渦街流(liu)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(liu)量應用範圍廣(guang)：但☂️用标準孔闆(pan)流量計來測量(liang)流體流量，仍存(cún)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(yong)于流量計量☁️，發(fā)現渦街流量計(jì)結構簡單，安裝(zhuang)維護方便 f與孔闆相比無(wú)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(shī)較小（約爲孔闆(pǎn)流量計的👨‍❤️‍👨 1/ 4- 1/2），量程範圍寬，量(liàng)程比可達 20BI(孔闆爲 3BI)，測(cè)量精度比孔闆(pan)流量計高。除此(cǐ)之外，渦街流量(liang)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(ti)的溫度、壓力、黏(nian)度及成分變化(hua)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(ji)是基于流體振(zhen)蕩原理的一種(zhong)新型流量測量(liàng)儀表。測量原理(li)如圖 1所示(shi)，當在流體中插(chā)入*動方向垂直(zhí)的非線性型柱(zhù)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(guò)漩渦發生體的(de)流體平均速度(du) v及漩渦發(fā)生體特征寬度(dù) d有關，可用(yòng)下式表示：

    f= StV／ d    (1)

式中，

    f)))漩渦的釋放頻(pín)率；

    v》 )流(liú)過漩渦發生體(tǐ)的流體平均速(sù)度；

    d》 )漩(xuan)渦發生體特征(zheng)寬度；

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

    S．的值與漩(xuan)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(bu)變，這段範圍爲(wèi)流量計的基本(ben)測量範🧑🏽‍🤝‍🧑🏻圍。

    式 (1)表明，當(dang) d和 St爲(wèi)定值時，漩渦産(chǎn)生的頻率 f與流體的平均(jun)流速 v成正(zhèng)比而與流體的(de)溫度、壓力、密度(du)、成分、黏度等參(can)數無🤩關。因此，可(kě)以從漩渦産生(sheng)的頻率 f求(qiú)出流體的平均(jun1)流速 v，達到(dào)測量管道内流(liú)體的流量 Q的目的。

    v=f Sd    (2)

    Q= vS=f Sd    (3)

    式(shì)（ 31中 S爲(wei)管道的截面積(ji)。

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

中(zhong)， K爲流量計(ji)的儀表系數（脈(mo)沖數／升），通常由(yóu)實際流量試🔴驗(yàn)求🈲出。

     由于(yu)漩渦發生體兩(liǎng)側交替産生漩(xuan)渦，該漩渦力作(zuo)🐪用于檢測體上(shang)，使之産生交變(biàn)應力，該應力作(zuò)用在電元件上(shang)，産生了與漩渦(wō)頻率相同的交(jiāo)變電荷信号，通(tōng)過轉換器🛀🏻處理(li)後，輸出與漩渦(wō)頻率柏同的脈(mò)沖信号或☀️與流(liú)量成正比的 4- 20 mA DC信号到二次(ci)儀表，進行累積(ji)、顯示。

2.選擇(ze)

渦街流量(liàng)的選型一般分(fen)爲型号的選擇(ze)和口徑的選擇(zé)兩步。

2.1  型号(hào)的選擇

    根(gen)據使用環境和(he)被測流體選擇(ze)不同結構的流(liú)量計👉。當流量計(ji)❓周圍環境溫度(du)低于 60 e時，流(liú)量計可選擇組(zu)合型，當流量計(jì)周圍環境溫度(dù)高🌂于 60 e時，需(xu)選擇分離型。

    當使用環境(jing)爲易燃易爆場(chǎng)合時根據防爆(bao)等級選⭐擇隔爆(bao)型或🥵本安型。一(yī)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(shu)出形式，當需要(yao)📱流⛱️量累積時💛可(kě)選擇脈沖輸出(chu)型或模拟 ( 4- 20 mA

