摘要(yào)：渦街流量計 因(yīn)其儀表系數與(yǔ)流體特性無關(guān)、精度高、寬量程(chéng)比和低壓損等(deng)優點，在化工領(lǐng)域的應用越來(lai)越廣。以熱解分(fen)級煉制新工🈚藝(yi)對煤及液化殘(cán)渣進行煉制利(li)用中的産品之(zhi)一熱解氣爲例(li)，介紹渦街流量(liang)計的選型設計(jì)。
　　我國低階煤資(zi)源儲藏豐富，占(zhàn)可采儲量40?以上(shàng)。然而它的高效(xiào)利👅用一直是業(yè)内努力攻克的(de)難題。低階🤞煤含(hán)👄水量高，熱💘值低(di)，機械🆚強度低，化(hua)學穩定性差。采(cǎi)用熱解分級煉(lian)制新工🚩藝對煤(méi)及液化殘渣進(jin)行煉制利用，在(zài)溫和的條件下(xià)對原料進行加(jiā)👅工處理，分步驟(zhou)地将其中有用(yong)的成分充分提(tí)取出來，得到的(de)🐅産品之一爲熱(re)解氣，去除焦油(yóu)後的熱解氣組(zǔ)成見🌂表1，采用渦(wō)街流量計對其(qí)進行測量🈲。

1渦街(jiē)流量計概述
　　渦(wō)街流量計是20世(shi)紀70年代發展起(qi)來的一種新型(xíng)流量儀表，80年代(dài)制定了渦街流(liu)量計專業标準(zhǔn)（ZBN12008-1989)和檢測規程（JJG620-1989)。渦(wō)街✉️流量計目前(qian)已發展成爲主(zhǔ)流流量儀表之(zhi)一，因其有諸多(duo)優點，吸引了國(guó)内外衆多研究(jiū)者和企業的關(guān)注。研究者從多(duo)方面對其進行(háng)深入的研究：①旋(xuan)渦發生體的研(yán)究[1，2+;②壓電傳感器(qì)探頭位置的研(yán)究[3];③數字信👄号處(chù)理方法的研究(jiu)[4];④渦街信号檢😄測(cè)方法的研究[5];⑤數(shu)值仿真方法的(de)研究[6]。
　　在衆多流(liú)量計中，渦街流(liú)量計的安裝、運(yun)行、維護費低✉️于(yú)節流式、容積式(shi)等，購置費低于(yú)容積式、質量式(shi)等，是🥵一種🏃🏻實用(yòng)性和經濟性都(dou)較好的流量計(jì)，受到用戶廣🚶泛(fan)歡迎。該流量計(ji)優點如下：
(1)在一(yī)定雷諾數Re範圍(wei)内（2X104~2X106)，輸出頻率信(xin)号不受流體物(wù)性😄（密度、粘度）和(hé)組分變化影響(xiang)，即儀表系數僅(jǐn)與旋渦發生體(tǐ)的形狀尺寸及(jí)管道的形狀尺(chi)寸有關，可以在(zài)一種典型介質(zhi)中校驗而适用(yong)于各種介質。
(2)高(gāo)(差壓、計比較）。
(3)量(liang)程比可達10:1或20:1，目(mu)前已有廠家在(zài)研制适用于氣(qì)體測量能達到(dào)80S的渦街流量計(jì)。
(4)壓損小（約爲孔(kong)闆流量計的25%-50%)，大(dà)幅度降低能耗(hào)。
(5)結構簡單牢固(gù)，安裝維護方便(bian)。
(6)使用範圍廣，可(ke)測量液體、氣體(tǐ)、蒸汽和部分混(hùn)相流體。
2渦街流(liú)量計的參數計(ji)算
2.1工作狀态和(hé)标準狀态下的(de)體積流量換算(suàn)
　　渦街流量計的(de)輸出信号是與(yu)工作狀态的體(tǐ)積流量成正比(bǐ)例，氣體的體積(ji)流量受溫度、壓(yā)力影響較大，在(zài)流量計選型時(shí)，若提供的流量(liàng)是标準狀态下(xia)的體積流量或(huo)質量流量，應把(ba)它換算🔞成工作(zuo)狀态下的體積(jī)流量。

　　式中，qv、qn分别(bié)爲工作狀态和(hé)标準狀态下的(de)體積流量，m3/h;P、Pn分别(bie)爲工作狀态和(hé)标準狀态下的(de)絕對壓力，PaT、Tn、分别(bié)爲工作狀态和(he)标準狀态下的(de)熱力學溫度，K。
23雷(léi)諾數、壓力損失(shī)和背壓的計算(suan)
　　在渦街流量計(jì)選擇流量計通(tōng)徑時，主要是對(duì)流量🍓下限值進(jìn)行👉核算雷諾數(shu)，最小雷諾數不(bu)應低于下限雷(léi)諾數，即雷諾數(shu)✍️Re≥2×104。在測量介質爲(wèi)液态時，還應檢(jiǎn)查最小工作壓(ya)🚩力是否高于工(gong)作溫度下的飽(bǎo)和蒸🔴汽壓，即是(shi)否産生氣穴現(xian)象。
⑴雷諾數Re是一(yī)個表針流體慣(guan)性力與粘性力(lì)之比的無量綱(gang)量🈲：

