渦街流量計在(zai)化工行業流量測(ce)量中的應用

從流量儀表發展(zhan)狀況看，孔闆流量(liàng)應用範圍廣：但用(yong)🔴标準孔⚽闆流量計(jì)來測量流體流量(liàng)，仍存在一些不足(zú)之處。多年來，人🤟們(men)在努力尋找可靠(kào)、的流量計用于流(liú)量計量，發現渦☁️街(jiē)流量👄計結構簡單(dan)，安裝維護方便 f與孔闆相比無(wú)需導壓管和三組(zǔ)閥，減少洩漏、堵塞(sai)⭐和凍結等現象），壓(yā)力損失較小（約爲(wèi)孔闆流量計的 1/ 4- 1/2），量程範圍寬，量(liàng)程比可達 20BI(孔(kong)闆爲 3BI)，測量精(jing)度比孔闆流量計(ji)高。除此之外，渦街(jie)流量計還具有使(shǐ)用壽命長、性能穩(wen)定、适用流體種類(lèi)多（可測量液體、氣(qi)體和蒸汽）、在規定(dìng)的雷諾數範圍内(nei)儀表系數不受流(liú)體的溫度、壓力、黏(nian)度及成分變化的(de)影響等特⭕點，已越(yuè)來越受到人們的(de)青睐。

1工作原(yuán)理

      渦街流量(liang)計是基于流體振(zhen)蕩原理的一種新(xin)型流量♈測量儀表(biǎo)。測量原理如圖 1所示，當在流體(ti)中插入*動方向垂(chuí)直的非線性型柱(zhù)體✨（旋渦發生體），在(zai)其下遊側會交替(tì)地産生二列内旋(xuán)的♋漩渦列，稱之爲(wèi) “卡門渦列 ”。

      在一定的(de)雷諾數範圍内，漩(xuán)渦的釋放頻率 f與流過漩渦發(fā)生體的流體平均(jun)速度 v及漩渦(wō)發生體特征寬度(du) d有關，可用下(xià)式表示：

    f= StV／ d    (1)

式中，

    f)))漩渦的(de)釋放頻率；

    v》 )流過漩渦發生(sheng)體的流體平均速(su)度；

    d》 )漩渦(wo)發生體特征寬度(dù)；

    St)))斯特羅哈數(shu) s trouhal(無量綱常數(shu) )。

    S．的值與(yu)漩渦發生體寬度(du) d和雷諾數 Re有關。

當雷(léi)諾數 Re<2@104時， S。爲變數； Re在 2@104 -7 @106的範圍内， S。值基本上保持不(bú)變，這段範圍爲流(liú)量計的基本測量(liang)範圍。

    式 (1)表明，當 d和 St爲定值時，漩渦(wo)産生的頻率 f與流體的平均流(liú)速 v成正比而(ér)與流體的溫度、壓(yā)力、密度、成分、黏度(dù)等參數無關。因此(ci)，可以從漩渦産生(sheng)的頻率 f求出(chū)流體的平均流速(sù) v，達到測量管(guan)道内流體的流量(liang) Q的目的。

    v=f Sd    (2)

    Q= vS=f Sd    (3)

    式（ 31中 S爲(wèi)管道的截面積。

    Sds爲常數，令 =去 =}s，則 Q=f/K。式(shì)

中， K爲流(liu)量計的儀表系數(shu)（脈沖數／升），通常由(you)實際流量試驗求(qiu)出。

     由于漩渦(wō)發生體兩側交替(tì)産生漩渦，該漩渦(wō)力作用☁️于檢💃🏻測體(ti)💋上，使之産生交變(bian)應力，該應力作用(yòng)在電元件上，産生(sheng)❗了與漩渦頻率相(xiang)同的交變電荷信(xìn)号，通過轉換器處(chu)理後，輸出與漩渦(wō)頻率柏同的脈沖(chong)信号或與流量成(cheng)正比的 4- 20 mA DC信号(hao)到二次儀表，進行(hang)累積、顯示。

2.選(xuǎn)擇

渦街流量(liang)的選型一般分爲(wei)型号的選擇和口(kǒu)徑的選擇兩步。

2.1  型号的選擇

    根據使用環境(jìng)和被測流體選擇(zé)不同結構的流量(liang)💃計。當流量計周圍(wéi)環境溫度低于 60 e時，流量計可選(xuan)擇組合型，當流量(liang)計周圍環境溫度(dù)高于 60 e時，需選(xuan)擇分離型。

