[摘要]渦街流量(liàng)計 是一種重要(yào)的速度型流量(liang)計,由于測量不(bú)受介質物性參(can)數的影響,輸出(chu)信号與流量成(chéng)正比,目前工業(ye)管道流體主流(liu)的流量測量裝(zhuang)置是渦街流量(liang)計,其具有測量(liàng)精度高、結構簡(jian)單、安裝維護方(fāng)便等優勢。本文(wen)從闡述渦街流(liu)量計的測量原(yuan)理着手,分析渦(wo)街流量計的優(yōu)缺點,提出合理(li)的适用範圍和(he)安裝基本要求(qiu),以及在DMF回收裝(zhuāng)置的應用,提供(gòng)一定的實踐參(cān)考價值。
1引言
　　随(suí)着化工行業智(zhì)能化水平和要(yao)求的不斷提高(gao),流量監測的重(zhòng)要性更加明顯(xian),爲了有效的控(kong)制和監測生産(chan)過程,需要檢測(cè)生産過程中各(ge)種流體的流量(liàng),便于管理和控(kong)制工藝參數。同(tóng)時各車間對物(wu)料的轉運需要(yào)正确的計量,以(yǐ)作爲經濟核算(suàn)的依據,各種類(lei)型流量計層出(chū)不窮,亟需測量(liàng)精度高,适用範(fan)圍廣:,儀表參數(shu)長期穩定,維修(xiu)方便的流量計(ji),因此需要選擇(ze)合适的流量計(jì),在實際生産中(zhōng)是至關重要。
　　渦(wō)街流量計在化(hua)工行業應用相(xiang)當廣泛,由于設(she)備内沒有可動(dong)機械零件,降低(di)了維護成本和(hé)人力成本,提高(gāo)了整體可靠性(xìng)。無論國内外皆(jie)已開發出多品(pin)種,實際應用中(zhong)渦街流量計也(ye)存在一-些問題(ti),大部分都是安(ān)裝和選型問題(tí),亟需探索解決(jue)。
　　DMF(NN二甲基甲酰胺(àn))是一種無色透(tou)明有機溶劑,化(huà)學式爲C3HNO,主要應(ying)用于化工行業(ye),車間回收量較(jiào)大且難度高,一(yī)般采用連續精(jīng)餾方式回收,需(xu)要在回收處理(lǐ).上選擇合适的(de)流量計進行正(zheng)确計量和控制(zhi)以。結合我們公(gong)司在回收DMF項目(mu)的應用案例,發(fa)現流量計選型(xing)的一些問題,提(tí)出采用渦街流(liú)量計來計量的(de)整改方案,并得(dé)到了很好的應(ying)用。
　　本文針對渦(wo)街流量計的特(te)點,從工作原理(lǐ)、儀表結構和一(yī)些實際安裝問(wèn)題探讨,同時結(jié)合在DMF回收裝置(zhi)中的應用等方(fāng)面,論述該流量(liàng)計的技術特點(diǎn)和應用範圍。
2工(gōng)作原理
　　渦街流(liu)量計是基于卡(ka)曼渦街原理進(jin)行測量,在均勻(yun)流體中,垂直設(she)置阻流體,在一(yī)定流速範圍内(nèi),從阻流體兩側(cè)交替地釋放方(fāng)向相反的旋渦(wo),這種不對稱漩(xuán)渦稱爲卡曼渦(wo)街向,如圖1所示(shi)。
 
　　通過檢測元件(jian)檢出漩渦頻率(lǜ)後,可以推導出(chū)流體的流量,設(she)被測介質的平(píng)均速度爲v,漩渦(wō)的發生頻率爲(wei)f,阻流體迎面寬(kuān)度爲d,根據卡曼(man)渦街原理,發生(shēng)頻率和流體速(sù)度成正比，如下(xià)式:
f=SrV/d??????(1)
式中:
V一阻流(liu)體兩側平均流(liu)速,m/s;
Sr一斯特勞哈(ha)爾數;
d一阻流體(tǐ)的寬度,m。
　　斯特勞(lao)哈爾數Sr爲無量(liang)綱參數,它與阻(zu)流體的形狀及(ji)雷諾數有關,實(shí)驗數據得知,在(zai)Re=2x104-~7x106範圍内,Sr基.本保(bao)持不變,可視爲(wèi)常數。由.上式(1)可(kě)見,漩渦頻率f不(bu)受流體物性和(hé)組分變化的影(yǐng)響。
設管道内體(tǐ)積流量爲qr .
