摘要：介紹(shào)空分裝置中液(ye)氧、液氦流量采(cai)用渦街流量計(ji) 測量的方法,探(tàn)讨使用現狀的(de)優點,對不能測(ce)量較大流量以(yi)及渦街流量計(jì)小信号切除量(liàng)較大的問題進(jin)行相關應用分(fen)析,對空分裝在(zai)産品核算、經濟(ji)效益分析、可靠(kào)運行的方面具(jù)有一定幫助。
　　目(mù)前，化工行業很(hěn)多生産現場所(suǒ)使用的流量計(ji)選型不夠合理(li),有的存在安裝(zhuāng)錯誤,造成計量(liàng)誤差過大,還有(yǒu)些不能滿足生(shēng)産或産品交接(jie)計量的需要,流(liu)量計是化工企(qǐ)業最常用的儀(yi)表。但僅靠經驗(yàn)或單純考慮購(gòu)置費進行選型(xíng)，可能會失去選(xuǎn)擇最适合儀表(biǎo)的機會。由此可(kě)見,正确選擇和(he)使用流量計并(bìng)非易事。要正确(què)、有效地選擇合(hé)适的流量計,必(bi)須考慮5個方面(mian)的因素,即性能(neng)要求、介質物性(xing)、安裝要求、環境(jìng)條件和費用。
　　煤(mei)基烯烴項目建(jian)設的空分裝置(zhì)生産氣氧、氣氮(dàn)、儀表空氣、工廠(chang)空氣、液氧和液(yè)氮。通過對該裝(zhuang)置的液氧、液氮(dàn)産品流量計的(de)使用情況進行(hang)摸索研究,從儀(yí)表測量原理出(chū)發,進行必要的(de)分析和研究,并(bing)進行觀察評估(gū),對實施效果:提(ti)出推廣建議,從(cóng)而進一步提高(gao)管理和維護水(shuǐ)平,使該裝置産(chǎn)品交接計量向(xiàng)更穩定、更可靠(kao)的方向發展。
1空(kong)分裝置液氧、液(ye)氨渦街流計使(shi)用現狀
1.1産品流(liu)量的測量方法(fa)
　　一般情況下,煤(mei)化工配套的空(kōng)分裝置都較大(da),液氮、液氧産品(pin)在工藝系統負(fu)荷較低時可以(yi)作爲産品銷售(shou)。爲了準确測量(liang)這兩股産品的(de)流量,保證貿易(yi)交接的準确性(xìng),考慮到這兩股(gu)産品低粘度、低(dī)溫,産品管線口(kǒu)徑小(僅爲DN25mm), 以及(jí)一次儀表需安(ān)裝于冷箱内隔(ge)箱而變送器需(xū)要安裝于冷箱(xiāng)外部的特點,項(xiàng)目最初選用了(le) 分體式渦街流(liú)量計 配以轉換(huan)器來測量液氮(dan)、液氧流量。
1.2渦街(jie)流量計測量液(ye)氧、液氮流量
1.2.1測(ce)量原理.
　　渦街流(liu)量計是一種典(dian)型的速度式流(liú)量計,可檢測Re在(zài)5 x103~7 x106範圍内的液體(ti)、氣體、蒸汽流體(ti)的流量。漩渦分(fèn)離的穩定性受(shou)漩渦發生體上(shang)遊流場畸變、漩(xuan)渦流等的影響(xiǎng)，所以安裝儀表(biǎo)應根據上遊阻(zǔ)流件的不同形(xing)式,配備不同長(zhǎng)度的上、下遊直(zhi)管段,或安裝流(liu)動調整器,爲渦(wo)街流量計提供(gong)良好的流場條(tiao)件,消除流場對(duì)儀表的不利影(ying)響。渦街流量計(ji)是應用流體振(zhen)蕩原理來測量(liang)流量的,流體在(zài)管道中經過渦(wō)街流量變送器(qi)時,在三角柱的(de)漩渦發生體後(hou)上下交替産生(sheng)正比于流速的(de)兩列漩渦,稱爲(wei)卡曼漩渦。單側(cè)漩渦的釋放頻(pin)率與流過漩渦(wo)發生體的流體(tǐ)平均速度及漩(xuán)渦發生體特征(zhēng)寬度有關,表示(shì)爲":
f=(Srxv)/d
式中
d一漩渦(wō)發生 體特征寬(kuān)度,m;
f一漩渦 的釋(shi)放頻率,Hz;
Sr一斯特(te)勞哈爾數,無量(liang)綱， 它的數值範(fàn)圍爲0.14 ~0.27;
?一流過漩(xuán)渦發生體的流(liu)體平均速度，m/s。
Sr是(shì)雷諾數的函數(shù),Re與Sr的關系爲Sr =f(l/Re),如(ru)圖1所示。

