渦街(jie)流量計在(zai)化工行業流量測量中的應用
從流(liu)(liu)量(liang)儀表發展狀(zhuang)況看(kan)，孔板流(liu)(liu)量(liang)應用(yong)范圍(wei)廣：但用(yong)標準(zhun)孔板流(liu)(liu)量(liang)計(ji)來(lai)(lai)測量(liang)流(liu)(liu)體(ti)流(liu)(liu)量(liang)，仍存在一些不足(zu)之處。多年來(lai)(lai)，人(ren)們在努(nu)力(li)尋找可(ke)靠、的流(liu)(liu)量(liang)計(ji)用(yong)于流(liu)(liu)量(liang)計(ji)量(liang)，發現渦街流(liu)(liu)量(liang)計(ji)結構簡單，安(an)裝維護方(fang)便f與(yu)孔板相比無(wu)需導壓管和三組閥，減少泄漏、堵塞和凍(dong)結等現象），壓力(li)損失較小（約為孔板流量計(ji)的1/ 4- 1/2），量程范圍寬，量程比(bi)可達20BI(孔板(ban)為(wei)3BI)，測量(liang)精度(du)比孔(kong)板流量(liang)計高。除此(ci)之外(wai)，渦街流量(liang)計還(huan)具有使用壽命長、性能穩定、適用流體種(zhong)類多(duo)（可測量(liang)液體、氣體和蒸(zheng)汽）、在規定的(de)雷諾數范(fan)圍(wei)內(nei)儀表系數不受(shou)流體的(de)溫度(du)、壓力、黏度(du)及成分變化(hua)的(de)影響等(deng)特點，已(yi)越來(lai)越受(shou)到人(ren)們的(de)青睞。
1工作原(yuan)理
渦街流量(liang)(liang)(liang)計是基于流體振蕩原理的一(yi)種新型流量(liang)(liang)(liang)測量(liang)(liang)(liang)儀表(biao)。測量(liang)(liang)(liang)原理如圖1所示，當在(zai)流體中插入*動方向垂直的(de)非線性型(xing)柱體（旋渦發生體），在(zai)其下游側會交替(ti)地產(chan)生二列(lie)內旋的(de)漩渦列(lie)，稱之為“卡門渦列”。
在一定的雷(lei)諾數范圍內，漩渦的釋放頻率f與(yu)流過漩渦發生體(ti)的流體(ti)平(ping)均速度v及(ji)漩(xuan)渦發生體特(te)征寬度d有(you)關，可用下(xia)式表示：
f= StV／d (1)
式中，
f)))漩渦的釋放頻率；
v》)流過漩渦發生體(ti)(ti)的流體(ti)(ti)平均(jun)速度；
d》)漩(xuan)渦發生體特征寬度；
St)))斯特羅哈數s trouhal(無量綱常數)。
S．的值與漩渦(wo)發生體寬(kuan)度d和(he)雷諾數Re有關。
當(dang)雷諾(nuo)數(shu)Re<2@104時，S。為變數；Re在(zai)2@104 -7 @106的范(fan)圍內，S。值基本上保持不變(bian)，這段范(fan)圍(wei)為流量計的(de)基本測量范(fan)圍(wei)。
式(shi)(1)表明，當d和(he)St為定(ding)值時，漩(xuan)渦(wo)產生(sheng)的頻率(lv)f與流體的(de)平均(jun)流速v成(cheng)正比而與流體(ti)(ti)的溫度(du)、壓力、密(mi)度(du)、成(cheng)分、黏度(du)等(deng)參數無關。因此，可以(yi)從漩渦產(chan)生的頻率f求出流體的平(ping)均流速v，達到測量(liang)管道內(nei)流(liu)體(ti)的流(liu)量(liang)Q的(de)目的(de)。
v=f Sd (2)
Q= vS=f Sd (3)
式(shi)（31中(zhong)S為管道的截面積。
Sds為常數，令=去=}s，則Q=f/K。式
