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(biǎo)發展狀況看(kan)，孔闆流量應(yīng)用範圍廣：但(dàn)用标準孔🌂闆(pǎn)👣流量計來測(ce)量流體流量(liang)，仍存在一些(xiē)🍓不足之處🏃🏻。多(duo)年來，人們在(zai)努力尋找可(ke)靠、的流量計(ji)用于流量計(ji)量，發現渦街(jie)流量計結構(gòu)⛹🏻‍♀️簡單，安裝維(wei)㊙️護方便 f與孔闆相比(bi)無需導壓管(guan)和三組閥，減(jian)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(fàn)圍寬，量程比(bi)可達 20BI(孔(kǒng)闆爲 3BI)，測(cè)量精度比孔(kong)闆流量計高(gāo)。除此之外，渦(wō)街流量計還(hai)具有使用🐅壽(shou)命長、性能穩(wen)定、适用流體(tǐ)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(yā)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(ji)于流體振蕩(dang)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(zhi)的非線性型(xing)柱㊙️體✂️（旋渦⭐發(fā)生體），在其下(xia)遊側會交替(tì)地産生二列(lie)内旋的漩渦(wō)🐪列，稱之爲 “卡門渦列(lie) ”。

      在(zài)一定的雷諾(nuo)數範圍内，漩(xuan)渦的釋放頻(pin)率 f與流(liu)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(kě)用下式表示(shi)：

    f= StV／ d    (1)

式(shì)中，

    f)))漩渦(wo)的釋放頻率(lǜ)；

    v》 )流(liu)過漩渦發生(shēng)體的流體平(ping)均速度；

    d》 )漩渦發(fa)生體特征寬(kuān)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(shù) 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(fàn)圍爲流量計(jì)的基本測量(liang)範圍。

    式(shi) (1)表明，當(dang) d和 St爲定值時，漩(xuan)渦産生的頻(pin)率 f與流(liú)體的平均流(liú)速 v成正(zheng)比而與流體(tǐ)的溫度、壓力(li)、密度、成分、黏(nian)度等參數無(wu)關。因此📧，可以(yǐ)從漩渦産生(sheng)的頻率 f求出流體的(de)平均流速 v，達到測量(liang)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(shù)／升），通常由實(shi)際流量試驗(yàn)求出🔞。

     由(yóu)于漩渦發生(shēng)體兩側交替(ti)産生漩渦，該(gai)漩渦力作用(yong)🈲于⭕檢測體👣上(shàng)，使之産生交(jiāo)變應力，該應(yīng)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(chu)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(dao)二次儀表，進(jìn)行累積、顯示(shì)。

2.選擇

渦街流量(liàng)的選型一般(ban)分爲型号的(de)選擇和口徑(jìng)的選擇兩步(bu)。

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(jié)構的流量🔆計(jì)。當流量計周(zhou)圍環境溫度(dù)低于 60 e時(shí)，流量計可選(xuǎn)擇組合型，當(dang)流量計周圍(wei)環境溫度高(gāo)于 60 e時，需(xū)選擇分離型(xíng)。

    當使用(yong)環境爲易燃(ran)易爆場合時(shí)根據防爆等(děng)級選擇隔爆(bao)型或本安型(xing)。一般環境選(xuǎn)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(xū)要流💞量累積(jī)♈時✊可選擇脈(mò)沖輸出型或(huo)模拟 ( 4- 20 mA

DC)輸(shu)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(zé)

    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(bing)非一💜定要與(yǔ)工藝管道同(tóng)口徑。由于渦(wo)街流量計流(liú)量範圍寬，因(yin)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(fàn)圍内選用，正(zhèng)常流量在測(ce)量範圍的 1/2-2／ 3之間(jiān)。一般情況下(xià)流量計生産(chǎn)廠家提供的(de)選型樣本隻(zhi)給出了常用(yòng)流體水、壓縮(suō)空氣、飽和蒸(zhēng)汽的流量測(ce)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(cì)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(shu)增大，使儀表(biao)常數*進入線(xiàn)性，可以提高(gao)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(ji)應安裝在隔(ge)熱、通風、易維(wei)護的地方，盡(jìn)量💘安裝在遠(yuǎn)離振動源和(hé)電磁幹擾較(jiao)強的地方，振(zhèn)💋動存在的✨地(di)方必須采用(yòng)減振裝置，減(jian)少管道受振(zhen)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(zhuang)。安裝位置要(yao)注意，垂直安(an)裝時，液體介(jie)質必須從下(xià)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(shí)，應将溫度、壓(yā)力傳感器和(hé)調節閥安裝(zhuang)在🛀流量計下(xià)遊。

