渦街流(liu)量計在化工行(hang)業流量測量中(zhōng)的應用

從(cong)流量儀表發展(zhan)狀況看，孔闆流(liu)量應用範圍廣(guang)：但用标☔準🌈孔闆(pan)流量計來測量(liang)流體流量，仍存(cún)在一些不足之(zhi)處。多年來，人🎯們(men)在努力尋找可(kě)靠、的流量計用(yong)于流🌏量計量㊙️，發(fa)現渦街流量計(jì)結構簡單，安裝(zhuāng)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(shi)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(pan)流量計高。除此(ci)之外，渦街流量(liang)計還具🔅有使用(yong)壽命長、性能穩(wen)定、适用流體種(zhǒng)類多（可測量液(yè)體、氣體和蒸🐇汽(qi)）、在規定的雷諾(nuo)數範圍内儀表(biǎo)系數不受流體(ti)的溫度、壓力、黏(nian)度及💋成分變化(hua)的影響等特點(diǎn)，已越來越受到(dao)人們的青睐🥵。

1工作原理

      渦街流量計(ji)是基于流體振(zhèn)蕩原理的一種(zhǒng)新型流🤩量測量(liàng)🈲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(zhí)的非線性型柱(zhù)體（旋渦發🏃🏻生體(ti)），在其下遊側會(hui)交替地産生二(èr)列内旋的漩渦(wo)列，稱之爲 “卡門渦列 ”。

      在一定的(de)雷諾數範圍内(nèi)，漩渦的釋放頻(pin)率 f與流過(guò)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(yong)下式表示：

    f= StV／ d    (1)

式中，

    f)))漩渦的釋放頻(pin)率；

    v》 )流(liú)過漩渦發生體(ti)的流體平均速(sù)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(xuán)渦發生體寬度(du) 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(dāng) 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(can)數無關🈚。因此，可(ke)以從漩渦産生(shēng)的頻率 f求(qiú)出流體的平均(jun)流速 v，達到(dào)測量管道内流(liu)體的流量 Q的目的。

    v=f Sd    (2)

    Q= vS=f Sd    (3)

    式(shi)（ 31中 S爲(wèi)管道的截面積(jī)。

    Sds爲常數，令(ling) =去 =}s，則(zé) Q=f/K。式

中(zhong)， K爲流量計(ji)的儀表系數（脈(mo)沖數／升），通常由(yóu)實際流量試驗(yan)求💛出。

     由于(yú)漩渦發生體兩(liang)側交替産生漩(xuán)渦，該漩渦力作(zuo)用于檢測體🔴上(shàng)，使之産生交變(bian)應力，該應力作(zuo)用在電元☁️件上(shang)，産生🐪了與漩渦(wo)頻率相同的交(jiāo)變電荷信号，通(tong)過轉換器處理(lǐ)後，輸出與❄️漩渦(wo)頻率柏同的脈(mò)沖信号或與流(liú)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(ze)兩步。

2.1  型号(hào)的選擇

    根(gen)據使用環境和(he)被測流體選擇(zé)不同結構的流(liu)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(zǔ)合型，當流量計(ji)周圍環境溫度(du)高于 60 e時，需(xu)選擇分離型。

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

    根據(jù)采集信号要求(qiu)選擇不同的輸(shu)出形式，當需要(yao)流量累積🌍時可(ke)選擇脈沖輸出(chū)型或模拟 ( 4- 20 mA

DC)輸出型，當需要(yào)控制時可選擇(ze)模拟 (4- 20 mADC)輸出(chū)型。

2.2  口徑的(de)選擇

    渦街(jie)流量傳感器的(de)口徑應根據流(liú)速、流量來合理(li)選擇，并非一定(ding)要與工藝管道(dào)同口徑。由于渦(wo)街流量計流量(liàng)🤩範圍寬，因此口(kou)徑選擇主要是(shì)對下限流量。一(yi)般液體流速下(xia)限爲 0.5 m/s，氣體(ti)在 4-5 m/s範圍内(nei)選用，正常流量(liang)在測量範圍的(de) 1/2-2／ 3之間(jiān)。一般情況下流(liú)量計生産廠家(jiā)提供的選型樣(yang)本隻⛹🏻‍♀️給出了🏃‍♂️常(chang)用流體水、壓縮(suo)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(xuǎn)擇流量計的口(kou)徑，忽略這一點(diǎn)往🔱往會造成流(liú)量計使用不正(zhèng)常。

    根據多(duō)次選型的結果(guo)，筆者認爲，适當(dāng)減小流量計口(kou)徑🔞，使沆速🤞和雷(lei)諾數增大，使儀(yi)表常數*進入線(xian)性，可以提高儀(yi)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(dì)方，盡量安裝在(zai)遠離振動源和(he)電磁幹擾較強(qiang)的地方，振動存(cun)在的地方必須(xū)采用減振裝置(zhì)，減少管道受振(zhèn)🏃🏻動的影響。

      渦街流量計在(zai)管道上可水平(píng)、傾斜或垂直安(ān)裝。安裝位置要(yào)注意，垂直安裝(zhuang)時，液體介質必(bì)須從下往上流(liu)㊙️動：需在管道上(shang)安裝溫度、壓力(lì)傳感器或流量(liang)調節閥💛時，應将(jiang)溫度、壓🌈力傳感(gan)器和調節閥安(ān)裝在流量計下(xia)遊。