qv=πD2V/4=πD2?df/4Sr?????(2)
K=f/qv=[πD2?d/4Sr]-1?????(3)
式中(zhong):
K一流量計的儀(yi)表,系數,m³。
　　K除與阻(zu)流體、管道的幾(jǐ)何尺寸有關外(wai),還與斯特勞哈(hā)爾數Sr有關。由.上(shang)式(3)可見,流量qv和(he)漩渦頻率f成正(zheng)比關系,輸出信(xìn)号與流量成正(zheng)比,不受流體的(de)溫度、壓力、粘度(dù)和密度.的影響(xiang),通過傳感器檢(jian)測前後壓降和(he)頻率f,将信号送(song)入放大器,再由(you)通過整形得到(dào)電信号輸出,就(jiù)可以測出qv。
3儀表(biao)結構
 
　　渦街流量計在(zài)化工行業應用(yong)比較廣泛,主流(liu)的渦街流量計(jì)由殼體、傳感器(qi)和轉換器三部(bu)分組成,如圖2所(suo)示。.
傳感器包括(kuò)漩渦發生體(阻(zǔ)流體)、檢測元件(jian)和儀表表體等(deng),轉換器包括前(qián)置放大器、濾波(bo)整形電路、D/A轉換(huàn)電路、輸出接口(kou)電路、端子、支架(jia)和防護罩等。
　　根(gen)據卡曼渦街工(gōng)作原理,通過漩(xuán)渦發生體産生(shēng)漩渦,傳感器測(ce)量漩渦頻率,主(zhu)要采用壓力傳(chuán)感器進行測量(liang),通過檢測信号(hào),再通過放大器(qì),信号顯示并遠(yuǎn)程傳輸至DCS系統(tǒng),就可以計算出(chū)流體的流速及(jí)流量,整個測量(liang)過程可靠程度(du)高。
4優點和局限(xiàn)性
4.1優點
(1)渦街流(liu)量計結構簡單(dān)牢固,一體化安(ān)裝無可動機械(xie)零件,安裝方便(bian),水平或垂直安(ān)裝均可,維修費(fei)用低;
(2)信号輸出(chū)與實際體積流(liu)量成正比,測量(liàng)幾乎不受流體(ti)參數(溫度、壓力(li)、密度和粘度等(děng))變化影響;
(3)精度(du)較高(±0.5 %~±1 %),測量範圍(wei)寬(10: 1),?壓力損失小(xiao);
(4)儀表系數和管(guǎn)道形狀尺寸有(yǒu)關,傳感器不接(jiē)觸介質,校驗後(hou)可以适用各種(zhǒng)流體。
4.2局限性
(1)不(bu)适用于低雷諾(nuo)數測量(ReD=2x104),故在高(gao)粘度、低密度、低(di)流速、小口徑情(qing)況下應用受到(dao)限制。
(2)對 管道機(ji)械振動較敏感(gǎn),抗振能力差,不(bú)宜用于強振動(dong)場所,需要增加(jia)防振措施。
(3)當介(jiè)質爲粘附流體(ti)時,檢測元件易(yi)受流體中的污(wū)物及顆粒的影(yǐng)響。
(4)熱敏測量元(yuan)件适用溫度低(di)于200℃,标準型壓力(li)等級低于6.4 MPa.
