渦街流量(liang)計
的工作原(yuán)理、選型注意(yi)事項及安裝(zhuang)要求，分析渦(wō)街流量計在(zai)氧化鋁生産(chan)蒸汽計量使(shi)用過程中的(de)常見問題及(ji)相應🈚對策。
拜(bài)耳法生産氧(yang)化鋁過程中(zhong)，蒸汽是氧化(huà)鋁企業運行(háng)中的重要能(neng)源，用于加熱(re)苛性鈉溶液(yè)與鋁土礦石(shí)，同時也用于(yu)加熱濃縮分(fen)解後的母液(yè)。據統計蒸❓汽(qì)消耗占氧化(huà)鋁能源🌈成本(běn)的40%~60%。對于氧化(huà)鋁企業，蒸😄汽(qì)消耗成爲企(qǐ)業成本的重(zhòng)要📱組成部分(fen)，在氧化鋁企(qi)業的發展✉️和(hé)生存中起着(zhe)決定性因素(su)。
1氧化鋁生産(chǎn)中蒸汽消耗(hào)分布及目前(qián)的現狀
在拜(bài)耳法氧化鋁(lǚ)生産中，工藝(yi)綜合能耗主(zhǔ)要由蒸汽🙇🏻、電(dian)☂️力、水🚶♀️、壓縮空(kōng)氣和燃料組(zu)成，其中蒸汽(qì)是氧化鋁生(sheng)産的🚶主要能(néng)源消耗指标(biāo)之一，汽耗的(de)高低直接反(fǎn)映這個企業(ye)的生産管理(li)🐅和駕馭生産(chǎn)的能力🏃🏻。
以某(mou)一氧化鋁爲(wei)例，工藝綜合(hé)能耗約15.72GJ/t-Al2O3，蒸汽(qi)約占42%，其中蒸(zheng)汽由高壓蒸(zhēng)汽和低壓蒸(zheng)汽兩部分組(zǔ)成。表1爲某氧(yǎng)化鋁企業高(gāo)低壓蒸汽消(xiao)耗點。
以表1爲(wei)例，氧化鋁企(qǐ)業蒸汽需要(yào)計量點一般(ban)在8~10個，用👄汽🌈量(liang)從3.5~206t/h不等，溫度(du)和壓力也不(bú)盡相同。
目前(qian)，在氧化鋁企(qǐ)業蒸汽計量(liang)儀表通常采(cǎi)用兩大✔️類，一(yi)類是基于伯(bo)努力方程原(yuan)理的，如
差壓(ya)孔闆流量計(ji)
﹑音速噴嘴、
阿(ā)牛巴流量計(ji)
、德爾塔巴、平(píng)衡式等，在這(zhe)類儀表中，又(yòu)以差壓孔闆(pǎn)、阿牛巴、德爾(ěr)塔巴占比較(jiao)多；另一類是(shì)基于線性連(lian)續方程原理(lǐ)的，如渦流量(liàng)❄️計、質量流量(liang)計，由于質量(liàng)流量計價格(ge)昂貴，且高溫(wen)狀态下精度(dù)🚶喪失，故而又(you)多以渦流量(liàng)計計量爲主(zhu)。
基于伯努力(li)方程原理的(de)蒸汽計量儀(yí)表，其流量計(ji)量✔️方程式爲(wei)（1）：
其中：
Qf爲工況(kuàng)體積流量；
P爲(wei)差壓；
ρf爲工況(kuàng)下介質密度(dù)；
σ爲流量系數(shù)；
k與介質黏度(dù)加工精度有(yǒu)關系數；
τ爲介(jiè)質膨脹系數(shu)。
公式（1）說明，一(yi)方面由于方(fāng)程式中存在(zai)着介質蒸汽(qi)的密度💃ρf，因此(ci)，計量儀表的(de)标定在氧化(huà)鋁企業中是(shi)⭕個很👄麻煩而(ér)且往往不準(zhun)确的，一般生(shēng)産廠大都采(cai)用水标定，這(zhe)種方法标定(ding)出來的精度(du)，不代表測量(liang)蒸汽的精度(du)。另一方面由(you)于方程式（1）中(zhong)還有一個氣(qì)體的膨脹系(xi)數τ，對于不同(tong)的蒸汽，不同(tong)的壓力，不同(tong)的溫度條件(jian)下的膨脹系(xi)數都不盡相(xiàng)同，因此，即使(shi)用壓縮空氣(qi)進行📐标定出(chu)來的精度也(ye)不代表測量(liàng)蒸🔅汽的精度(du)。