中，K為流(liu)量(liang)計的儀表系(xi)數(shu)(shu)（脈沖數(shu)(shu)／升(sheng)），通常由實際(ji)流(liu)量(liang)試驗求出。
由(you)于漩(xuan)渦發生(sheng)體兩側交替產生(sheng)漩(xuan)渦，該漩(xuan)渦力作用(yong)于檢(jian)測(ce)體上(shang)，使之(zhi)產生(sheng)交變應力，該應力作用(yong)在電元件上(shang)，產生(sheng)了與漩(xuan)渦頻率相同的(de)交變電荷信號，通過轉(zhuan)換器處理后，輸出與漩(xuan)渦頻率柏同的(de)脈沖信號或與流量成(cheng)正比(bi)的(de)4- 20 mA DC信號到二次儀(yi)表，進行累積、顯示(shi)。
2.選(xuan)擇
渦街流(liu)量的(de)選型(xing)一般分為(wei)型(xing)號的(de)選擇(ze)和口徑(jing)的(de)選擇(ze)兩步。
2.1 型(xing)號的(de)選擇(ze)
根(gen)據使(shi)用(yong)環(huan)境(jing)和被測流(liu)體選擇不同(tong)結(jie)構的流(liu)量計。當流(liu)量計周(zhou)圍環(huan)境(jing)溫度(du)低于(yu)60 e時(shi)，流(liu)(liu)量(liang)計(ji)(ji)可選擇(ze)組合型，當流(liu)(liu)量(liang)計(ji)(ji)周圍(wei)環(huan)境(jing)溫度高于(yu)60 e時，需選(xuan)擇分離(li)型。
當使用(yong)環境為易(yi)燃易(yi)爆(bao)場合(he)時根據(ju)防(fang)爆(bao)等級選擇(ze)(ze)隔(ge)爆(bao)型或本安型。一(yi)般(ban)環境選擇(ze)(ze)一(yi)般(ban)型。
根據采集(ji)信號(hao)要(yao)求選擇不(bu)同的輸出(chu)形式，當需要(yao)流量累(lei)積時可(ke)選擇脈沖(chong)輸出(chu)型或模擬(ni)( 4- 20 mA
DC)輸(shu)出型，當需要控制時(shi)可選擇(ze)模(mo)擬(4- 20 mADC)輸出型(xing)。
2.2 口(kou)徑的選(xuan)擇
渦(wo)街流量(liang)(liang)傳感器的口(kou)徑(jing)應根(gen)據流速、流量(liang)(liang)來(lai)合(he)理選擇，并非一定要與工藝(yi)管道同口(kou)徑(jing)。由于渦(wo)街流量(liang)(liang)計(ji)流量(liang)(liang)范圍寬，因此口(kou)徑(jing)選擇主要是對下(xia)限流量(liang)(liang)。一般液體流速下(xia)限為(wei)0.5 m/s，氣體在4-5 m/s范圍(wei)內(nei)選用，正常流量(liang)在測量(liang)范圍(wei)的1/2-2／3之間。一(yi)般情況下(xia)流(liu)量計(ji)(ji)生產廠家提供的選型(xing)樣本(ben)只給(gei)出了常用(yong)流(liu)體水、壓縮空氣(qi)、飽和蒸(zheng)汽(qi)的流(liu)量測(ce)量范圍，其他流(liu)體則(ze)需通過計(ji)(ji)算選擇流(liu)量計(ji)(ji)的口(kou)徑(jing)，忽(hu)略這一(yi)點往往會造成流(liu)量計(ji)(ji)使用(yong)不(bu)正常。
根(gen)據多次選型的結(jie)果，筆(bi)者認為，適當減小流量計口徑，使(shi)(shi)沆(hang)速和雷諾數(shu)增大，使(shi)(shi)儀(yi)表(biao)常數(shu)*進入(ru)線性，可以提高儀(yi)表(biao)的精(jing)度(du)，也有利于信(xin)號(hao)放大器的調整。
3 . 安 裝
