、通風(fēng)、易維護(hù)的地方，盡量安裝在遠(yuǎn)離振動(dòng)源和電磁干擾較強(qiáng)的地方，振動(dòng)存在的地方必須采用減振裝置，減少管道受振動(dòng)的影響。
渦街流量計(jì)在管道上可水平、傾斜或垂直安裝。安裝位置要注意，垂直安裝時(shí)，液體介質(zhì)必須從下往上流動(dòng)：需在管道上安裝溫度、壓力傳感器或流量調(diào)節(jié)閥時(shí)，應(yīng)將溫度、壓力傳感器和調(diào)節(jié)閥安裝在流量計(jì)下游。
渦街流量計(jì)前后必須有足夠長(zhǎng)的直管段，具體要求見(jiàn)表1。所配管道內(nèi)徑也必須和渦街流量變送器內(nèi)徑一致，與管道連接的密封墊內(nèi)徑要比傳感器內(nèi)徑略大，不能將密封墊凸入管道內(nèi)。
表1 上游管道形式與直管段長(zhǎng)度要求
直管段長(zhǎng)度要求fzui少）
上游管道形式
上游彳孬一
同心收縮全開(kāi)閥門 15 D 5D
一個(gè)9(b彎頭 20D SD
同心擴(kuò)管 25D SD
同一平面兩個(gè)9(b彎頭 25D SD
不同平面兩個(gè)9(b彎頭 40D 5D
調(diào)節(jié)閥半開(kāi)閥門 50D SD
流量計(jì)供電電源為+ 24VDC,連接線要用屏蔽的信號(hào)電纜，布線時(shí)要遠(yuǎn)離強(qiáng)功率電源線，盡量用單獨(dú)金屬保護(hù)套管，接地要可靠。
4注意事項(xiàng)
為讓該種儀表能夠更好地服務(wù)于化工行業(yè)流量計(jì)量工作，根據(jù)我廠近幾年應(yīng)用的實(shí)踐，以下幾方面應(yīng)引起有關(guān)計(jì)量管理及使用部門的足夠重視。
4.1 儀表選型
化工行業(yè)流體種類較多f蒸汽、煤氣、水、氫氣等），輸送流體的管線粗細(xì)差別很大(DN15 -DN300)，流體的物理性質(zhì)（如溫度、壓力、密度、黏度）和化學(xué)性質(zhì)（腐蝕性）差異也很大，同時(shí)流量的波動(dòng)范圍較大。因此渦街流量計(jì)的選型是*關(guān)，也是zui重要的一關(guān)。為此，在選型過(guò)程中應(yīng)把握住兩條基本原則：一要保證生產(chǎn)安全，二要保證使用精度。化工行業(yè)首先考慮渦街流量計(jì)的防爆性能要滿足現(xiàn)場(chǎng)要求，其次必須抓實(shí)三個(gè)選型參數(shù)，即近期和遠(yuǎn)期的zui大、zui小及常用瞬時(shí)流量（主要用于選定儀表的大小規(guī)格1、被測(cè)介質(zhì)的設(shè)計(jì)壓力（主要用于選定儀表的公稱壓力等級(jí)1、工作壓力f主要用于選定儀表壓力傳感器的壓力等級(jí)1。
4.2 檢定（校準(zhǔn)）
目前對(duì)渦街流量計(jì)的現(xiàn)場(chǎng)檢定還存在一定的困難。對(duì)用于大流量的貿(mào)易計(jì)量或重要的工藝過(guò)程控制等比較重要場(chǎng)合的流量計(jì)，現(xiàn)場(chǎng)不具備流量在線標(biāo)校條件的，僅憑生產(chǎn)廠家的出廠合格證明不能判定該表性能是否合格。因此，為確保儀表在今后的工作過(guò)程中測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確、可靠，安裝前有必要將其送往有檢定（校準(zhǔn)）資質(zhì)的機(jī)構(gòu)進(jìn)行檢定（校準(zhǔn)1。
4.3工藝安裝
正確選擇安裝點(diǎn)和正確安裝傳感器都是非常重要的環(huán)節(jié)，若在安裝中失誤，輕者影響測(cè)量準(zhǔn)確度，重者影響儀表使用壽命，導(dǎo)致?lián)p壞儀表。要盡可能避免振動(dòng)及高溫高熱環(huán)境、遠(yuǎn)離干擾元件（如壓縮機(jī)、分離器、調(diào)壓閥、大小頭及匯管、彎頭等1，保持儀表前后直管段同心及內(nèi)壁光滑平直，保證被測(cè)介質(zhì)為潔凈的單相流體等。