2渦街流量計(ji)工作原理
渦(wo)街流量計是(shi)基于線性連(lian)續方程原理(li):
其中：
St斯特勞(láo)哈爾數，無量(liang)綱；
v介質流速(sù)；
f頻率Hz/S；
d迎流面(mian)寬度。
在這個(gè)公式（2）中有2個(gè)函數，一個是(shi)流體流速v，另(lìng)一個是👉斯🏃特(tè)勞😘哈🈲爾數St，而(ér)斯特勞哈爾(ěr)數St是雷諾數(shù)Re的函🏃🏻數，當雷(léi)諾數Re到達20000後(hòu)，斯特勞哈爾(ěr)數St就是一個(ge)常數♊。當渦街(jie)⁉️流量計🌈測量(liàng)發生體形狀(zhuang)固定，迎流面(miàn)寬度就一定(ding)，這樣一來，頻(pin)率僅僅取決(jue)于流體流速(su)，是線性連續(xu)方程，通過圖(tú)1示渦街流量(liàng)計測量模型(xíng)推導♍，得到流(liú)量計量方程(chéng)式（3）：
其中(zhong)：St斯特勞哈爾(er)數，無量綱；f頻(pín)率Hz/S；D流量計通(tōng)徑；d迎流🌈面寬(kuan)度。
渦街流量(liang)計是基于線(xiàn)性連續方程(chéng)原理，隻要雷(lei)諾數大于20000，測(cè)量與流體的(de)性質無關，與(yǔ)密度、黏度等(deng)均🛀無關。用水(shuǐ)标定出來的(de)流量系數同(tóng)樣适用于蒸(zheng)汽計量，在常(chang)溫下标定出(chū)的流量系數(shù)同樣适用于(yú)低溫和高溫(wēn)蒸汽。這樣，渦(wo)街流量計更(gèng)能适應氧化(hua)鋁🥵企業内高(gao)低壓、不同溫(wen)度蒸汽計量(liàng)的需求。
K爲流(liú)量系數，含義(yi)是每升流量(liàng)由幾個脈沖(chong)表示，即⛷️是P/L，經(jīng)過⛹🏻♀️公式變換(huàn)，實際運用中(zhong)的渦街流量(liang)計計算公式(shi)🏃（4）：
一般，渦街流(liu)量計的流量(liàng)系數，其實在(zài)設計時就已(yi)經定下來了(le)㊙️，但是每個生(shēng)産廠都要對(duì)每一台流量(liang)計進🔆行标定(ding)，就是爲了檢(jiǎn)驗制造誤差(cha)。但不管這個(gè)數是什麽數(shu)，标定合格了(le)的流量系數(shù)👉就是正确計(jì)量的常數，适(shì)用于不同工(gong)況狀态的蒸(zhēng)汽。
另外要注(zhù)意，從公式（4）可(kě)以看出，渦街(jie)流量計隻能(néng)測🙇♀️流體✔️的工(gong)況體積方，質(zhì)量方和标準(zhun)體積方是根(gēn)據密度或壓(ya)力溫度換算(suàn)出來的。
3氧化(hua)鋁生産中蒸(zhēng)汽計量設計(jì)選型
以表1爲(wei)例，氧化鋁企(qǐ)業蒸汽需要(yao)計量點在8~10個(ge)左右，且一般(bān)均爲過熱蒸(zheng)汽，數學模式(shi)爲二元函數(shu)，因此‼️,設計時(shí)需要考慮壓(yā)力、溫🈲度雙補(bu)償。
3.1工藝參數(shù)的選擇