渦街流量計應安裝在(zai)隔熱、通(tong)風、易(yi)維護的地(di)方(fang)，盡量安裝在(zai)遠離振(zhen)動源和電磁干擾較強的地(di)方(fang)，振(zhen)動存在(zai)的地(di)方(fang)必須(xu)采(cai)用減振(zhen)裝置，減少管道受(shou)振(zhen)動的影響。
渦街流量計在(zai)(zai)管道(dao)上可水平、傾(qing)斜或垂(chui)(chui)直安裝(zhuang)(zhuang)。安裝(zhuang)(zhuang)位置(zhi)要注意，垂(chui)(chui)直安裝(zhuang)(zhuang)時(shi)，液體(ti)(ti)介質必須從下往上流動：需在(zai)(zai)管道(dao)上安裝(zhuang)(zhuang)溫(wen)度(du)、壓(ya)力(li)傳感器或流量調節閥(fa)時(shi)，應將溫(wen)度(du)、壓(ya)力(li)傳感器和調節閥(fa)安裝(zhuang)(zhuang)在(zai)(zai)流量計下游。
渦街流量計前(qian)后必(bi)須(xu)有足夠長的直管段，具體要(yao)求見表1。所配(pei)管(guan)道(dao)內(nei)徑(jing)也(ye)必(bi)須和渦街流量變送器內(nei)徑(jing)一致，與(yu)管(guan)道(dao)連(lian)接(jie)的(de)密封墊內(nei)徑(jing)要比傳感(gan)器內(nei)徑(jing)略大，不(bu)能(neng)將密封墊凸入管(guan)道(dao)內(nei)。
表1 上游管道(dao)形(xing)式與直管段長度要求
直管段長(chang)度要求fzui少(shao)）
上(shang)游管道形式
上游彳孬一(yi)
同心收(shou)縮(suo)全開閥門 15 D 5D
一個9(b彎頭 20D SD
同心擴管(guan) 25D SD
同(tong)一平面兩個9(b彎頭 25D SD
不同平(ping)面兩(liang)個9(b彎頭 40D 5D
調(diao)節閥半(ban)開(kai)閥門 50D SD
流(liu)量計供電(dian)電(dian)源為+ 24VDC,連接(jie)線要(yao)用(yong)(yong)屏蔽的信(xin)號電(dian)纜，布線時要(yao)遠離強功率電(dian)源(yuan)線，盡量用(yong)(yong)單獨(du)金屬保護套管，接(jie)地要(yao)可(ke)靠。
4注意事項(xiang)
為(wei)讓該種(zhong)儀表能(neng)夠(gou)(gou)更(geng)好地服務于化工行業(ye)流量(liang)計量(liang)工作，根據我廠近幾(ji)年應(ying)(ying)用的實踐，以下幾(ji)方面應(ying)(ying)引起有(you)關計量(liang)管理及使用部門的足夠(gou)(gou)重視。
4.1 儀表選型(xing)
化工行業(ye)流體種類較多f蒸汽、煤氣(qi)、水、氫氣(qi)等），輸送流體(ti)的管線粗細差別很大(DN15 -DN300)，流(liu)(liu)體的(de)(de)物理性(xing)(xing)質（如溫(wen)度、壓力(li)、密度、黏度）和化學性(xing)(xing)質（腐蝕性(xing)(xing)）差異(yi)也(ye)很大，同時(shi)流(liu)(liu)量(liang)(liang)的(de)(de)波動(dong)范圍較大。因此(ci)渦街流(liu)(liu)量(liang)(liang)計(ji)的(de)(de)選型(xing)是(shi)*關(guan)，也(ye)是(shi)zui重(zhong)要(yao)的(de)(de)一(yi)關(guan)。為此(ci)，在選型(xing)過(guo)程中應(ying)把握住兩條基本原則：一(yi)要(yao)保證生產安全，二要(yao)保證使用精度。