由上式(shi)可知，在斯特勞(láo)哈爾數Sr爲常數(shù)時,流量qv與單側(ce)漩渦産生的頻(pin)率?成正比。
　　當雷(léi)諾數Re在102~ 105範圍内(nèi)時,Sr值約爲0.2,因此(cǐ),在測量中要盡(jin)量保證流體的(de)雷諾數在102~ 105 ,漩渦(wō)頻率?=0.2×?/d。由此可知(zhi)，通過測量漩渦(wo)頻率就計算出(chū)流過漩渦發生(shēng)體的流體平均(jun)速度u,再由式qv = ? ×A0求(qiú)出流量qv,其中A。爲(wèi)流體流過漩渦(wō)發生體的截面(mian)積。
1.2.2渦街流量計(ji)測量空分裝置(zhi)液氮、液氧的優(yōu)劣
　　通過觀察裝(zhuang)置開車後近一(yi)年的使用情況(kuàng)，發現在這兩股(gu)産品處使用渦(wō)街流量計各存(cún)在一些優缺點(diǎn)。
1.2.2.1 優點
　　渦街流量(liang)計結構簡單牢(lao)固,安裝維護方(fāng)便,測量元件直(zhi)接安裝于管道(dao)上,克服了管路(lù)的洩漏現象。可(ke)根據測量對象(xiang)選擇相應的檢(jian)測方式,儀表的(de)适應性強。非常(cháng)适用于幹淨介(jiè)質流體和部分(fèn)混相流體。與其(qí)他脈沖輸出型(xing)流量計相比,渦(wo)街流量計的儀(yi)表系數K較低,且(qie)随儀表測量管(guǎn)徑D的增大儀表(biao)系數K近似以直(zhí)徑比的3次方速(sù)率下降(表1)。

　　選擇(ze)流量計的通徑(jìng)應按被測管道(dào)使用的流量範(fan)圍和被選流量(liang)計的上、下限流(liu)量來選配,而不(bu)是簡單地按管(guan)道通徑選用。通(tōng)常設計管道流(liu)體最大流速是(shi)按經濟流速來(lai)确定的,流速選(xuan)擇過低,則管徑(jing)粗、投資大;而流(liu)速過高則輸送(sòng)功率大,增加運(yùn)行費用21。大部分(fèn)流量計上限流(liu)量的流速接近(jin)或略高于管道(dào)經濟流速,因此(cǐ)流量計通徑與(yǔ)管徑相同的可(ke)能性較大,安裝(zhuang)比較方便,如不(bú)相同也不應.相(xiàng)差太多,一般相(xiang)鄰一檔規格,采(cai)用變徑管連接(jiē)'。
　　若采用 标準孔(kǒng)闆流量計 來測(ce)量液氮、液氧的(de)流量存在一些(xie)不足之處，如:壓(ya)力損失較大;導(dao)壓管、 三 (五)閥組(zu) 及連接接頭容(rong)易洩漏;導壓管(guǎn)、取壓口易堵塞(sai);量程範圍小,一(yī)般爲3:1,對流量波(bō)動較大易造成(cheng)測量值偏低;液(yè)氮、液氧溫度較(jiào)低，需要采取複(fú)熱措施由液态(tài)恢複爲氣态才(cai)可測量，否則易(yi)凍結。
　　量程比相(xiang)對較寬，可達10:1或(huò)20: 1。使用的情況是(shi)實際最小流量(liang)可測到200Nm'/h,最大可(kě)測到1 865Nm'/h及以，上。實(shí)際情況是最大(dà)流量在閥門僅(jǐn)65%開度時就達到(dao)了100% ,最小流量僅(jin)可測到325Nm3/h,尤其上(shàng)、下極限測量時(shí)基本很難用好(hǎo)。大多數渦街流(liu)量計具有較好(hao)的線性度,渦街(jiē)流量計理論最(zuì)大量程比可達(dá)300:1以上。但由于檢(jian)測元件的靈敏(min)度、儀表的壓力(lì)損失及其他方(fāng)面的限制,要達(dá)到這麽高的量(liàng)程比是非常困(kùn)難的。因此實際(jì)大多數的渦街(jie)流量計的量程(chéng)比僅爲10:1以上,有(you)的可達到20:1甚至(zhi)30:1。而其他的流量(liàng)計如差壓流量(liang)計,卻沒有這麽(me)寬的量程範圍(wéi)。一般的渦街選(xuǎn)型,都會把所測(cè)流量範圍放在(zài)其全量程的5%~60%這(zhè)個範圍内,如果(guǒ)要求的量程太(tai)寬,就必須把常(chang)用流量放在這(zhe)個範圍的合适(shì)位置以選型。這(zhe)樣選型出來的(de)渦街才會好用(yong)、穩定,精度才能(néng)得以保障.
　　渦街(jiē)流量計屬測量(liàng)精度中等偏上(shàng)的流量計,通常(cháng)測量液體的精(jing)度爲土(0.5% ~1.0%),測量氣(qi)體的精度爲土(tu)(1.0% ~1.5%),這種精度比 渦(wo)輪流量計 科氏(shi)力質量流量計(jì)低,但與傳統的(de) 差壓流量計 、 浮(fu)子流量計 相比(bǐ),測量精度較高(gao)2]。考慮到這兩股(gu)産品既要計量(liang)總流量,又要應(yīng)用在流量控制(zhì)系統中，流量計(jì)精度的确定要(yao)在整個系統控(kòng)制精度要求下(xià)進行，因爲整個(ge)系統不僅有流(liu)量檢測的誤差(chà),還包含有信号(hào)傳輸、控制調節(jie)等環節的誤差(cha)和各種影響因(yīn)素,對測量儀表(biao)确定過高的精(jīng)度是不合理和(hé)不經濟的,因此(cǐ)綜合精度、經濟(jì)性一同考慮是(shi)選型的要素之(zhi)一。
　　正常情況下(xia)壓損約爲 孔闆(pan)流量計 的1/4~1/2，但内(nèi)縮徑渦街流量(liàng)計不适用于此(ci)處。近似的長期(qi).壓損( PPL)計算公式(shì)爲