5流體(tǐ)适用範圍
　　渦街(jiē)流量計對于大(da)多數流體都是(shi)适用的,針對一(yī)些特殊的流體(ti),需要考慮流體(ti)的特性對流量(liang)計的幹擾及影(yǐng)響,下面根據不(bu)同流體的适用(yong)範圍進行描述(shu):
5.1低雷諾流體
　　渦(wō)街流量計不适(shì)用于測量低雷(léi)諾數(Re≤2x104的流體。流(liu)體處于低雷諾(nuò)數時,斯特勞哈(ha)爾數Sr随着雷諾(nuò)數而變,儀表線(xiàn)性度變差,流體(tǐ)粘度高會顯著(zhe)影響甚至阻礙(ài)旋渦的産生,選(xuan)型的一個适用(yòng)條件是在使用(yòng)于臨界限雷諾(nuo)數之上。
5.2含固體(tǐ)微粒流體
　　雖然(rán)适用的流體比(bi)較廣泛,但對于(yú)含固體微粒的(de)流體要注意。固(gu)體微粒對漩渦(wo)發生體沖刷會(hui)産生無關的噪(zao)聲,從而磨損漩(xuan)渦發生體,可在(zai)上遊安裝過濾(lü)器或對儀表定(dìng)期校驗。
5.3氣液兩(liǎng)相流體
　　對于含(han)分散、均勻的微(wei)小氣泡,但容積(ji)含氣率應小于(yú)7 %的氣、液兩相流(liu),若超出2 %就應對(dui)儀表系數進行(hang)修正。對于含分(fen)散、均勻的固體(ti)微粒,固體含量(liàng)小于2 %的氣固、液(ye)固兩相流;對于(yu)互不溶解的液(ye)液(如油和水)兩(liang)組分流等,流速(su)需要保證>0.5 m/s。
5.4 易結(jié)垢流體
　　對于易(yì)結垢的流體,污(wu)垢會附着漩渦(wo)發生體表面,影(yǐng)響其形狀和尺(chi)寸,從而使儀表(biǎo)系數發生變化(huà),需要定期清洗(xi)污垢:采用取壓(yā)孔或插入式檢(jian)測元件感應漩(xuán)渦,.-旦介質雜質(zhì)嵌入縫隙,對信(xìn)号造成幹擾和(he)不穩定,影響其(qí)測量精度。
5.5氣體(ti)或者蒸汽
　　在測(ce)量氣體或者蒸(zhēng)汽時,一定要考(kǎo)慮溫度和壓力(li)補償問題,将工(gōng)況下的流量轉(zhuǎn)換成質量流量(liàng)或标況體積流(liu)量,--般補償由DCS控(kong)制系統通過專(zhuān)用補償功能模(mó)塊實現。
6安裝要(yào)求
6.1 安裝方式
　　渦(wō)街流量計分爲(wèi)法蘭式、夾持式(shi)和插入式,優先(xiān)選擇法蘭式,其(qi)餘兩者類型精(jing)度受安裝影響(xiang)較大口,正确的(de)選擇安裝方式(shi)非常重要,即使(shǐ)設計和選型都(dōu)很完美,若安裝(zhuang)不合理,同樣會(hui)影響測量精度(du),甚至影響傳感(gan)器的使用壽命(ming),因此合理的選(xuǎn)型和選擇合适(shì)儀表運行的最(zuì)佳環境是至關(guan)重要的。
　　渦街流(liu)量計在管道上(shang)可以水平、垂直(zhí)或傾斜安裝,但(dan)測量混相流體(ti)時,測量精度得(de)不到保障,需保(bǎo)證測量流體充(chōng)滿管道,避免産(chan)生混相流,根據(jù)混相流體的特(te)點,選擇合适的(de)安裝方式,具體(ti)的安裝方式如(rú)圖3所示。
 