設計(ji)選型時要考(kǎo)慮的因素包(bao)括：流量參數(shu)範圍、壓力參(cān)數範圍、溫度(dù)參數範圍，以(yi)流量選通徑(jing)。同時遵循如(rú)下原則：
（1）最高(gāo)壓力情況下(xia)考慮最小流(liu)量是否在該(gai)通徑的工作(zuò)範圍之内；
（2）最(zui)低壓力情況(kuàng)下考慮最大(dà)流量是否超(chāo)出該通徑的(de)工作範圍🈲之(zhi)内；
另外，最高(gāo)溫度對應脈(mò)沖輸出時應(ying)考慮發生體(tǐ)寬度💚的膨脹(zhàng)系數，工況溫(wen)度條件下的(de)流量系數Kt：
其(qí)中：
T爲工況溫(wen)度；K爲标準流(liu)量系數（一般(ban)在儀表銘牌(pai)上）。
3.2通徑的選(xuǎn)擇
設計選型(xíng)時，考慮到減(jiǎn)少壓力損失(shi)，在進行蒸汽(qi)計量時，對🈲流(liú)量下限有一(yi)定要求，要根(gēn)據蒸汽流量(liàng)的✏️大小來選(xuan)取流量計👨❤️👨的(de)通徑，而不能(neng)根據原管道(dào)内徑來選取(qu)流量計通徑(jìng).
蒸汽流量計(jì)通徑選擇可(kě)以采用查表(biǎo)法及計算驗(yan)證🈲。
查表法即(jí)是在産品樣(yàng)本上，根據工(gōng)況壓力下蒸(zheng)汽可測流💁量(liang)範㊙️圍表查取(qu)流量通徑；然(ran)後計算驗證(zhèng)流速、雷諾數(shù)是否在一定(ding)範圍内。
（1）流速(su)計算：蒸汽流(liu)速範圍一般(ban)2m/s~60m/s，最高應＜80m/s。
其中(zhōng)：V爲流速；Q爲體(ti)積流量：D爲流(liu)量計通徑。
（2）雷(lei)諾數計算法(fǎ)：①最低流量時(shi)的雷諾數不(bú)得小于5000；②保證(zheng)精⛱️度最低流(liú)量時的雷諾(nuò)數不得小于(yu)20000。
其中：V爲流速(sù)；ρ爲密度；μ介質(zhì)黏度；D爲流量(liang)計通徑。
當然(ran)有的産品能(neng)提供計算機(ji)選型軟件，直(zhi)接把相關工(gōng)藝參數輸入(ru)，就能得到理(lǐ)想的結果。
3.3注(zhù)意事項
（1）選擇(ze)信号輸出時(shí)建議使用脈(mo)沖（頻率）輸出(chū)方式，如果要(yao)求輸⛹🏻♀️出電流(liú)信号，轉換過(guò)程将喪失±0.2%~0.4%精(jing)度。
（2）在氧化鋁(lǚ)企業中，蒸汽(qì)的溫度一般(ban)都大于150℃，建議(yi)采用分體😍型(xíng)渦街流量計(jì)，另外一定要(yao)考慮溫度和(hé)壓力補償問(wèn)題。
4安裝要求(qiu)
在氧化鋁企(qǐ)業蒸汽測量(liàng)過程中，被測(ce)蒸汽具有穩(wen)定流态是保(bǎo)證渦街流量(liang)計精确測量(liang)的前提條件(jiàn)，要使渦街流(liu)量計的測量(liang)值更穩定、準(zhǔn)确，安裝時需(xu)⭐注意以下幾(jǐ)點🍉。
（1）安裝确保(bǎo)傳感器銘牌(pai)上的箭頭指(zhǐ)向與流體流(liu)向一緻。
（2）安裝(zhuāng)建議遵循直(zhí)管段的要求(qiu)，見表2，當現場(chǎng)無法滿✔️足直(zhí)管💃段要求時(shí)，建議采用與(yu)渦街流量計(jì)配套的流量(liang)鎮流器。
表2氧(yang)化鋁企業蒸(zheng)汽計量上下(xià)遊特殊情況(kuàng)前後直