式中，Q爲體積(jī)流量，m3/h;D爲流量計(jì)内徑，mm;v爲運動粘(zhān)度，m2/s。
(2)壓力損失：選(xuan)擇流量計時，通(tōng)常可能會對流(liu)量計的通徑進(jìn)‼️行🌈适當縮小，以(yi)取得較大流速(su)和合适的流量(liàng)量程。但🏃🏻是如⛹🏻‍♀️果(guo)縮徑過于嚴重(zhong)，可能會導緻較(jiao)大的壓力損失(shi)，能耗會增㊙️加，因(yin)此在選擇流量(liang)計的通徑時，也(ye)需要适當考慮(lü)壓力損❤️失，盡可(ke)能減小壓力損(sǔn)失。壓力損失ΔP計(jì)算：
ΔP=1.1×10-5ρ?V2（3）
　　式中，ΔP爲壓力(lì)損失，kg/m2;ρ爲流體密(mì)度，kg/m3;V爲流速，m/s。
(3)背壓(yā)：測量液體的流(liú)量時，要确認工(gōng)藝管道的壓力(lì)對于較小🈲的公(gōng)稱通徑而言有(you)足夠大的背壓(yā)，避免氣穴産生(shēng)。流量計下遊的(de)管道壓力應滿(mǎn)足。
P≥2.7ΔP+1.3P0（4）
式中，P爲流量(liàng)計下遊3.5~7.5D的最小(xiǎo)管道壓力，kg/cm2（A）；P0爲液(yè)體的飽和🔆蒸汽(qì)壓，kg/cm2。
（4）根據工藝要(yao)求及現成安裝(zhuāng)環境選擇耐壓(yā)、耐溫等級、防👉護(hù)等級、防爆等級(jí)、輸出信号等。
3測(ce)量熱解氣的渦(wo)街流量計的選(xuan)型設計
　　熱解氣(qi)的組分如表1所(suǒ)述，其工藝參數(shu)：操作密度0.63kg/m3，運動(dòng)🔴粘度2X10_5m2/s，操作溫度(dù)48.9℃，操作壓力7.5kPa，管道(dao)DN80，最小流量50Nm3/h，正常(cháng)流量100Nm3/h，最大流量(liang)150Nm3/h，儀表測量範圍(wéi)選擇0?180Nm3/h。
　　在裝置運(yun)行的過程中，業(ye)主可能會根據(jù)需要适當調整(zhěng)參數，因此選擇(ze)量程比寬一些(xie)的流量計會有(yǒu)🏒助于調整後的(de)測量;另外🎯熱解(jiě)氣作爲産品之(zhī)一，其♍流量是驗(yan)證工📧藝與關鍵(jiàn)設備✂️的工程可(kě)行性、優化工藝(yi)參數🐪的關鍵參(cān)數之一，因此使(shi)用精✍️度高一些(xie)的流量計也是(shi)有必要的♉；熱解(jiě)氣的組分随着(zhe)參數☎️的調整也(ye)可能🛀🏻會發生變(biàn)化，因此基于伯(bo)努利方程原理(lǐ)的，如 孔闆流量(liàng)計 、噴嘴、 阿牛巴(ba)流量計 、德爾塔(ta)巴流量計、 平衡(héng)流量計 等都不(bu)能很好的測量(liàng)，因爲這類流量(liang)計受流體物性(xing)（密度☔、粘度）和組(zǔ)分變化影響，且(qie)最終的熱解氣(qì)産品或多或少(shao)都♋有焦油的存(cún)在，時間長了可(kě)能堵塞流量計(ji)。楔形流💁量計帶(dài)有自清潔功能(néng)，如果采用法蘭(lan)取壓，變送器采(cai)用⭐隔膜密封式(shi)變送器，其受焦(jiao)油♉的影響較小(xiǎo)， 楔形流量計 計(jì)算結果分别見(jian)圖1和圖2。

　　當H/D比爲(wèi)0.2時，其壓力損失(shi)達到4kPa，已經大于(yú)操作壓力的❌一(yī)半，此🈚種方案不(bu)可可取，當H/D比爲(wèi)0.3時，其壓力損失(shī)爲1.09kPa，可以接受，但(dàn)最小流🤟量時差(chà)壓隻有0.11Kpa，甚至正(zhèng)常流量時的差(cha)壓也有隻有0.45kpa，由(yóu)👈于采用的是隔(gé)膜密封式變送(sòng)器，此時的精度(dù)無法保證；另一(yī)類是基于線性(xing)連續方程原理(lǐ)的，如渦街流量(liang)計、質量流量計(ji)等，考慮到爲一(yī)個實🏃‍♀️驗裝置，質(zhi)量流量計價格(ge)昂貴，因此綜合(hé)考慮介👌質和裝(zhuang)置的特殊性、壓(yā)損、精度和費用(yong)等因素，選用渦(wō)街流量計測量(liang)熱解氣的✨流量(liàng)。
由式1可得最小(xiǎo)流量對應的工(gong)作狀态下的體(ti)積流量🐕：