　　渦街流(liu)量計必須在穩(wěn)定的流束場内(nei),有一.定的直管(guǎn)段要求,直管的(de)長度會影響精(jīng)度,必須保證上(shang)、下遊直管段有(yǒu)一定的長度,通(tong)常是.上遊直管(guǎn)段>10D,下遊直管段(duàn)> 5D,還要結合現場(chǎng)安裝情況進行(hang)調整,如果_上遊(yóu)有彎頭或者閥(fá)門,直管段相應(ying)的需要加長,具(ju)體的安裝要求(qiu)如圖4所示。
 
　　管道(dào)振動是工業生(shēng)産中的普遍現(xian)象,如泵産生的(de)流體壓力脈沖(chong),大幅度的開關(guan)閥門引起的負(fù)荷突變等,由于(yu)所形成的振動(dòng)幹擾對檢測是(shì)不利的,嚴重時(shi)會影響儀表使(shi)用壽命,因此采(cai)用有效的減振(zhèn)措施非常重要(yao)回。
　　渦街流量計(jì)對振動很敏感(gan),振幅通常是<3%,目(mù)前一些渦街流(liú)量計采用質量(liang)平衡傳感系統(tǒng)和自适應數字(zì)信号處理技術(shu)(ADSP),提供極佳的抗(kang)振性能,但是不(bú)能從根本解決(jue)消除振動0。爲了(le)避免管道振動(dòng),在儀表傳感器(qi)上下遊2D管道處(chù)設置管道支撐(cheng)緊固或固定架(jià),并設置防振支(zhī)座和防振墊。
　　在(zai)項目施工安裝(zhuang)過程中,渦街流(liu)量計應該在管(guan)道清洗及吹掃(sao)後再安裝,對于(yu)連續生産的管(guǎn)線建議安裝旁(pang)路,開車時物料(liao)走旁路運行一(yi)段時間,待介質(zhi)幹淨後再開表(biao),防止管道内焊(han)渣等異物對傳(chuan)感器造成損壞(huai)。對于需要調節(jiē)的管道,調節閥(fá)一般安裝在流(liu)量計後方,避免(miǎn)出現射流的情(qing)況;對于高溫管(guǎn)道,傳感器要垂(chui)直向下安裝。隻(zhī)要合理的掌握(wò)了渦街流量計(jì)的安裝方式,對(dui)測量的準确性(xing)會得到很大的(de)提高。
6.2故障及維(wéi)護
　　渦街流量計(jì)是-種免維護儀(yí)表,可長期穩定(ding)可靠運行,實際(ji)應用中很多問(wen)題來自安裝方(fāng)式不合理,針對(duì)産生不同現象(xiàng)分析原因,在項(xiàng)目建設和生産(chan)過程中,還會遇(yù)到更多的問題(ti),需要慢慢發掘(jué)後分析原因并(bìng)找到解決方案(àn),現列舉目前渦(wō)街流量計在安(an)裝及運行過程(cheng)中常見的一些(xie)問題及其處理(lǐ)方法,如表1所示(shì)。
 
7應用案例
　　DMF是一(yi)種常見的溶劑(jì),在化工應用比(bi)較多,而且回收(shōu)量也比較大,一(yi)般采用精餾連(lián)續回收方式,要(yao)求控制進出料(liào)和回流量,這樣(yàng)對流量計選型(xíng)有一-定要求,在(zai)DMF回收項目中,DMF采(cǎi)用精餾方式回(hui)收,其中對設計(jì)量需要正确的(de)計量和控制,由(you)于項目前期沒(méi)有選擇合适的(de)流量計,導緻精(jing)餾塔運行過程(chéng)中不穩定,後來(lái)停車排查分析(xī)原因,找到問題(ti)是部分流量計(ji)的選型不合理(lǐ)。
　　DMF回收工藝過程(cheng)爲: DMF原料進入脫(tuō)水塔,塔頂脫除(chu).水分,塔釜采出(chu)水分合格的DMF至(zhì)DMF精制塔,DMF精制塔(ta)塔頂采出合格(ge)的DMF,塔釜排出少(shǎo)量廢液去處理(lǐ),工藝流程見圖(tu)5。
 
