摘要(yao):渦街流量計
是(shì)現代石油化工(gong)行業中測量流(liú)量的重要工具(jù)之一👌;簡述☂️了渦(wo)⭐街流量計的測(ce)量原理和主要(yao)優點，提供了渦(wō)街✔️流量計的選(xuǎn)型、安裝、使用和(he)維護的建議;通(tōng)過規範設計、合(hé)理選型、正确的(de)安裝和維護，讓(ràng)渦街流量計在(zài)石油化工行業(yè)中發揮更大的(de)作用。
渦街流量(liàng)計(VortexStreetFlowmeter，簡稱VSF)自20世紀(jì)70年代在工業上(shang)應用以來✔️，由👄于(yú)它具有一些突(tū)出的特點，受到(dào)用戶歡迎，并得(de)到迅🧑🏽🤝🧑🏻速發展。但(dàn)在實踐中經常(chang)會出現一些預(yù)料不👌到的問🔴題(ti)，這就是用戶對(dui)渦街☂️流量計存(cún)在一些疑慮的(de)的原因，它亟需(xu)探索解決。
1渦街(jie)流量計的測量(liàng)原理
在流體中(zhong)設置旋渦發生(sheng)體(阻流體)，從旋(xuan)渦發生體兩側(ce)交替地🍓産生有(yǒu)規則的旋渦，這(zhe)種旋渦稱爲卡(ka)曼渦街，如圖1所(suǒ)示。
旋渦列在旋(xuan)渦發生體下遊(you)非對稱地排列(liè)。設旋渦的發生(sheng)頻率爲f，被測介(jiè)質來流的平均(jun)速度爲U，旋渦發(fā)生體迎🔴面寬❌度(dù)爲d，表體通徑爲(wei)D，根據卡曼渦街(jie)原理，有如下關(guan)系式:
式中:
U1———旋渦(wō)發生體兩側平(píng)均流速，m/s
Sr———斯特勞(láo)哈爾數;
m———旋渦發(fa)生體兩側弓形(xíng)面積與管道橫(heng)截面面積之☁️比(bi)
管道内體積流(liu)量qv爲:
qv=πD2U/4=πD2mdf/4Sr(2)
K=f/qv=［πD2md/4Sr］-1(3)
式中:K———流量(liàng)計的儀表系數(shu)，脈沖數/m3(P/m3)
K除與旋(xuán)渦發生體、管道(dào)的幾何尺寸有(you)關外，還與斯🧑🏾🤝🧑🏼特(te)⭐勞哈爾數有關(guān)。斯特勞哈爾數(shu)爲無量綱參數(shu)，它與旋💞渦發💁生(shēng)體形狀及雷諾(nuò)數有關。
圖2所示(shì)爲圓柱狀旋渦(wō)發生體的斯特(tè)勞哈爾數與管(guǎn)道雷㊙️諾數的關(guān)系圖。由圖2可見(jian)，在ReD=2×104～7×106範圍内，Sr可視(shi)爲常數，這是儀(yí)表正常工作範(fan)圍。當測量氣體(ti)流量時，渦街流(liú)量計的流量計(jì)算式爲:
式中:qVn，qV———标(biao)準狀态下(0℃或20℃，101.325kPa)和(hé)工況下的體積(jī)流量，m3/h
Pn，P———标準狀态(tài)下和工況下的(de)絕對壓力，Pa
Tn，T———标準(zhun)狀态下和工況(kuang)下的熱力學溫(wen)度，K
Zn，Z———标準狀态下(xià)和工況下氣體(ti)壓縮系數
由式(shi)(4)可見，渦街流量(liang)計輸出的脈沖(chong)頻率信号不受(shou)⚽流體物❤️性和組(zu)分變化的影響(xiǎng)，即儀表系數在(zài)一定雷諾數範(fàn)⛷️圍内僅與😘旋渦(wō)發生體及管道(dào)的形狀尺寸等(deng)有關。但是作爲(wèi)流量計在🐕物料(liao)平衡及能源計(jì)🆚量中需檢🐅測質(zhì)量流量，這時流(liú)量計的輸出信(xin)号應同時監測(cè)體🐕積流量和流(liu)體密度，流體📧物(wù)性和組分對流(liu)量計量還是有(you)直接影響的。