　　以液氮産品(pin)爲例，經過計算(suan)，DN25mm的渦街流量計(jì)适用于此處,圖(tu)2爲液氮DN25mm渦街流(liú)量計性能對照(zhao)圖。從圖2可以看(kàn)出，在保證精度(dù)的情況下,壓損(sun)是相當小的。

　　輸出與流量成(chéng)正比的脈沖信(xin)号,适用于總量(liàng)計量,無零點漂(piāo)移[4。在一定雷諾(nuo)數範圍内,輸出(chu)頻率信号不受(shòu)流體物性(密度(dù)、粘度)和組分的(de)影.響,即儀表系(xì)數僅與漩渦發(fa)生體和管道的(de)形狀尺寸有關(guān),隻需在一種典(dian)型介質中校驗(yan)而适用于各種(zhong)介質。在各種流(liu)量計中渦街流(liu)量計是一種較(jiao)有可能成爲僅(jǐn)需幹式校驗的(de)流量計。
　　對流量(liang)變化在一定的(de)雷諾數範圍内(nei)，漩渦分離的頻(pín)率僅與流體工(gong)作狀态下的體(tǐ)積流量成正比(bǐ);而對被測流體(tǐ)壓力、溫度、粘度(dù)和組分變化不(bú)敏感。因此，在幾(jǐ)何相似和動力(li)相似條件下，渦(wō)街流量計可用(yòng)一種典型介質(zhi)(如水或空氣)标(biao)定，就可确定它(tā)的儀表系數，并(bing)可在其他介質(zhì)中使用。渦街流(liu)量計的這一特(tè)點，對生産廠和(he)用戶提供了很(hen)大的便利。對用(yòng)于高壓氣體的(de)渦街流量計，使(shi)用常壓條件下(xia)标定的儀表系(xi)數，用戶完全可(kě)以放心，生産廠(chǎng)不必爲沒有高(gao)壓标定設備而(er)憂慮;用于氣體(ti)的渦街流量計(jì)，也可在水流量(liang)标準裝置中校(xiào)驗，提高标定精(jing)度。渦街流量計(jì)這一特點，爲它(ta)實現幹标定、發(fa)生體标準化提(ti)供了有利條件(jiàn)。
　　通常渦街流量(liàng)計的儀表系數(shu)K是通過液體或(huo)氣體流量校準(zhun)裝置在常溫、常(chang)壓條件下标定(dìng)後确定的。如果(guo)儀表用于高溫(wēn)流體(例如蒸汽(qi))或低雷諾數區(qū)域的流量測量(liàng)時,還照用實驗(yàn)室标定的儀表(biǎo)系數的話,則會(huì)産生一定的測(ce)量偏差。因此,當(dang)儀表的工作條(tiao)件偏離标定條(tiáo)件較遠時,需對(duì)該系數進行修(xiū)正。
　　儀表标定時(shí),根據校準裝置(zhi)給出的标準流(liú)量、流體密度ρ、粘(zhan)度μ和被測渦街(jiē)流量計輸出的(de)頻率,計算出儀(yi)表系數K和對應(yīng)的雷諾數。先進(jìn)行雷諾數Re>2 x 104的各(ge)流量測試點的(de)标定,再進行Re≤2x104各(gè)點流量的标定(dìng)。然後算出Re>2x104各流(liu)量測試點的平(ping)均儀表系數K,以(yǐ)K作爲标準儀表(biao)系數,再分别計(jì)算Re<2x104各流量測試(shi)點的儀表系數(shù)Ki與K的比值E作爲(wèi)雷諾數修正系(xì)數,這樣就得到(dao)與表2相似的各(ge)雷諾數所對應(yīng)的修正系數，然(rán)後把這些數據(ju)寫人儀表中。

