渦街流(liu)量計在化工行(hang)業流量測量中(zhong)的應用

從(cong)流量儀表發展(zhan)狀況看，孔闆流(liú)量應用範圍廣(guang)：但用标準孔闆(pǎn)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(yòng)于流量計量，發(fā)現渦街流量😍計(ji)結構簡單，安裝(zhuang)維護方便 f與孔闆相比無(wu)需導壓管和三(sān)組閥，減少洩漏(lou)、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(pǎn)流量計高。除此(ci)之外，渦街流量(liàng)計還具有使🈲用(yong)壽命長、性能穩(wěn)定、适用流體種(zhong)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(tǐ)的溫度、壓力🔱、黏(nián)度及成分變化(huà)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(jì)是基于流體振(zhen)蕩原理的一種(zhǒng)新型流量測🛀量(liang)儀表。測量原理(lǐ)如圖 1所示(shi)，當在流體中插(chā)入*動方向垂直(zhi)的非線性型柱(zhù)體（旋渦發生體(ti)），在其下遊側會(huì)交替地産生二(er)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(pín)率 f與流過(guo)漩渦發生體的(de)流體平均速度(dù) v及漩渦發(fā)生體特征寬度(du) 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(liu)過漩渦發生體(ti)的流體平均速(su)度；

    d》 )漩(xuán)渦發生體特征(zheng)寬度；

    St)))斯特(te)羅哈數 s trouhal(無(wu)量綱常數 )。

    S．的值與漩(xuan)渦發生體寬度(dù) d和雷諾數(shù) 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(zhi)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(wei)定值時，漩渦産(chǎn)生的頻率 f與流體的平均(jun1)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(cān)數無💞關。因此，可(kě)以從漩渦産生(sheng)的頻率 f求(qiu)出流體的平均(jun)流速 v，達到(dao)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(shi)（ 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(jì)的儀表系數（脈(mò)沖數／升），通常由(yóu)實際流量試🛀驗(yàn)求出。

     由于(yú)漩渦發生體兩(liǎng)側交替産生漩(xuan)渦，該漩渦力作(zuò)用于檢測體上(shàng)，使之産生交變(biàn)應力，該應力作(zuo)用在🙇🏻電元件上(shang)♊，産生了與漩渦(wō)💃🏻頻率相同的交(jiao)變電荷信💋号，通(tong)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(liu)量成正比的 4- 20 mA DC信号到二次(ci)儀表，進行累積(jī)、顯示。

2.選擇(zé)

渦街流量(liàng)的選型一般分(fèn)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(gēn)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(ji)周圍環境溫度(dù)高于 60 e時，需(xu)選擇分離型。

    當使用環境(jìng)爲易燃易爆場(chǎng)合時根據防爆(bao)等級選⭐擇隔爆(bào)型或本安型。一(yī)般環境選擇一(yī)般型。

    根據(ju)采集信号要求(qiú)選擇不同的輸(shū)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(ze)模拟 (4- 20 mADC)輸出(chu)型。

2.2  口徑的(de)選擇

    渦街(jiē)流量傳感器的(de)口徑應根據流(liu)速、流量來合理(li)選擇👨‍❤️‍👨，并非一定(ding)要與工藝管道(dao)同口徑。由于渦(wo)街流🐅量計流量(liang)範圍寬，因此口(kou)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(tǐ)在 4-5 m/s範圍内(nei)選用，正常流量(liàng)在測量範圍的(de) 1/2-2／ 3之間(jian)。一般情況下流(liú)量計生産廠家(jia)提供的選型樣(yàng)💋本隻⛱️給出了常(chang)用流體水、壓縮(suō)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(kǒu)徑，忽略這一點(diǎn)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(guǒ)，筆者認爲，适當(dang)減小流量計口(kou)徑，使沆💘速和雷(lei)諾數增大，使儀(yí)表常數*進入線(xiàn)性，可以提高儀(yí)表的精度，也有(you)利于信号放大(da)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(di)方，盡量安裝在(zài)遠離振動源和(hé)電磁幹擾較強(qiáng)的地方，振動存(cún)在的⚽地方必須(xu)采用減振裝置(zhi)，減少管道受振(zhèn)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(yao)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(gǎn)器和調🙇‍♀️節閥安(ān)裝在📐流量計下(xià)遊。

      渦街流(liú)量計前後必須(xū)有足夠長的直(zhi)管段，具體要求(qiú)見表 1。所配(pei)管道内徑也必(bì)須和渦街流量(liang)變送器内徑一(yī)緻，與管道連接(jiē)的密封墊内徑(jing)要比傳感器内(nei)徑略大，不能将(jiang)密封墊凸入管(guan)道内。

    表 1  上遊管道形(xíng)式與直管段長(zhang)度要求

    直(zhí)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(suō)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(tou)     25D    SD

不同平面(miàn)兩個 9(b彎頭(tou)     40D    5D

調節閥半(bàn)開閥門     50D    SD

      流(liu)量計供電電源(yuan)爲 + 24VDC,連接線(xian)要用屏蔽的信(xin)号電纜，布線時(shi)要遠離強功率(lü)電源線🧡，盡🐇量用(yong)單獨金屬保護(hu)套管，接地要可(kě)靠。

