渦街流量計在化工行業(yè)流量測量中的應(yīng)用

從流量儀表發(fā)展狀況看，孔板流量應(yīng)用范圍廣：但用標準孔板流量計來測量流體流量，仍存在一些不足之處。多年來，人們在努力尋找可靠、的流量計用于流量計量，發(fā)現(xiàn)渦街流量計結(jié)構(gòu)簡單，安裝維護方便f與孔板相比無需導(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為孔板流量計的1/ 4- 1/2），量程范圍寬，量程比可達20BI(孔板為3BI)，測量精度比孔板流量計高。除此之外，渦街流量計還具有使用壽命長、性能穩(wěn)定、適用流體種類多（可測量液體、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，已越來越受到人們的青睞。

1工作原理

      渦街流量計是基于流體振蕩原理的一種新型流量測量儀表。測量原理如圖1所示，當在流體中插入*動方向垂直的非線性型柱體（旋渦發(fā)生體），在其下游側(cè)會交替地產(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)。

當雷諾數(shù)Re<2@104時，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，這段范圍為流量計的基本測量范圍。

    式(1)表明，當d和St為定值時，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，達到測量管道內(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為流量計的儀表系數(shù)（脈沖數(shù)／升），通常由實際流量試驗求出。

     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，通過轉(zhuǎn)換器處理后，輸出與漩渦頻率柏同的脈沖信號或與流量成正比的4- 20 mA DC信號到二次儀表，進行累積、顯示。

2.選擇

渦街流量的選型一般分為型號的選擇和口徑的選擇兩步。

2.1  型號的選擇

    根據(jù)使用環(huán)境和被測流體選擇不同結(jié)構(gòu)的流量計。當流量計周圍環(huán)境溫度低于60 e時，流量計可選擇組合型，當流量計周圍環(huán)境溫度高于60 e時，需選擇分離型。

    當使用環(huán)境為易燃易爆場合時根據(jù)防爆等級選擇隔爆型或本安型。一般環(huán)境選擇一般型。

    根據(jù)采集信號要求選擇不同的輸出形式，當需要流量累積時可選擇脈沖輸出型或模擬( 4- 20 mA

DC)輸出型，當需要控制時可選擇模擬(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、流量來合理選擇，并非一定要與工藝管道同口徑。由于渦街流量計流量范圍寬，因此口徑選擇主要是對下限流量。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，正常流量在測量范圍的1/2-2／3之間。一般情況下流量計生產(chǎn)廠家提供的選型樣本只給出了常用流體水、壓縮空氣、飽和蒸汽的流量測量范圍，其他流體則需通過計算選擇流量計的口徑，忽略這一點往往會造成流量計使用不正常。

    根據(jù)多次選型的結(jié)果，筆者認為，適當減小流量計口徑，使沆速和雷諾數(shù)增大，使儀表常數(shù)*進入線性，可以提高儀表的精度，也有利于信號放大器的調(diào)整。

3 . 安  裝

      渦街流量計應(yīng)安裝在隔熱、通風(fēng)、易維護的地方，盡量安裝在遠離振動源和電磁干擾較強的地方，振動存在的地方必須采用減振裝置，減少管道受振動的影響。

      渦街流量計在管道上可水平、傾斜或垂直安裝。安裝位置要注意，垂直安裝時，液體介質(zhì)必須從下往上流動：需在管道上安裝溫度、壓力傳感器或流量調(diào)節(jié)閥時，應(yīng)將溫度、壓力傳感器和調(diào)節(jié)閥安裝在流量計下游。