DC)輸出型，當需要(yao)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(liu)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(wō)街流量計流量(liàng)範圍🤞寬，因此口(kǒu)徑選擇主要是(shi)對下限流量。一(yī)般液體流速下(xia)限爲 0.5 m/s，氣體(ti)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(jiān)。一般情況下流(liú)量計生産廠家(jiā)提供的選型樣(yàng)本📧隻給出了常(cháng)用流體水、壓縮(suo)空氣、飽和蒸汽(qì)的流量測量範(fàn)圍，其他流體則(zé)需通過計算選(xuan)擇流量計的口(kou)徑，忽略這一點(dian)往往會造成流(liú)量計使用不正(zheng)常。

    根據多(duo)次選型的結果(guo)，筆者認爲，适當(dāng)減小流量計口(kou)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(yi)表的精度，也有(you)利于信号放大(dà)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(zài)遠離振動源和(he)電磁幹擾較強(qiáng)的地方，振動存(cún)在的地方💯必須(xū)采用👌減振裝置(zhì)，減少管道受振(zhen)動的影👉響。

      渦街流量計在(zai)管道上可水平(ping)、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(li)傳感器或流量(liang)調節閥❤️時，應将(jiang)溫度、壓力傳感(gan)器和調節閥安(ān)裝在流量計下(xia)遊。

      渦街流(liú)量計前後必須(xu)有足夠長的直(zhí)管段，具體要⭐求(qiu)見🏃🏻‍♂️表✂️ 1。所配(pèi)管道内徑也必(bì)須和渦街流量(liàng)變送器内徑一(yi)緻🌂，與管道連接(jie)的密封墊内徑(jing)要比傳感器内(nei)徑略大，不能将(jiāng)密封墊凸入管(guǎn)道内。

    表 1  上遊管道形(xíng)式與直管段長(zhǎng)度要求

    直(zhi)管段長度要求(qiú) 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(tóu)     20D    SD

同心擴管(guǎn)     25D    SD

同一平面(miàn)兩個 9(b彎頭(tóu)     25D    SD

不同平面(mian)兩個 9(b彎頭(tou)     40D    5D

調節閥半(ban)開閥門     50D    SD

      流(liú)量計供電電源(yuan)爲 + 24VDC,連接線(xiàn)要用屏蔽的信(xìn)号電纜，布線時(shí)要遠離強功率(lǜ)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(gāi)種儀表能夠更(gèng)好地服務于化(huà)工行業流量計(jì)量工作，根據我(wo)廠近幾年應用(yòng)的實踐，以下幾(jǐ)方面應引起有(yǒu)關計量管理及(ji)使用部門的足(zú)夠重視。

4.1 儀(yi)表選型

      化(huà)工行業流體種(zhong)類較多 f蒸(zheng)汽、煤氣、水、氫氣(qì)等），輸送流體的(de)管線粗細差别(bié)很大 (DN15 -DN300)，流體(tǐ)的物理性質（如(rú)溫度、壓力、密度(du)、黏度）和化學性(xìng)質（腐蝕性）差異(yì)也很大，同時流(liu)量的波動範圍(wéi)較大。因此渦街(jiē)🍉流量🛀計的選型(xing)是*關，也是zui重要(yào)的一關。爲此，在(zài)選型過程中應(yīng)把握住兩條基(jī)本📞原則：一要保(bao)證生産安💜全，二(èr)要保證使用精(jing)度。化工行💋業首(shǒu)先考❤️慮渦街流(liu)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(he)遠期的zui大、zui小及(jí)常用瞬時流量(liàng)（主要用于選定(ding)儀表的大小規(guī)格 1、被測介(jie)質的設計壓力(li)（主要用于選定(dìng)儀表的公稱壓(ya)力等級 1、工(gong)作壓力 f主(zhǔ)要用于選定儀(yi)表壓力傳感器(qi)的壓力等級 1。

