渦街流量計在化工行業流量測量中的應用

從流量儀表發展狀況看，孔板流量應用范圍廣：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，發現渦街流量計結構簡單，安裝維護方便f與孔板相比無需導壓管和三組閥，減少泄漏、堵塞和凍結等現象），壓力損失較小（約為孔板流量計的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、性能穩定、適用流體種類多（可測量液體、氣體和蒸汽）、在規定的雷諾數范圍內儀表系數不受流體的溫度、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（旋渦發生體），在其下游側會交替地產生二列內旋的漩渦列，稱之為“卡門渦列”。

      在一定的雷諾數范圍內，漩渦的釋放頻率f與流過漩渦發生體的流體平均速度v及漩渦發生體特征寬度d有關，可用下式表示：

    f= StV／d    (1)

式中，

    f)))漩渦的釋放頻率；

    v》)流過漩渦發生體的流體平均速度；

    d》)漩渦發生體特征寬度；

    St)))斯特羅哈數s trouhal(無量綱常數)。

    S．的值與漩渦發生體寬度d和雷諾數Re有關。

當雷諾數Re<2@104時，S。為變數；Re在2@104 -7 @106的范圍內，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、黏度等參數無關。因此，可以從漩渦產生的頻率f求出流體的平均流速v，達到測量管道內流體的流量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，令=去=}s，則Q=f/K。式

中，K為流量計的儀表系數（脈沖數／升），通常由實際流量試驗求出。

     由于漩渦發生體兩側交替產生漩渦，該漩渦力作用于檢測體上，使之產生交變應力，該應力作用在電元件上，產生了與漩渦頻率相同的交變電荷信號，通過轉換器處理后，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

    根據使用環境和被測流體選擇不同結構的流量計。當流量計周圍環境溫度低于60 e時，流量計可選擇組合型，當流量計周圍環境溫度高于60 e時，需選擇分離型。

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

    根據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根據流速、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。

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

3 . 安  裝

      渦街流量計應安裝在隔熱、通風、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節閥時，應將溫度、壓力傳感器和調節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。所配管道內徑也必須和渦街流量變送器內徑一致，與管道連接的密封墊內徑要比傳感器內徑略大，不能將密封墊凸入管道內。

    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

調節閥半開閥門    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于化工行業流量計量工作，根據我廠近幾年應用的實踐，以下幾方面應引起有關計量管理及使用部門的足夠重視。

4.1 儀表選型

      化工行業流體種類較多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（如溫度、壓力、密度、黏度）和化學性質（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，也是zui重要的一關。為此，在選型過程中應把握住兩條基本原則：一要保證生產安全，二要保證使用精度。化工行業首先考慮渦街流量計的防爆性能要滿足現場要求，其次必須抓實三個選型參數，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格1、被測介質的設計壓力（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場檢定還存在一定的困難。對用于大流量的貿易計量或重要的工藝過程控制等比較重要場合的流量計，現場不具備流量在線標校條件的，僅憑生產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果的準確、可靠，安裝前有必要將其送往有檢定（校準）資質的機構進行檢定（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節，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，導致損壞儀表。要盡可能避免振動及高溫高熱環境、遠離干擾元件（如壓縮機、分離器、調壓閥、大小頭及匯管、彎頭等1，保持儀表前后直管段同心及內壁光滑平直，保證被測介質為潔凈的單相流體等。

4.4參數設置

     流量計的儀表系數是在實驗室條件下校驗的，現場使用時，應對儀表系數進行修正。對配套二次儀表（智能流量積算儀1的參數設定、組態工作以及流量測量網絡中各種參數設置、軟件設計應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避免意外停運和數據丟失），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各環節日常管理和周期維護。如定期抄錄計量數據（每天或每周）、日常巡檢，按周期進行系統調校（1-2年），檢查儀表系數等。

4.6內部維護

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

5存在問題

      由于渦街流量計本質上是流體振動型流量計，它對外界振動、流體的流動狀態特別敏感。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，產生的隨機脈動壓力等，現場的干擾對流量測量會產生很大的影響。特別是在小流量測量時，由于小流量產生的橫向升力較小，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，儀表的可靠性和穩定性還有待于各種復雜工況的檢驗：測量精度對流態及介質臟污的敏感程度有待于研究：現場檢定方法有待于進一步探索。

6結語

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