2渦(wō)街流量計的主(zhu)要優點
(1)渦街流(liú)量計結構簡單(dan)，安裝維護方便(bian)(與節流式差壓(ya)流量計📧相比較(jiao)，不需要導壓管(guǎn)和三閥組等，在(zài)設計過程中無(wú)需考慮伴熱、密(mi)閉排放以及引(yin)壓所需要考慮(lǜ)的一系列問題(ti)🤩);
(2)輸出爲脈沖頻(pin)率，其頻率與被(bei)測量流體的實(shí)際體積流❄️量成(chéng)正比，它不受流(liú)體組分、密度、壓(ya)力、溫度的影響(xiang);
(3)量程比寬，可達(da)10∶1或20∶1(适用于工藝(yì)介質流量變化(hua)範圍較大);
(4)壓損(sun)小(約爲孔闆流(liu)量計1/4～1/2)，無可動部(bù)件，可靠性高;
(5)精(jing)度爲中上水平(píng)，可适用液體、氣(qi)體和蒸汽。
3渦街(jiē)流量計的選型(xíng)
根據SH3005－1999《石油化工(gong)自動化儀表選(xuǎn)型設計規範》中(zhong)規定渦街流量(liang)㊙️計的選用，應符(fú)合下列規定［2］:
(1)潔(jie)淨氣體、蒸汽和(hé)液體的流量測(ce)量。
(2)低流速及粘(zhan)度大于20mPa·s液體的(de)測量，不宜采用(yòng)渦街流💋量😄計。
在(zài)工程設計中宜(yí)考慮下列情況(kuang):
(1)一般液體平均(jun)流速下限爲0.5m/s，氣(qi)體爲4～5m/s。渦街流量(liang)計的正常流量(liang)最🌈好在正常測(cè)量範圍的1/2～2/3處。
(2)液(yè)體适合于雷諾(nuò)數20000以上，氣體和(hé)蒸汽适合于15000以(yi)上。
(3)口徑不宜過(guo)大，大口徑儀表(biǎo)系數較低，頻率(lü)分辨率低，口徑(jìng)愈大愈低。
(4)介質(zhì)溫度不宜過高(gāo)，影響電子元件(jian)的使用壽命。
(5)脈(mo)動流和旋轉流(liú)、兩相流的情況(kuang)不适合使用渦(wō)街✔️流量計。
(6)儀表(biao)縮徑不宜過大(da)，縮徑将流速提(tí)高，同時也增加(jiā)了💋阻力和❄️背壓(ya)，容易出現空穴(xué)現象。4
4.渦街流量(liang)計的安裝
4.1渦街(jie)流量計的安裝(zhuāng)要求
根據SH/T3104－2000《石油(yóu)化工儀表安裝(zhuang)設計規範》中規(guī)定渦街流🤞量計(jì)的安🐅裝🧑🏽🤝🧑🏻要求如(ru)下:
(1)測量液體時(shí)渦街流量計應(ying)安裝于被測介(jiè)質完全充滿的(de)🐅管道上。
(2)渦街流(liú)量計在水平敷(fu)設的管道上安(ān)裝時，應充分考(kao)慮介✌️質溫度對(duì)變送器的影響(xiǎng)。
(3)渦街流量計在(zai)垂直管道上安(ān)裝時，應符合以(yǐ)下規定:
①測量氣(qì)體時，流體可取(qu)任意流向
②測量(liàng)液體時，液體應(ying)自下而向上流(liu)動。
(4)渦街流量計(jì)下遊應具有不(bu)小于5D(流量計直(zhí)徑)的直管🔞段長(zhǎng)度，渦🚶♀️街流量計(jì)上遊直管段長(zhang)度應符合以下(xia)規定:
①當工藝管(guan)道直徑大于儀(yí)表直徑(D)需縮徑(jìng)時，不小于15D;
②當工(gōng)藝管道直徑小(xiao)于儀表直徑(D)需(xu)擴徑時，不小于(yú)18D;
③流量計前具有(you)一個90°彎頭或三(sān)通時，不小于20D;