4.2 檢定（校(xiao)準）

      目前對(dui)渦街流量計的(de)現場檢定還存(cún)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(guò)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(bú)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(zuò)過程中測量結(jie)果的準确、可靠(kào)，安裝前有必要(yào)将其送往有檢(jiǎn)定（校準）資質的(de)機構進🔴行檢定(ding)（校準 1。

4.3工藝安裝

    正确選擇安裝(zhuāng)點和正确安裝(zhuang)傳感器都是非(fei)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(zhě)影響儀表使用(yòng)壽命⭐，導緻損壞(huai)儀表。要盡可能(néng)避免振動及高(gao)溫高熱環境、遠(yuan)離幹擾元件（如(ru)壓縮機、分離器(qi)、調壓閥、大小頭(tou)及彙管、彎頭等(deng) 1，保持儀表(biǎo)前後直管段同(tong)心及内壁光滑(huá)平直，保證被測(ce)介質👨‍❤️‍👨爲潔淨的(de)單相流體等。

4.4參數設置

     流量計的儀(yi)表系數是在實(shí)驗室條件下校(xiào)驗的，現場📐使用(yong)㊙️時，應對儀表系(xì)數進行修正。對(duì)配套二次儀表(biǎo)（智能流量積🌂算(suan)儀🍓 1的參數(shù)設定、組态工作(zuo)以及流量測量(liang)網絡中各種參(can)數☂️設置、軟件設(shè)計應符合工藝(yi)和流量計要求(qiu)。

4.5後期管理(lǐ)

      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(diu)失），在渦街流量(liang)計投運之後需(xu)☂️加強對儀表本(ben)身及整個流量(liàng)系統各環節日(ri)常管👨‍❤️‍👨理和周期(qī)☔維護。如定期抄(chāo)錄計量數據（每(mei)天或每周）、日🍓常(cháng)巡檢，按周期進(jìn)行系統調校（ 1-2年），檢查儀表(biǎo)系數等。

4.6内(nei)部維護

      由(you)于流體髒污或(huò)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(guī)格的渦街流🌈量(liàng)計🏃‍♂️，其漩渦發生(shēng)體、導流體等核(he)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(pei)帶的溫度及壓(ya)爲傳感✉️器進行(hang)系統校正。

5存在問題

      由于渦街流量(liang)計本質上是流(liú)體振動型流量(liàng)計，它對外界振(zhen)動、流體的流動(dòng)狀态特别敏感(gan)。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(li)，如管道振動、管(guan)道流體的沖擊(jī)力以及由于流(liu)體壓力的變化(huà)，産生的随機脈(mo)動壓力等，現場(chǎng)的幹擾對流量(liàng)測量會産生很(hěn)大📐的影響。特别(bié)是在小流量測(cè)量時，由于小流(liú)量産生的橫向(xiàng)升力🌐較小，檢測(ce)信号微弱，極易(yì)受流體沖擊振(zhèn)動噪聲和管道(dao)振動噪聲影響(xiang)✂️。也即，該種儀表(biǎo)抗幹擾的能力(lì)還有待于進一(yī)步提高。

      另(lìng)外，由于渦街流(liu)量計投放市場(chǎng)的時間較短，儀(yi)表的可靠㊙️性和(hé)穩定性還有待(dai)于各種複雜工(gōng)況的檢驗：測✉️量(liang)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(dìng)方法有待于進(jìn)一步探索。

6結語

      渦街(jiē)流量計在我廠(chang)投入使用幾年(nián)來，計量準确可(ke)靠，運行🤞穩♻️定⁉️，維(wéi)護簡易，在蒸汽(qi)、煤氣計量中使(shi)用效果較好。随(suí)♉着現場總線技(ji)術、智能儀表技(ji)術及數字信号(hao)處理技術的發(fā)展，渦街流量計(jì)在㊙️耐高溫、抗震(zhen)動、微功耗等方(fang)面技術也日臻(zhēn)成熟，在化工行(háng)業流量測量中(zhōng)發揮的作用越(yuè)✨來越大，應用💞前(qian)景非常廣👣闊。