    當(dāng)使用環境爲易燃(ran)易爆場合時根據(jù)防爆等級選✉️擇隔(ge)爆⭐型或❌本安型。一(yī)般環境選擇一般(bān)型。

    根據采集(jí)信号要求選擇不(bú)同的輸出形式，當(dāng)需要流量累積🔱時(shi)可選擇脈沖輸出(chū)型或模拟 ( 4- 20 mA

DC)輸(shu)出型，當需要控制(zhi)時可選擇模拟 (4- 20 mADC)輸出型。

2.2  口(kǒu)徑的選擇

    渦(wo)街流量傳感器的(de)口徑應根據流速(su)、流量來合理選擇(ze)，并🛀非一🔞定要與工(gong)藝管道同口徑。由(yóu)于渦街流♊量計流(liu)量範圍💋寬，因此口(kou)徑選擇主要是對(duì)下限流量。一般液(yè)體流速下限爲 0.5 m/s，氣體在 4-5 m/s範(fan)圍内選用，正常流(liú)量在測量範圍的(de) 1/2-2／ 3之間。一(yī)般情況下流量計(ji)生産廠家提供的(de)選型樣本隻給🔴出(chu)了🙇🏻常用流體水、壓(ya)縮空氣、飽和蒸汽(qì)的流量測量範圍(wéi)，其他流體則需通(tōng)過計算選擇流量(liang)計的口徑，忽略這(zhè)一點往往會造成(cheng)流量計使用不正(zhèng)常。

    根據多次(ci)選型的結果，筆者(zhe)認爲，适當減小流(liu)量計口徑，使沆速(su)和雷諾數增大，使(shi)儀表常數*進入線(xiàn)性，可以提高🌏儀表(biǎo)的精度，也有利于(yu)信号放大器的調(diào)整。

3 . 安   裝(zhuang)

      渦街流量計(jì)應安裝在隔熱、通(tōng)風、易維護的地方(fāng)，盡🔞量安裝在💜遠離(lí)振動源和電磁幹(gan)擾較強的地方，振(zhen)動存在的💋地方必(bi)須☁️采用減振裝置(zhì)，減少管道受振動(dong)的影⁉️響。

      渦街(jie)流量計在管道上(shàng)可水平、傾斜或垂(chuí)直安裝。安裝位置(zhì)要⭕注🌈意，垂直安裝(zhuang)時，液體介質必須(xū)從下往上流動：需(xū)在管道上♍安裝溫(wen)度、壓力傳感器或(huò)流量調節閥✍️時，應(ying)将溫度、壓力傳感(gǎn)器和調節閥安裝(zhuāng)在流量計下遊。

      渦街流量計前(qian)後必須有足夠長(zhang)的直管段，具體要(yào)求見表 1。所配(pèi)管道内徑也必須(xu)和渦街流量變送(sòng)器内徑一緻😘，與🔴管(guan)道連接的密封墊(nian)内徑要比傳感器(qì)内徑略大，不能将(jiāng)密封👨‍❤️‍👨墊凸入管道(dao)内。

    表 1  上(shang)遊管道形式與直(zhi)管段長度要求

    直管段長度要(yao)求 fzui少）

    上(shàng)遊管道形式

    上遊彳孬一

同心收縮全開閥(fa)門     15 D    5D

一個 9(b彎頭     20D    SD

同心擴(kuò)管     25D    SD

同一平面(miàn)兩個 9(b彎頭     25D    SD

不同平面兩個(gè) 9(b彎頭     40D    5D

調(diao)節閥半開閥門     50D    SD

      流量計供電電(diàn)源爲 + 24VDC,連接線(xiàn)要用屏蔽的信号(hao)電纜，布線時要遠(yuan)離強功率電源線(xiàn)，盡☎️量用單獨金屬(shu)保護套管，接地要(yao)可靠。

4注意事(shi)項

      爲讓該種(zhǒng)儀表能夠更好地(di)服務于化工行業(yè)流量計量工作，根(gēn)據我廠近幾年應(yīng)用的實踐，以下幾(jǐ)方面應引起有關(guan)計量管理及使用(yòng)部門的足夠重視(shì)。

4.1 儀表選型

      化工行業流體(ti)種類較多 f蒸(zhēng)汽、煤氣、水、氫氣等(deng)），輸送流體的管線(xiàn)粗細差别很大㊙️ (DN15 -DN300)，流體的物理性(xing)質（如溫度、壓力、密(mì)度、黏度）和化學性(xìng)質🏃‍♂️（腐蝕性）差異也(ye)很大，同時流量的(de)波動範圍較大。因(yīn)此💰渦街流量計的(de)選型是*關，也是zui重(zhong)要的一關。爲此，在(zai)選型過程中應把(bǎ)握住兩條基本原(yuan)則：一要保證生産(chǎn)安全，二要保證使(shi)用精度。化工行👌業(ye)首先考慮渦街流(liu)量計的防爆性能(neng)要滿足現場要求(qiú)，其次必須抓實三(sān)個選型參數，即近(jin)期和遠期的zui大、zui小(xiǎo)及常用瞬時流量(liàng)（主要用于📧選定儀(yi)表的大小規格 1、被測介質的設(shè)計壓力（主要用于(yú)選定儀表的公稱(cheng)壓力✊等級 1、工(gong)作壓力 f主要(yào)用于選定儀表壓(yā)力傳感器的壓力(li)等級 1。