      渦街流(liú)量計前後必須(xu)有足夠長的直(zhi)管段，具體要求(qiu)見表 1。所配(pèi)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(jìng)要比傳感器内(nèi)徑略大，不🙇🏻能将(jiang)密封墊凸入管(guǎn)❗道内。

    表 1  上遊管道形(xing)式與直管段長(zhang)度要求

    直(zhi)管段長度要求(qiú) fzui少）

    上(shàng)遊管道形式

    上遊彳孬一(yi)

同心收縮(suo)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(tóu)     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(xiàn)要用屏蔽的信(xìn)号電纜，布線時(shí)要遠離強功🏃🏻‍♂️率(lü)電源線，盡🔞量用(yòng)單獨金屬保護(hu)套管，接地要可(ke)靠。

4注意事(shi)項

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

4.1 儀(yi)表選型

      化(huà)工行業流體種(zhǒng)類較多 f蒸(zhēng)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(tǐ)的物理性質（如(ru)溫度、壓力、密度(du)、黏度）和化學性(xìng)💃🏻質（腐蝕性）差🌈異(yì)也很大，同時流(liu)量的波動範圍(wei)較大。因此渦街(jiē)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(ying)把握住兩條基(jī)本💛原則：一要保(bǎo)證生産安全，二(er)要保證使用精(jīng)度。化工行業首(shǒu)先考慮渦街流(liú)量計的防爆性(xing)能要滿足現場(chang)要求，其次🥵必須(xu)抓實三個選型(xing)參數，即近💃期和(he)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(jie)質的設計壓力(lì)（主要用于選定(ding)儀表的公稱壓(yā)力💚等級 1、工(gōng)作壓力 f主(zhǔ)要用于選定儀(yi)表壓力傳感器(qì)的壓力等級 1。

4.2 檢定（校(xiào)準）

      目前對(duì)渦街流量計的(de)現場檢定還存(cun)在一定的困🔞難(nán)。對用于大流量(liàng)的貿易計量或(huo)重要的工藝過(guò)程控制等比較(jiào)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(ping)生産廠家的出(chu)廠合格證明不(bú)能判定該表性(xing)能是否合格。因(yīn)此，爲确📧保儀表(biǎo)在今後的工作(zuò)過程中測量結(jié)果的準确、可靠(kào)，安裝前🤩有必要(yao)将其‼️送往有檢(jiǎn)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(zhuāng)傳感器都是非(fei)常重要的環⚽節(jiē)，若在安裝中失(shi)誤，輕者影響測(ce)量準确度，重者(zhě)影響儀表使用(yong)壽命，導緻損壞(huai)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(qi)、調壓閥、大🧑🏾‍🤝‍🧑🏼小頭(tou)及彙管、彎頭等(děng) 1，保持儀表(biǎo)前後直管段同(tong)心及内壁光滑(huá)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(yi)表系數是在實(shi)驗室條件下校(xiao)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(biao)（智🍓能流量積算(suàn)儀🔆 1的參數(shu)設定、組态工作(zuo)以及流量測量(liàng)網絡中各種參(cān)數設置、軟件設(shè)計應符合工藝(yì)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(diū)失），在渦街流量(liàng)計投運之後需(xū)加💯強🈲對儀表本(běn)身及整個流量(liàng)系統各環節日(ri)👨‍❤️‍👨常管理和周期(qī)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(biǎo)系數等。

4.6内(nei)部維護

      由(yóu)于流體髒污或(huò)其它原因，需對(duì)儀表的測量腔(qiang)體及其構件進(jin)行定期檢查或(huo)清洗。對于同規(gui)格的渦街流量(liàng)計，其漩渦發🐆生(shēng)體、導流體等核(hé)心組件不能互(hù)換，否則，須重新(xīn)标定儀表計量(liàng)系數并對其配(pei)帶♈的溫度及❓壓(ya)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(liú)體振動型流量(liang)計，它🛀對外界振(zhen)動、流體的流動(dòng)狀态特别敏感(gan)。不僅能感🤟受到(dào)傳感♍器受💯到的(de)渦街🔞力，還可以(yi)感受到傳感器(qì)受到的其它力(lì)，如管道👉振動、管(guan)道流體的沖擊(ji)力以及由于流(liú)體壓力的變化(hua)，産生的随機脈(mò)動壓力等🤩，現場(chǎng)的幹擾對流量(liang)測量會産生很(hen)大的影響。特别(bié)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(cè)🛀🏻信号微弱，極易(yì)受流體沖❌擊振(zhen)動噪聲和管道(dào)振動噪聲影響(xiang)。也即，該種儀表(biǎo)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(chang)的時間較短，儀(yi)表的可靠性和(hé)穩定性還有待(dai)于各種複雜工(gōng)況的檢驗：測量(liàng)精度對👌流态及(jí)介🈲質髒污的敏(mǐn)感程度有待于(yu)研究：現場檢定(dìng)方法有待于進(jin)一步探索。

6結語

      渦街(jiē)流量計在我廠(chǎng)投入使用幾年(nian)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(jì)術、智能儀表技(ji)術及數字信号(hào)處理技術的發(fā)展，渦街流量計(jì)在耐高溫、抗震(zhen)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(zhōng)發🧑🏾‍🤝‍🧑🏼揮的作用越(yuè)來越大，應用前(qián)景非常廣闊。