④流(liu)量計前具有在(zài)同一平面内的(de)連續兩個90°彎頭(tóu)時，不小于💋40D;
⑤流量(liang)計前具有不同(tóng)平面内的連接(jiē)兩個90°彎頭時，不(bu)小于40D;
⑥流量計裝(zhuāng)于調節閥下遊(yóu)時，不小于50D;
⑦流量(liang)計前裝有不小(xiǎo)于2D長度的整流(liu)器，整流器前應(ying)有😄2D，整流器📧後✊應(ying)有不小于8D的直(zhi)管段長度。
(5)被測(ce)液體中可能出(chū)現氣體時，應安(an)裝除氣器。
(6)渦街(jie)流量計應安裝(zhuāng)于不會引起液(yè)體産生氣化的(de)位置。
(7)渦街流量(liàng)計前後直管段(duàn)内徑與流量計(jì)内徑的偏😄差應(yīng)不大于3%。
(8)對有可(kě)能損壞檢測元(yuan)件(旋渦發生體(ti))的場所，管道安(ān)❓裝的渦街流量(liang)計應加前後截(jie)止閥和旁路閥(fa)，插入式渦街流(liu)量計應安裝🤩切(qiē)斷球閥。
(9)渦街流(liu)量計不宜安裝(zhuang)在有震動的場(chang)所。
4.2渦街流量計(ji)的安裝要求
根(gēn)據GB50093－2002《自動化儀表(biao)工程施工及驗(yàn)收規範》中規定(dìng)渦街流❤️量計的(de)🔞安裝要求如下(xia):
渦街流量計信(xin)号線應使用屏(ping)蔽線，上下遊直(zhí)管段的長👌度🚶♀️應(yīng)符合設計文件(jian)要求，放大器與(yǔ)流量計分開安(an)裝時，兩者之間(jiān)的距離不應超(chāo)過20m。
在工程設計(ji)中宜考慮下列(lie)情況:
(1)垂直安裝(zhuāng)時，向上流動的(de)流體能夠确保(bǎo)儀表總是滿管(guan)，且介❗質中的固(gu)态成分能夠均(jun1)勻分布。
(2)水平安(an)裝時，液體避免(miǎn)U型安裝方式，氣(qi)體避免倒U型安(an)裝🤞方式🐇。不同廠(chǎng)家的産品分體(ti)安裝有不同的(de)參考溫📞度，還有(yǒu)的廠家帶散😘熱(rè)片。
(3)在設計過程(chéng)中應根據上遊(you)情況具體要求(qiú)每台渦街流量(liàng)計🙇♀️的直管段。
(4)渦(wo)街流量計對安(ān)裝點上下遊配(pei)管的直徑偏差(chà)和同軸度等有(yǒu)相應要求，配管(guǎn)内徑d與儀表的(de)通徑D相同，滿🔱足(zu)0.95d≤D≤1.1d。配管與流量計(ji)同心，同軸度應(ying)小于0.05D。流量計與(yǔ)法蘭🌐之間的🤞密(mì)封墊不能凸入(rù)管道内，其内徑(jing)可比流量計内(nèi)徑略大。
(5)當需要(yao)将實測壓力和(he)溫度信号用于(yu)補償質量流量(liàng)🌐或标準流量時(shi)，在渦街流量計(ji)下遊安裝壓力(lì)(下遊4D)和溫度變(bian)送☂️器(下♊遊6D)。
(6)當管(guan)道振動時，應加(jiā)裝支撐物對管(guan)道進行固定。(7)避(bi)免電磁幹擾，應(yīng)考慮儀表等電(dian)位接地。
5渦街流(liu)量計的使用和(he)維護
在使用渦(wo)街流量計過程(chéng)中可能出現以(yi)下問題:①指示長(zhang)㊙️期🙇🏻不準;②始終無(wú)指示;③小流量時(shí)無指示;④大流量(liàng)時指✌️示還可以(yǐ)，小流量時❗指示(shì)不準;⑤儀表K系數(shù)無法确定。
總結(jié)引起這些問題(ti)的主要原因，主(zhǔ)要涉及到以下(xià)方面:
(1)選型方面(miàn)的問題。有些渦(wō)街傳感器在口(kǒu)徑選型上或👈者(zhě)在❄️設計選型之(zhi)後由于工藝條(tiáo)件變動，使得選(xuǎn)擇大了—個規格(ge)，實際選型應選(xuan)擇盡可能小的(de)口徑，以提高測(cè)量精度，這方面(mian)的原因主要同(tong)問題①、②、③、④有關。例如(rú)，一條渦街管線(xian)設計上供幾個(ge)設備使用，由于(yu)📧工藝部分設備(bei)有時候不使用(yong)，造成目前實際(ji)使用🔴流量減小(xiao)，實際使用造成(chéng)原設計選型口(kou)徑過大，相當于(yú)提高了可測的(de)流量下限，工藝(yì)管道小流量時(shi)指😄示無法保證(zheng)，流量大時還可(ke)以使用👨❤️👨。宜使用(yong)縮徑型渦街流(liú)🏃♀️量計。(2)安裝方💯面(mian)的問題。主要是(shì)傳感器前面的(de)直管段長度不(bú)夠，影響測量精(jing)度，這方面的原(yuán)因主要同問題(ti)①有關。例如:當傳(chuán)感器前面直管(guan)段明🤩顯不足，用(yong)于控制時精度(du)下降，用于計量(liàng)時誤差較大。應(ying)使用⁉️整流器。
(3)工(gong)藝參數的問題(ti)。由于參數錯誤(wu)，導緻儀表指示(shi)有🤩誤.這方面的(de)原因主要同問(wèn)題①有關。應與工(gōng)藝系統專業協(xié)商🔴，對選型參數(shu)進行核實。由于(yú)理論工況與實(shí)際工況不可♍能(neng)完全一緻，故小(xiao)範圍🎯的誤差是(shì)有可能的。
(4)線路(lu)連接的問題。部(bù)分回路表面上(shang)看線路連接很(hěn)好，仔細檢查，有(you)的接頭實際已(yi)松動造成回路(lu)中斷，有的接頭(tóu)☁️雖連接很緊但(dan)🏃🏻緊固螺釘卻緊(jǐn)固在線皮上，也(ye)使得回路中斷(duan)，這部分原因主(zhu)要同問題②有關(guān)。宜選擇業🔆績好(hao)的産品
(5)使用環(huan)境的問題。尤其(qi)是安裝在地井(jǐng)中的傳感器部(bù)分，由于⭕環境濕(shī)度大，造成線路(lu)闆受潮，這部分(fèn)原因主要同問(wen)題②有關。應使用(yong)分體式安裝方(fang)式。
(6)K系數标定的(de)問題。K系數隻能(néng)依據廠家提供(gong)的資料，由🛀于廠(chǎng)家🔞本身的一些(xie)變動，造成提供(gòng)的幾處資料上(shàng)K系數不—緻，影💃🏻響(xiǎng)了問題解決。建(jian)議供貨商提供(gong)最終的标定校(xiao)核👄書，并根據标(biao)定校核書對相(xiàng)應的儀表量程(cheng)範圍做最後修(xiū)訂(最好寫到标(biāo)書🎯中，要求标💯定(ding)校核書随供貨(huo)清單一起發到(dào)施工現場)。
6結語(yu)
通過多個工程(chéng)項目的實踐證(zhèng)明，隻要對渦街(jie)流量計的性能(neng)、特點有了全面(mian)深入的了解，有(you)了應付各種情(qíng)況的💃方法，渦街(jie)流量計一定會(hui)成爲流量測量(liang)中的得力助手(shou);選用渦街流量(liàng)計或其它管道(dao)式流🐆量計，具有(you)相當的合理性(xing)，可以有效的減(jiǎn)少設計的✔️工程(chéng)量和提高整體(ti)水平。
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