化工行(xing)業(ye)首(shou)先(xian)考(kao)慮渦街流(liu)(liu)量(liang)(liang)計(ji)的(de)(de)防爆性(xing)(xing)能要(yao)滿足現場要(yao)求，其次必須抓實三(san)個(ge)選型(xing)參(can)數(shu)，即近期和遠期的(de)(de)zui大、zui小及常(chang)用瞬(shun)時(shi)流(liu)(liu)量(liang)(liang)（主要(yao)用于選定儀表的(de)(de)大小規格(ge)1、被測介質的(de)設計壓(ya)力（主要用于選(xuan)定儀表的(de)公稱壓(ya)力等級1、工(gong)作壓(ya)力f主要(yao)用于選定(ding)儀表(biao)壓力傳感器的壓力等(deng)級1。
4.2 檢(jian)定（校準）
目(mu)前對(dui)渦(wo)街流量(liang)計(ji)(ji)的(de)現場(chang)(chang)檢(jian)定(ding)(ding)還存在一(yi)定(ding)(ding)的(de)困難。對(dui)用于大流量(liang)的(de)貿(mao)易(yi)計(ji)(ji)量(liang)或重要(yao)的(de)工(gong)藝過程控(kong)制等比較重要(yao)場(chang)(chang)合的(de)流量(liang)計(ji)(ji)，現場(chang)(chang)不具(ju)備(bei)流量(liang)在線標校條件(jian)的(de)，僅憑生產(chan)廠家的(de)出廠合格證明不能(neng)判定(ding)(ding)該(gai)表性能(neng)是否(fou)合格。因此，為確保儀表在今后(hou)的(de)工(gong)作(zuo)過程中測量(liang)結果的(de)準確、可靠，安裝前有必要(yao)將(jiang)其送往有檢(jian)定(ding)(ding)（校準）資質的(de)機構進(jin)行檢(jian)定(ding)(ding)（校準1。
4.3工藝(yi)安裝
正(zheng)確選擇安裝(zhuang)點(dian)和正(zheng)確安裝(zhuang)傳感器都(dou)是(shi)非常重(zhong)要(yao)的環節，若(ruo)在安裝(zhuang)中失誤，輕者影(ying)響(xiang)測(ce)量準(zhun)確度，重(zhong)者影(ying)響(xiang)儀(yi)表使用(yong)壽命，導致損壞(huai)儀(yi)表。要(yao)盡可能避(bi)免振動(dong)及(ji)高溫高熱(re)環境、遠離干擾元(yuan)件（如(ru)壓縮機、分離器、調壓閥、大(da)小頭(tou)及(ji)匯(hui)管、彎(wan)頭(tou)等(deng)1，保(bao)持儀表(biao)前后直(zhi)管段同心(xin)及(ji)內壁(bi)光滑平直(zhi)，保(bao)證被測介質為潔(jie)凈的單相流體等。
4.4參數設置
流量計的儀表系數是在實(shi)驗室(shi)條件(jian)下校驗的，現場使(shi)用時(shi)，應對儀表系數進行修正。對配套二(er)次(ci)儀表（智能流量積算(suan)儀1的參數設定、組(zu)態工(gong)作以及流量(liang)測量(liang)網(wang)絡(luo)中(zhong)各種參數設置(zhi)、軟件設計(ji)應(ying)符合(he)工(gong)藝和流量(liang)計(ji)要求。
4.5后期(qi)管(guan)理
為保(bao)證儀表長期工作的準確性(xing)、可靠性(xing)f避(bi)免意外停(ting)運(yun)和數據丟失），在渦街(jie)流量(liang)計投運(yun)之后需加強對(dui)儀表本身及整個流量(liang)系統各環節日(ri)常管理和周(zhou)期維護。如定期抄(chao)錄計量(liang)數據（每(mei)天或每(mei)周(zhou)）、日(ri)常巡檢，按(an)周(zhou)期進行系統調校（1-2年），檢(jian)查儀表系數等。
4.6內部維(wei)護