1.2.2.2缺(que)點
　　渦街流量計(ji)小信号切除量(liang)較大,使下限流(liú)量不能太低，因(yīn)此不能滿足較(jiao)小流量測量的(de)要求。渦街流量(liàng)計的下限流量(liang)受雷諾數和檢(jiǎn)測元件靈敏度(du)的制約。
　　雷諾數(shu)的影響。渦街流(liú)量計不适用于(yu)低雷諾數測量(liang)(Re≥2 x104),故在高粘度、低(dī)流速、小口徑情(qing)況下應用受到(dao)限制。大多數渦(wō)街流量計的下(xià)限雷諾數爲(1 ~2) x104 ,隻(zhī)有當儀表工作(zuo)在下限雷諾數(shu)以.上區域時,斯(si)特勞哈爾數Sr或(huo)儀表系數K才進(jin)人平直區,儀表(biǎo)也才能進人線(xian)性工作區域，否(fou)則當雷諾數Re低(dī)于渦街流量計(jì)線性工作區的(de)臨界雷諾數時(shi),儀表系數K将出(chu)現嚴重的非線(xiàn)性,産生非線性(xing)誤差。在粘度高(gāo)、口徑小的工作(zuò)條件下工作的(de)渦街流量計，下(xia)限流量不能太(tài)低。以液氮産品(pin)爲例,經過計算(suan),DN25mm的渦街流量計(ji)所測流量爲全(quan)量程流量的15%及(ji)以下時,流速下(xià)降迅速,已經不(bú)能保證精度了(le)， 即使滿足了可(ke)測量程上限的(de)要求也滿足不(bú)了可測較小流(liu)量的需要(表3)。

　　另(ling)外,從圖3還可以(yǐ)清楚地看到,流(liu)量達到量程上(shang)限以後精度和(he)壓損明顯呈比(bi)例上升。這也就(jiù)不難解釋爲什(shi)麽渦街流量計(ji)往往未用到全(quán)量程就很難用(yong)好了

　　檢(jiǎn)測元件靈敏度(du)的限制。漩渦強(qiang)度越強對信号(hao)檢測越有利。而(ér)漩渦強度與流(liú)速平方是成正(zhèng)比的，所以在量(liàng)程下限的低速(su)區，漩渦信号很(hěn)微弱，能否有效(xiao)地檢測出漩渦(wo)信号,取決于檢(jiǎn)測元件的靈敏(mǐn)度[2]
　　受以上兩方(fang)面因素的制約(yuē)，渦街流量計的(de)下限流速不能(neng)太低，這點可以(yǐ)參考表3。一般情(qíng)況下,測量液體(ti)流量時,下限流(liu)速爲0.3 ~0. 5m/s;測量氣體(ti)時下限流速爲(wèi)3.0 ~5.0m/s。不能采用内縮(suō)徑渦街流量計(jì)測量較小流量(liang)，否則無法保證(zhèng)流體的穩定狀(zhuang)态，畢竟渦街靠(kao)的是穩流才能(néng)準确測量,内縮(suo)徑多少會造成(chéng)壓損增加,影響(xiang)渦街的測量,尤(you)其測到70%以上很(hěn)難保證精度,特(te)點是精度随流(liú)量增大而産生(sheng)偏差。
　　正常情況(kuàng)下渦街流量計(jì)壓損僅比差壓(ya)流量計小(約爲(wèi)孔闆流量計1/4~1/2),但(dan)是由于這兩股(gu)産品的正常壓(yā)力都在0.5MPa以下，因(yīn)此測量值達不(bu)到精度偏離點(diǎn)就壓損太高無(wú)法使用了。以液(yè)氮産品爲例,經(jing)過計算,DN15mm的内縮(suō)徑渦街流量計(ji)不适用于此處(chu)，流量爲全量程(chéng)50%及以上時,壓損(sǔn)上升迅速,如圖(tú)4所示。但是優點(diǎn)是可以滿足較(jiao)小流量測量的(de)需要,這時幾乎(hu)沒有壓損(表4)。.


2結束語(yu)
　　對空分裝置的(de)液氧、液氮産品(pǐn)流量測量結合(he)實際使用情況(kuàng)進行了研究與(yu)分析,對其測量(liàng)原理技術難點(diǎn)以及優缺點等(deng)進行了全面的(de)統計、綜述和評(píng)價。當然對于量(liang)程比适中、隻保(bao)證流量上限其(qí)中一端即可的(de)液氧、液氮産品(pin)流量測量,使用(yong)這類低溫型分(fen)體式渦街流量(liang)計還是相當可(kě)靠的。

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