　　由上述(shù)計算結果可知(zhī)，當流量計縮徑(jing)至DN40時，雷諾數即(jí)🐅可滿🐇足要求。
按(àn)式（3）可以核算下(xia)DN50和DN40口徑下的最(zuì)大壓損：
DN50時：

　　從圖(tu)3可見，出流量計(ji)口徑爲DN80時，最小(xiao)流量無法測量(liang)；流量計🔴口徑縮(suo)徑至DN50時，最小流(liu)量可測（此時流(liú)體的㊙️雷諾😄數非(fēi)常接近2*104），但🌈此時(shi)的流量精度稍(shāo)微差些；流量計(jì)口徑縮徑至DN40時(shí)，最小流量可測(cè)，且🌈精度也能得(de)到保證。用上述(shu)公式計算的壓(yā)損與軟件計算(suan)出來📱也基本抑(yi)制，差别來自計(ji)算值。如果流🌈量(liàng)計縮徑至DN25時，流(liú)量計的👨‍❤️‍👨壓❌損已(yǐ)經達到7.6kpa，壓損較(jiào)大，無法滿足工(gōng)藝要求。因👨‍❤️‍👨此選(xuan)擇📐DN40口徑的🚶‍♀️流量(liàng)計能滿足要求(qiú)。對于DN50口徑的方(fang)案，如果流💰量大(da)于54Nm3/h時，流量計的(de)精度爲此款流(liú)量計的精度，
　　爲(wei)1.0%，當流量爲50Nm3/h時，此(cǐ)時流量可測，隻(zhi)是精度稍差寫(xie)，約爲1.81%，但🔱流量計(jì)的壓損會小很(hen)多，從節能降耗(hao)方面考慮，選擇(ze)DN50口徑的⭐流量計(ji)也是可以的，綜(zong)上，選擇DN40口徑和(hé)DN50口徑的渦街流(liú)量計都能滿足(zu)要求。
　　操作溫度(du)爲48.9℃，沒有特殊性(xìng)，選擇普通的渦(wo)街流量計即可(ke)；根據現場情況(kuang)，流量計爲露天(tiān)安裝，防護等級(jí)🌈選擇IP65即可✊；根據(ju)《爆炸危險環境(jìng)電力裝置設計(jì)規範》GB50058-2014，各介質所(suǒ)在組别屬于危(wei)險物料，見表2.因(yin)此儀表防爆标(biāo)志選擇ExiaIICT4Gb即能滿(man)🌈足要求。根據項(xiang)目統一要求輸(shū)出信号選擇爲(wei)4~20mA+HART。

　　至此，渦街流量(liang)計的選型已經(jīng)完成，但考慮到(dào)熱解氣中焦油(yóu)💰的💔存在，選擇渦(wo)街流量計時，需(xu)要注意：1不🧡能選(xuan)用因爲技術需(xu)要而在渦街流(liú)量計中設計了(le)✏️小孔結構的流(liu)量計，因爲焦油(yóu)有可能堵塞這(zhè)些孔，從而失去(qù)其原有的作用(yòng)；2焦油有可能附(fù)☀️着在漩渦發生(shēng)體上，從而改變(bian)其結👨‍❤️‍👨構，影響測(cè)量精度，因此需(xu)要采用帶防粘(zhān)附作用的發生(sheng)體，另外考慮到(dao)熱解氣中焦油(you)含量較小，且由(yóu)🚶‍♀️于漩渦的存在(zài)，其有剝離附🧑🏽‍🤝‍🧑🏻着(zhe)發生體上的焦(jiāo)📞油作用，因此認(rèn)爲對流量精度(du)的影響較小。
4結(jie)語
　　目前項目已(yi)經開車成功，渦(wō)街流量計現場(chǎng)使用效果♈特别(bie)好，在整個實驗(yàn)過程中，都能很(hen)好的測出熱解(jiě)氣的流量。現場(chang)的使用結果表(biǎo)明，在發生體帶(dai)防粘附作用情(qíng)況下，低含量的(de)焦🛀🏻油對流🍉量計(ji)的測量📱精度影(yǐng)響🔴不大。目前化(hua)工廠常用的流(liu)量計節流裝❌置(zhi)孔闆等，其受流(liú)體物性影響大(da)，量程比一般隻(zhi)有3:1，且容易出現(xiàn)堵塞，直管段要(yào)求甚至高達50倍(bèi)管💚徑，另🥰外導壓(ya)系統還容🏃易出(chu)現📐洩露。渦街✍️流(liú)量計因其儀表(biao)系數與流體特(te)性‼️無關（氣液通(tong)用）、精度高、寬量(liàng)程比和低壓損(sǔn)等優點，是節流(liú)裝🔆置的理想替(ti)代品，但♉隻有正(zhèng)确設計、正确選(xuǎn)型🌈以及正确安(an)裝🌈的條件下✍️才(cái)能發揮其應有(you)的作用。

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