4.4參數(shù)設(shè)置
流量計(jì)的儀表系數(shù)是在實(shí)驗(yàn)室條件下校驗(yàn)的，現(xiàn)場(chǎng)使用時(shí)，應(yīng)對(duì)儀表系數(shù)進(jìn)行修正。對(duì)配套二次儀表（智能流量積算儀1的參數(shù)設(shè)定、組態(tài)工作以及流量測(cè)量網(wǎng)絡(luò)中各種參數(shù)設(shè)置、軟件設(shè)計(jì)應(yīng)符合工藝和流量計(jì)要求。
4.5后期管理
為保證儀表長(zhǎng)期工作的準(zhǔn)確性、可靠性f避免意外停運(yùn)和數(shù)據(jù)丟失），在渦街流量計(jì)投運(yùn)之后需加強(qiáng)對(duì)儀表本身及整個(gè)流量系統(tǒng)各環(huán)節(jié)日常管理和周期維護(hù)。如定期抄錄計(jì)量數(shù)據(jù)（每天或每周）、日常巡檢，按周期進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)校（1-2年），檢查儀表系數(shù)等。
4.6內(nèi)部維護(hù)
由于流體臟污或其它原因，需對(duì)儀表的測(cè)量腔體及其構(gòu)件進(jìn)行定期檢查或清洗。對(duì)于同規(guī)格的渦街流量計(jì)，其漩渦發(fā)生體、導(dǎo)流體等核心組件不能互換，否則，須重新標(biāo)定儀表計(jì)量系數(shù)并對(duì)其配帶的溫度及壓為傳感器進(jìn)行系統(tǒng)校正。
5存在問(wèn)題
由于渦街流量計(jì)本質(zhì)上是流體振動(dòng)型流量計(jì)，它對(duì)外界振動(dòng)、流體的流動(dòng)狀態(tài)特別敏感。不僅能感受到傳感器受到的渦街力，還可以感受到傳感器受到的其它力，如管道振動(dòng)、管道流體的沖擊力以及由于流體壓力的變化，產(chǎn)生的隨機(jī)脈動(dòng)壓力等，現(xiàn)場(chǎng)的干擾對(duì)流量測(cè)量會(huì)產(chǎn)生很大的影響。特別是在小流量測(cè)量時(shí)，由于小流量產(chǎn)生的橫向升力較小，檢測(cè)信號(hào)微弱，極易受流體沖擊振動(dòng)噪聲和管道振動(dòng)噪聲影響。也即，該種儀表抗干擾的能力還有待于進(jìn)一步提高。
另外，由于渦街流量計(jì)投放市場(chǎng)的時(shí)間較短，儀表的可靠性和穩(wěn)定性還有待于各種復(fù)雜工況的檢驗(yàn)：測(cè)量精度對(duì)流態(tài)及介質(zhì)臟污的敏感程度有待于研究：現(xiàn)場(chǎng)檢定方法有待于進(jìn)一步探索。
6結(jié)語(yǔ)
渦街流量計(jì)在我廠投入使用幾年來(lái)，計(jì)量準(zhǔn)確可靠，運(yùn)行穩(wěn)定，維護(hù)簡(jiǎn)易，在蒸汽、煤氣計(jì)量中使用效果較好。隨著現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)、智能儀表技術(shù)及數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的發(fā)展，渦街流量計(jì)在耐高溫、抗震動(dòng)、微功耗等方面技術(shù)也日臻成熟，在化工行業(yè)流量測(cè)量中發(fā)揮的作用越來(lái)越大，應(yīng)用前景非常廣闊。
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