      渦街流量計前后必須有足夠長的直管段，具體要求見表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度要求

    直管段長度要求fzui少）

    上游管道形式

    上游彳孬一

同心收縮全開閥門    15 D    5D

一個9(b彎頭    20D    SD

同心擴管    25D    SD

同一平面兩個9(b彎頭    25D    SD

不同平面兩個9(b彎頭    40D    5D

調(diào)節(jié)閥半開閥門    50D    SD

      流量計供電電源為+ 24VDC,連接線要用屏蔽的信號電纜，布線時要遠離強功率電源線，盡量用單獨金屬保護套管，接地要可靠。

4注意事項

      為讓該種儀表能夠更好地服務(wù)于化工行業(yè)流量計量工作，根據(jù)我廠近幾年應(yīng)用的實踐，以下幾方面應(yīng)引起有關(guān)計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，同時流量的波動范圍較大。因此渦街流量計的選型是*關(guān)，也是zui重要的一關(guān)。為此，在選型過程中應(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?；ば袠I(yè)首先考慮渦街流量計的防爆性能要滿足現(xiàn)場要求，其次必須抓實三個選型參數(shù)，即近期和遠期的zui大、zui小及常用瞬時流量（主要用于選定儀表的大小規(guī)格1、被測介質(zhì)的設(shè)計壓力（主要用于選定儀表的公稱壓力等級1、工作壓力f主要用于選定儀表壓力傳感器的壓力等級1。

4.2 檢定（校準）

      目前對渦街流量計的現(xiàn)場檢定還存在一定的困難。對用于大流量的貿(mào)易計量或重要的工藝過程控制等比較重要場合的流量計，現(xiàn)場不具備流量在線標校條件的，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程中測量結(jié)果的準確、可靠，安裝前有必要將其送往有檢定（校準）資質(zhì)的機構(gòu)進行檢定（校準1。

4.3工藝安裝

    正確選擇安裝點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，輕者影響測量準確度，重者影響儀表使用壽命，導(dǎo)致?lián)p壞儀表。要盡可能避免振動及高溫高熱環(huán)境、遠離干擾元件（如壓縮機、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，保證被測介質(zhì)為潔凈的單相流體等。

4.4參數(shù)設(shè)置

     流量計的儀表系數(shù)是在實驗室條件下校驗的，現(xiàn)場使用時，應(yīng)對儀表系數(shù)進行修正。對配套二次儀表（智能流量積算儀1的參數(shù)設(shè)定、組態(tài)工作以及流量測量網(wǎng)絡(luò)中各種參數(shù)設(shè)置、軟件設(shè)計應(yīng)符合工藝和流量計要求。

4.5后期管理

      為保證儀表長期工作的準確性、可靠性f避免意外停運和數(shù)據(jù)丟失），在渦街流量計投運之后需加強對儀表本身及整個流量系統(tǒng)各環(huán)節(jié)日常管理和周期維護。如定期抄錄計量數(shù)據(jù)（每天或每周）、日常巡檢，按周期進行系統(tǒng)調(diào)校（1-2年），檢查儀表系數(shù)等。

4.6內(nèi)部維護

      由于流體臟污或其它原因，需對儀表的測量腔體及其構(gòu)件進行定期檢查或清洗。對于同規(guī)格的渦街流量計，其漩渦發(fā)生體、導(dǎo)流體等核心組件不能互換，否則，須重新標定儀表計量系數(shù)并對其配帶的溫度及壓為傳感器進行系統(tǒng)校正。

5存在問題

      由于渦街流量計本質(zhì)上是流體振動型流量計，它對外界振動、流體的流動狀態(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、管道流體的沖擊力以及由于流體壓力的變化，產(chǎn)生的隨機脈動壓力等，現(xiàn)場的干擾對流量測量會產(chǎn)生很大的影響。特別是在小流量測量時，由于小流量產(chǎn)生的橫向升力較小，檢測信號微弱，極易受流體沖擊振動噪聲和管道振動噪聲影響。也即，該種儀表抗干擾的能力還有待于進一步提高。

      另外，由于渦街流量計投放市場的時間較短，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：測量精度對流態(tài)及介質(zhì)臟污的敏感程度有待于研究：現(xiàn)場檢定方法有待于進一步探索。

6結(jié)語

      渦街流量計在我廠投入使用幾年來，計量準確可靠，運行穩(wěn)定，維護簡易，在蒸汽、煤氣計量中使用效果較好。隨著現(xiàn)場總線技術(shù)、智能儀表技術(shù)及數(shù)字信號處理技術(shù)的發(fā)展，渦街流量計在耐高溫、抗震動、微功耗等方面技術(shù)也日臻成熟，在化工行業(yè)流量測量中發(fā)揮的作用越來越大，應(yīng)用前景非常廣闊。