4.2 檢(jian)定（校準）

      目前(qian)對渦街流量計的(de)現場檢定還存在(zài)一定的困🚩難。對用(yòng)于大❗流量的貿易(yì)計量或重要的工(gong)藝過程控制等比(bǐ)較重要場合的流(liú)量計，現場不具備(bei)流量在線标校條(tiáo)件的，僅憑生産廠(chang)家的出廠合格證(zheng)明不能判定該表(biǎo)性能是否合格。因(yin)此，爲确✉️保儀表在(zài)今後的工作過程(cheng)中測量結果的準(zhun)确、可靠，安裝前有(yǒu)必要将其送往有(you)檢定（校準）資質的(de)機構進行檢定（校(xiào)準 1。

4.3工藝(yì)安裝

    正确選(xuan)擇安裝點和正确(què)安裝傳感器都是(shì)非常重要的環節(jie)，若在安裝中失誤(wu)，輕者影響測量準(zhǔn)确度，重者影響儀(yí)表使用壽命，導緻(zhì)損壞儀表。要盡可(ke)能避免振動及高(gao)溫高熱環境、遠🛀離(li)幹擾元件（如壓縮(suo)機、分離器、調壓閥(fá)、大小頭及彙管、彎(wān)頭等 1，保持儀(yí)表前後直管段同(tong)心及内壁光滑平(píng)直，保證被測♍介質(zhì)爲潔淨的單相流(liú)體等。

4.4參數設(she)置

     流量計的(de)儀表系數是在實(shi)驗室條件下校驗(yàn)的，現場☂️使用時，應(ying)對儀表系數進行(hang)修正。對配套二次(cì)儀表（智✂️能流量積(ji)算儀 1的參數(shu)設定、組态工作以(yǐ)及流量測量網絡(luò)中各種參數設置(zhi)、軟件設計應符合(he)工藝和流量計要(yào)求。

4.5後期管理(lǐ)

      爲保證儀表(biǎo)長期工作的準确(que)性、可靠性 f避(bì)免意外停運和數(shù)據丢失），在渦街流(liu)量計投運之後需(xu)加✏️強對儀表本身(shēn)及整個流量系統(tǒng)各環節日常管理(li)和😄周期維護。如定(dìng)🎯期抄錄計量數據(jù)（每天或每周）、日🔱常(cháng)巡檢，按周期進行(háng)系統調校🐇（ 1-2年(nián)），檢查儀表系數等(děng)。

4.6内部維護

      由于流體髒污(wu)或其它原因，需對(dui)儀表的測量腔體(tǐ)及其💔構件進行定(ding)期檢查或清洗。對(duì)于同規格的渦街(jiē)流量計，其漩渦發(fā)生體、導流體等核(hé)心組件不能互換(huan)，否則，須重新标定(dìng)儀表計量系數✨并(bing)對其配帶的溫度(dù)及壓爲傳感器進(jin)行系統校正。

5存在問題

      由(yóu)于渦街流量計本(ben)質上是流體振動(dòng)型流量計，它對外(wai)界📧振動、流體的流(liu)動狀态特别敏感(gan)。不僅能感受到傳(chuan)感器受到的渦街(jie)力，還可以感受到(dào)傳感器受到的其(qi)它力，如管道振動(dong)、管道流體的沖擊(ji)力以及由于流😍體(ti)壓力的變化，産生(shēng)的随機脈動壓力(lì)等，現場的幹擾對(duì)流量測量會産生(sheng)很大的影響。特别(bié)👈是在小流量測量(liang)時，由于小流量産(chǎn)生的橫向升力較(jiao)小，檢測信号微弱(ruo)，極易受流體沖☔擊(ji)振動噪聲和管道(dao)振動噪聲影響🏃🏻‍♂️。也(ye)即，該種儀表抗幹(gan)♍擾的能力還有待(dài)于進一步提高。

      另外，由于渦街(jie)流量計投放市場(chang)的時間較短，儀表(biǎo)的🌂可🤩靠性和穩定(ding)性還有待于各種(zhong)複雜工況的檢🏃🏻‍♂️驗(yan)：測量精度對流态(tài)及介質髒污的敏(min)感程度有待于研(yán)究：現場檢♍定方法(fa)有待于進一步探(tan)索。

6結語

      渦街流量計在我(wo)廠投入使用幾年(nian)來，計量準确可靠(kao)，運行穩🌈定，維護簡(jian)易，在蒸汽、煤氣計(jì)量中使用效果較(jiào)好。随着現場總線(xian)技♊術、智能儀表技(jì)術及數字信号處(chù)理技術的發展，渦(wo)街流👅量計在耐高(gao)溫、抗震🏃‍♂️動、微功耗(hào)等方面技術也日(ri)臻成熟，在化工行(hang)業流量測量中發(fā)揮的作用越來越(yuè)大，應用👣前景非常(chang)廣⭐闊。