4注意事(shì)項

      爲讓該(gai)種儀表能夠更(geng)好地服務于化(hua)工行業流量計(jì)量工作，根據我(wo)廠近幾年應用(yong)的實踐，以下幾(ji)方面應引起有(you)關計量管理及(jí)使用部門的足(zu)夠重視。

4.1 儀(yi)表選型

      化(hua)工行業流體種(zhǒng)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(ti)的物理性質（如(ru)溫度、壓力、密度(du)、黏度）和化學性(xing)⭕質（腐蝕性）差✂️異(yì)也很大，同時流(liú)量的波動範圍(wéi)較大。因此渦街(jie)流量⛱️計的選型(xing)🍉是*關，也是zui重要(yao)的一關。爲💛此，在(zai)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(er)要保證使用精(jing)度。化工行業首(shou)先考📧慮渦街流(liú)量計的防爆性(xìng)能要滿足現場(chang)要求，其次必須(xu)抓實三個⁉️選型(xíng)參數，即近期和(hé)遠期的zui大、zui小及(ji)常用瞬時🐆流量(liang)（主㊙️要用于選定(ding)儀表的大小規(gui)格 1、被測介(jiè)質的設計壓力(li)（主要用于選定(dìng)儀表的公稱壓(yā)力等級🐪 1、工(gōng)作壓力 f主(zhu)要用于選定儀(yí)表壓力傳感器(qì)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(liàng)的貿易計量或(huò)重要的工藝過(guo)程控制等比👄較(jiao)重要場合的流(liu)量計，現場不具(ju)備流量在線标(biao)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼校條件的，僅憑(píng)生産廠家的出(chū)廠合格證明不(bú)能判定該表性(xìng)能是否合格。因(yin)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(kao)，安裝前有必要(yao)将其♋送往有檢(jian)定（校準）資質的(de)機構進行檢定(dìng)（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(fēi)常重要的環節(jie)，若在安裝中失(shī)誤，輕者影響測(cè)量準确度，重者(zhě)影響儀表使用(yong)壽命，導緻損壞(huài)儀表。要盡可能(neng)避免振動及高(gao)溫高熱環境、遠(yuan)離幹擾元件（如(rú)壓縮機、分離器(qì)、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(hua)平直，保證被‼️測(cè)介質爲潔淨的(de)單相流體等。

4.4參數設置

     流量計的儀(yí)表系數是在實(shi)驗室條件下校(xiào)驗的，現場使用(yòng)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(shu)設定、組态工作(zuo)以及流量測量(liang)網絡中各種參(cān)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(li)

      爲保證儀(yi)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(liàng)計投運之後需(xu)加強對儀表本(běn)身及整個流量(liang)系統各環節日(ri)常管🔴理和周期(qi)維護。如定⛱️期抄(chao)錄計量數據（每(měi)天或每周）、日常(cháng)巡檢，按周期進(jin)行系統調校（ 1-2年），檢查儀表(biao)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(gui)格的渦街流量(liang)計，其漩渦發生(sheng)體、導流體等核(he)心組件不能互(hù)換，否🌈則，須重新(xin)标定儀表計量(liàng)系數并對其配(pei)帶的溫度及♋壓(yā)爲傳感器進行(háng)系統校正。

5存在問題

      由于渦街流量(liang)計本質上是流(liu)體振動型流量(liang)計，它對💜外界💞振(zhèn)🏃🏻動、流體的流動(dong)狀态特别敏感(gǎn)。不僅能感受到(dao)傳感器受到的(de)渦街力，還可以(yi)感受到傳感器(qi)受到的其它力(li)，如管道振動、管(guǎn)道流體的沖擊(ji)力以🆚及由于流(liu)體壓力的變化(hua)，産生的随機脈(mo)動壓力等，現場(chang)的幹擾對流量(liang)測量會産生很(hěn)大的影響。特别(bie)是在小流量測(ce)🤟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(zhen)動噪聲和🌐管道(dao)振動噪聲影響(xiǎng)。也即，該種儀表(biao)抗幹擾的能力(lì)還有待于進一(yī)步提高。

      另(ling)外，由于渦街流(liu)量計投放市場(chǎng)的時間較短，儀(yí)表的可👅靠性和(hé)穩定性還有待(dai)于各種複雜工(gong)況的檢驗：測㊙️量(liang)精度對⚽流态及(jí)介質髒污的敏(mǐn)感程度有待于(yú)研究：現場檢定(ding)方法有待于進(jin)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(kě)靠，運行🔴穩🧑🏽‍🤝‍🧑🏻定，維(wéi)護簡易，在蒸汽(qì)、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(jì)術及數字❄️信号(hào)處理技術的發(fa)展，渦街流量計(ji)在耐高溫、抗震(zhèn)動、微功耗等方(fāng)面技❄️術也日臻(zhen)成熟，在化工行(hang)業流量測量中(zhong)發揮的作用越(yuè)來越大，應用前(qian)景非常廣👨‍❤️‍👨闊。