      渦街(jiē)流量計前後(hòu)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(jiē)流量變送器(qì)内徑一緻，與(yu)管道連接的(de)密封墊内徑(jìng)要比傳感器(qi)内徑略🤟大，不(bu)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(duan)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(xin)收縮全開閥(fá)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(dian)電源爲 + 24VDC,連接線要用(yòng)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(jīn)屬保護套管(guan)，接地要可靠(kao)。

4注意事(shi)項

      爲讓(rang)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(wǒ)廠近幾年應(ying)用的實踐，以(yi)下幾方面應(yīng)引起有關計(jì)量管理及使(shǐ)用部門的足(zu)夠重視。

4.1 儀表選型

      化工行業(ye)流體種類較(jiào)多 f蒸汽(qì)、煤氣、水、氫氣(qì)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(du)、黏度）和化學(xué)性質（腐蝕性(xing)）差異也很大(dà)，同時流量的(de)波動範圍較(jiao)大。因此渦街(jie)流量計的選(xuǎn)型是*關，也是(shì)zui重要的一關(guān)。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(an)全，二要保證(zhèng)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(qi)次🙇🏻必須抓實(shí)三個選型參(can)數，即近期和(he)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(gé) 1、被測介(jie)質的設計壓(yā)力（主要用于(yu)選定儀表的(de)公稱壓㊙️力等(děng)級 1、工作(zuo)壓力 f主(zhu)要用于選定(dìng)儀表壓力傳(chuan)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(ji)的現場檢定(ding)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(chang)合的流量計(ji)，現場不具備(bèi)流量在線标(biao)校條件的，僅(jǐn)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(yin)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(ān)裝前🏃‍♂️有必要(yào)将其送往有(you)檢定（校準）資(zī)質的機構進(jìn)🔆行檢定（校準(zhun) 1。

4.3工(gōng)藝安裝

    正确選擇安(an)裝點和正确(què)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(yí)表。要盡可能(néng)避免振動及(ji)高溫高熱環(huan)境、遠離幹擾(rao)元件（如壓縮(suo)機、分離器、調(diao)壓閥、大小頭(tou)及彙♻️管、彎頭(tóu)等 1，保持(chi)儀表前後直(zhi)管段同心及(jí)内壁光滑平(píng)直，保證被測(ce)介質爲😘潔淨(jing)的單相流體(tǐ)等。

4.4參數(shù)設置

     流(liú)量計的儀表(biao)系數是在實(shi)驗室條件下(xià)校驗的，現🏒場(chang)☔使👣用時，應對(duì)儀表系數進(jìn)行修正。對配(pei)套二次儀💘表(biǎo)（智能流量積(jī)算儀 1的(de)參數設定、組(zǔ)态工作以及(ji)流量測量網(wǎng)絡中各種參(can)數設置、軟🏃‍♀️件(jiàn)設計應符合(he)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(ke)靠性 f避(bì)免意外停運(yun)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(tong)各環節日常(chang)管理和周期(qī)維護。如定期(qi)抄錄計量數(shu)據（每天或每(měi)周）、日常巡檢(jiǎn)，按周期🚶進行(háng)系統調校（ 1-2年），檢查儀(yi)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(liang)腔體及✍️其構(gòu)件進行定期(qi)檢查或清洗(xi)。對于同規格(ge)的渦街流量(liàng)計，其漩渦發(fa)生體、導流體(tǐ)等核心組件(jiàn)不能📐互換，否(fou)則，須重新标(biao)定儀表計量(liàng)系數并對其(qi)配帶的溫度(du)及壓爲傳感(gan)器進行系統(tǒng)校正。

5存(cun)在問題

      由于渦街流(liú)量計本質上(shang)是流體振動(dòng)型流量計，它(tā)對🔴外界振動(dòng)、流體的流動(dong)狀态特别敏(min)感。不僅能感(gan)☀️受到傳感器(qi)受到的渦街(jiē)力，還可以感(gan)受到傳感器(qì)受到的其它(ta)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(hua)，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(li)較小，檢測信(xìn)号微弱，極易(yi)受流體沖擊(ji)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(jì)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(you)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(wō)街流量計在(zai)我廠投入使(shi)用幾年來，計(ji)量準确可靠(kao)，運⭐行穩定，維(wei)護簡易，在蒸(zhēng)汽、煤氣計量(liang)中使用效果(guo)較好。随💰着現(xiàn)💃🏻場總線技術(shu)、智能儀表技(jì)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(dòng)、微功耗✨等方(fang)面技術也日(ri)臻成熟，在化(huà)☂️工行業流量(liàng)測量中發揮(huī)的作用越來(lai)越大，應用前(qian)景非常廣闊(kuò)。