（3）安裝(zhuāng)傳感器避開(kāi)振動源或者(zhe)在振動較小(xiao)的地方，遠⚽離(li)㊙️大功率用電(dian)設備。
（4）安裝帶(dai)焊接時要注(zhu)意搭鐵的位(wei)置，防止壓電(dian)晶片的損壞(huai)，一般要件焊(han)左搭左，焊右(yòu)搭右。
5常見問(wen)題及注意事(shi)項
5.1無流量有(you)信号
首先檢(jiǎn)測判斷是否(fǒu)有振動，如有(yǒu)輕微振動，處(chu)理方法🐆是外(wai)部機械消振(zhen)措施，如用橡(xiang)膠軟接頭，橡(xiang)膠軟墊等🌈消(xiāo)振，用支架固(gu)定管道；或者(zhe)是根據産品(pǐn)說明書調整(zheng)參數設置，消(xiao)除振動。如🤟嚴(yan)重振💚動，則是(shi)更改流量計(ji)安裝位置、加(jiā)固管線、流量(liang)計前後加軟(ruan)連接。
其次檢(jiǎn)測判斷是否(fǒu)有50Hz工頻幹擾(rǎo)通常采用頻(pin)率計測🛀量或(huò)電🔆流✏️值計算(suàn)方法。這裏介(jie)紹電流值計(ji)算方法，計算(suàn)公式（8）：
其中：
Qf體(ti)積方m3/h；Qm質量方(fang)Kg/h；ρ工況密度Kg/m3；Kt儀(yí)表流量系統(tong).
如果計算出(chu)的結果是或(huo)者接近50Hz，可采(cǎi)取保證轉換(huan)器的外🚶殼👌接(jiē)地螺釘可靠(kào)接地或者把(ba)整個轉換器(qi)浮地。
5.2有流量(liàng)無信号
首先(xian)檢測接線是(shi)否正确，供電(diàn)電源的電壓(yā)等級是👌否符(fú)合要求，電源(yuan)極性是否接(jie)正确，分體式(shì)的還要檢測(ce)專用電纜是(shì)否連接正确(que)，再有就是檢(jiǎn)查發生體、轉(zhuǎn)換器是否損(sǔn)壞。
其次判斷(duàn)實際工藝蒸(zhēng)汽流量是否(fǒu)太小，判斷方(fang)法是在靠近(jin)✂️流量計的管(guan)道旁有規律(lǜ)地連續敲擊(ji),無🔅論何種型(xing)号的流量計(jì)均會出現流(liu)量顯示。處理(li)辦法就是㊙️更(geng)換通徑小一(yī)些的流量計(jì)或在工藝條(tiáo)件允許的情(qing)況下加大流(liu)量。
5.3流量不穩(wen)定
現場觀察(cha)流量計安裝(zhuang)時墊片是否(fou)同心或伸人(rén)管道，工藝管(guan)✊道是否符合(hé)表2氧化鋁企(qǐ)業安裝要求(qiú)或者産😘品說(shuō)明書的最大(dà)要求。處理辦(ban)法就是正确(que)選用配套墊(nian)片并📞正确裝(zhuāng)配，更改流量(liang)計🐪安裝位置(zhi)或加流量鎮(zhen)流器。
6小結
渦(wō)街流量計是(shi)基于線性連(lian)續方程原理(lǐ)進行測量的(de)新型流量計(ji)，因具有良好(hao)的介質适應(ying)能力，是節流(liu)式流量計的(de)理想替代産(chan)品。它可以測(ce)量氧化鋁企(qǐ)業高低壓蒸(zhēng)汽，在氧化鋁(lü)行業中廣泛(fàn)應用。但隻有(yǒu)在正确👈設計(ji)、正确選型以(yǐ)及正确安裝(zhuāng)的條件下才(cai)能保證其測(ce)量準确穩定(dìng)，爲降低氧化(hua)鋁能源消耗(hao)發揮其應有(yǒu)的作用。
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