由于(yu)(yu)流(liu)體(ti)臟污或其(qi)它(ta)原因(yin)，需(xu)對(dui)儀表(biao)的(de)測量(liang)腔(qiang)體(ti)及(ji)其(qi)構件進行(xing)定期檢查(cha)或清洗(xi)。對(dui)于(yu)(yu)同(tong)規格(ge)的(de)渦(wo)(wo)街流(liu)量(liang)計(ji)，其(qi)漩渦(wo)(wo)發(fa)生體(ti)、導(dao)流(liu)體(ti)等核心組件不(bu)能互換，否(fou)則(ze)，須重新標定儀表(biao)計(ji)量(liang)系(xi)數并對(dui)其(qi)配帶的(de)溫度及(ji)壓為傳感器進行(xing)系(xi)統校正。
5存(cun)在(zai)問題(ti)
由于渦街流(liu)(liu)(liu)量(liang)計(ji)本(ben)質上是流(liu)(liu)(liu)體振(zhen)動(dong)(dong)(dong)型流(liu)(liu)(liu)量(liang)計(ji)，它對外界振(zhen)動(dong)(dong)(dong)、流(liu)(liu)(liu)體的(de)流(liu)(liu)(liu)動(dong)(dong)(dong)狀態(tai)特別敏(min)感。不(bu)僅能感受(shou)到傳感器(qi)受(shou)到的(de)渦街力(li)，還可以(yi)感受(shou)到傳感器(qi)受(shou)到的(de)其它力(li)，如管道振(zhen)動(dong)(dong)(dong)、管道流(liu)(liu)(liu)體的(de)沖擊力(li)以(yi)及由于流(liu)(liu)(liu)體壓(ya)力(li)的(de)變(bian)化(hua)，產生的(de)隨(sui)機脈動(dong)(dong)(dong)壓(ya)力(li)等，現場的(de)干擾(rao)對流(liu)(liu)(liu)量(liang)測(ce)(ce)量(liang)會(hui)產生很大的(de)影(ying)響。特別是在小流(liu)(liu)(liu)量(liang)測(ce)(ce)量(liang)時(shi)，由于小流(liu)(liu)(liu)量(liang)產生的(de)橫向升力(li)較小，檢測(ce)(ce)信號微弱(ruo)，極易受(shou)流(liu)(liu)(liu)體沖擊振(zhen)動(dong)(dong)(dong)噪聲和管道振(zhen)動(dong)(dong)(dong)噪聲影(ying)響。也即，該種儀表(biao)抗(kang)干擾(rao)的(de)能力(li)還有待(dai)于進一步提高(gao)。
另(ling)外，由于(yu)渦街流(liu)量計投放(fang)市場的時間較短，儀表(biao)的可靠性和(he)穩定性還有待于(yu)各(ge)種復雜工況的檢(jian)驗：測量精度對流(liu)態(tai)及(ji)介質臟污的敏感程度有待于(yu)研究(jiu)：現場檢(jian)定方(fang)法(fa)有待于(yu)進一步(bu)探索。
6結(jie)語(yu)
渦(wo)(wo)街流(liu)量(liang)計在我(wo)廠投入使(shi)用(yong)幾年來，計量(liang)準確可靠，運行穩定，維(wei)護簡易，在蒸汽(qi)、煤(mei)氣計量(liang)中使(shi)用(yong)效果(guo)較(jiao)好。隨著現(xian)場總線技術(shu)、智能(neng)儀表技術(shu)及數(shu)字信號處理技術(shu)的發展，渦(wo)(wo)街流(liu)量(liang)計在耐高溫、抗震動、微功耗等方面技術(shu)也日臻成熟，在化工行業(ye)流(liu)量(liang)測量(liang)中發揮的作用(yong)越來越大，應(ying)用(yong)前景(jing)非常(chang)廣闊。
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