　　DMF回收項目運行(hang)一段時間後,部(bù)分流量計顯示(shi)不正常,波動性(xìng)比較大,針對存(cún)在的問題對流(liú)量計進行改造(zao)更換,最終将部(bù)分流量計換成(cheng)渦街流量計,DCS可(ke)以正常顯示,流(liú)量測量曲線更(geng)穩定,波動性更(geng)小,生産可以正(zhèng)常穩定運行,渦(wo)街流量計在該(gai)DMF回收項目中發(fa)揮其重要作用(yong),項目如期正常(cháng)運轉,主要的改(gai)進點分析如下(xià)。
　　脫水塔釜采出(chū)流量計(F103)之前采(cǎi)用轉子流量計(jì),由于轉子流量(liang)計測量的波動(dong)性比較大,而且(qie)浮子經常容易(yi)卡死,測量誤差(cha)偏大,使用效果(guǒ)不佳,經過改造(zào)後換成渦街流(liú)量計後,流量顯(xian)示更穩定可靠(kao)。
　　DMF精制塔回流流(liu)量計(F104)輸送介質(zhì)的主要成分是(shi)DMF,之前采用電磁(cí)流量計一直顯(xian)示不正常,一直(zhí)沒找到原因,後(hou)來取樣測電導(dao)率<5 us/cm,?沒有達到電(dian)磁流量計電導(dao)率最低要求指(zhǐ)标,後來換成渦(wō)街流量計後,流(liú)量可以正常顯(xiǎn)示。
　　DMF精制塔塔釜(fu)流量計(F105)之前采(cǎi)用渦輪流量計(ji),由于内部采用(yong)葉輪機械零件(jiàn),随着使用時間(jiān)長,渦輪葉片經(jīng)常會卡死,流量(liàng)顯示不正常,需(xū)要經常拆下維(wéi)修清理,改造後(hou)換成渦街流量(liàng)計,設備運行穩(wen)定,故障率比較(jiao)低。
　　整個DMF回收車(chē)間經過改造後(hòu),采用渦街流量(liang)計替代了部分(fèn)流量計,更新後(hou)的DMF回收工藝流(liu)程的PFD圖如圖6所(suǒ)示。
 
　　通過上述項(xiang)目案例分析,可(ke)以判斷不同類(lei)型的流量計适(shi)用于不同的場(chang)合,要根據流體(tǐ)特性來選擇合(he)适的流量計。在(zài)DMF回收工藝中,渦(wō)街流量計發揮(huī)其卓越的性能(neng),完全契合該流(liu)體特性,正确的(de)控制工藝參數(shu)。隻要對流量計(jì)的性能和特點(diǎn)全面掌握,在實(shí)際生産中才能(neng)應對自如并解(jiě)決問題。
8結束語(yu)
　　在衆多的流量(liàng)計中,渦街流量(liàng)計是-.種經濟實(shí)用的流量計,可(ke)在很寬的流量(liang)範圍内測量流(liu)體。基本性能處(chu)于中等偏上水(shuǐ)平,購置費低于(yú)電磁式、質量式(shi)、容積式等,而安(an)裝、長期處于複(fú)雜的環境中,應(ying)充分分析導緻(zhì)其腐蝕的原因(yin)采取合理有效(xiào)的防腐措施來(lai)減少腐蝕的程(chéng)度,進而延長其(qí)使用壽命,提高(gao)電力系統運行(hang)的安全性,在提(tí)出表面防腐措(cuò)施的同時考慮(lü)節能技術以及(jí)材料的經濟性(xìng)進行實施方案(àn),對于燃煤電廠(chǎng)電力系統本身(shen)更具普遍價值(zhi)。

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