摘要：渦街流(liú)量計(jì) 因(yīn)其儀表系(xì)數與流體特(tè)性無關、精度高、寬量程比(bǐ)和低壓損等優點，在(zài)化工(gōng)領域(yù)的應(yīng)用(yòng)越來越(yuè)廣。以(yǐ)熱解(jiě)分級(jí)煉制新工藝對煤及液化殘渣(zhā)進行(háng)煉制(zhì)利用(yòng)中的(de)産品之一熱解(jiě)氣爲例，介(jiè)紹渦(wō)街流量計的選(xuǎn)型設(shè)計(jì)。
　　我國低(dī)階煤(méi)資源儲藏豐富，占可采儲(chǔ)量40?以(yǐ)上。然(rán)而它(tā)的高效利用一(yī)直是業内努力攻克的難(nán)題。低(dī)階煤含水(shuǐ)量高(gāo)，熱值低(dī)，機(jī)械強(qiáng)度低，化(huà)學(xué)穩定(dìng)性差(chà)。采用熱解(jiě)分級(jí)煉(liàn)制新工(gōng)藝對煤及液化(huà)殘渣(zhā)進行煉制(zhì)利用，在溫(wēn)和的條件下對原料(liào)進行加工處理(lǐ)，分步(bù)驟地(dì)将其(qí)中有用的成分充分提取出來(lái)，得到(dào)的(de)産(chǎn)品之(zhī)一爲(wèi)熱(rè)解(jiě)氣，去(qù)除焦油後(hòu)的熱(rè)解氣組成(chéng)見表(biǎo)1，采用渦街(jiē)流量計對(duì)其進行測(cè)量。

1渦街流量計(jì)概述
　　渦街流量(liàng)計是20世紀70年代發展(zhǎn)起來的一種新型(xíng)流量儀(yí)表，80年(nián)代制定了(le)渦街流(liú)量計專業标(biāo)準(zhǔn)（zbn12008-1989)和檢測(cè)規程（jjg620-1989)。渦街流量計目前已(yǐ)發展(zhǎn)成爲(wèi)主流流量(liàng)儀表(biǎo)之一，因其(qí)有諸多優(yōu)點，吸(xī)引了(le)國内(nèi)外衆多研究者和企(qǐ)業的(de)關注。研究(jiū)者從多方面對(duì)其進行(háng)深入的(de)研究：①旋(xuán)渦(wō)發生(shēng)體的研(yán)究[1，2+;②壓電(diàn)傳感器探頭位(wèi)置的(de)研究[3];③數字(zì)信号處(chù)理方法(fǎ)的研究[4];④渦街信(xìn)号檢測(cè)方(fāng)法的研究[5];⑤數值(zhí)仿真(zhēn)方法的研究[6]。
　　在(zài)衆多(duō)流量(liàng)計中，渦街(jiē)流量(liàng)計的(de)安裝、運行、維護(hù)費低于節(jiē)流式(shì)、容積式等，購置(zhì)費低于容(róng)積(jī)式、質量式等(děng)，是一(yī)種實用性和經(jīng)濟性都(dōu)較好的流量(liàng)計，受到用(yòng)戶廣泛歡迎。該(gāi)流量計(jì)優點如下：
(1)在一(yī)定雷諾(nuò)數re範(fàn)圍内(nèi)（2x104~2x106)，輸出(chū)頻(pín)率信(xìn)号不受(shòu)流體(tǐ)物性（密度(dù)、粘度）和(hé)組(zǔ)分變(biàn)化影響，即(jí)儀表系數(shù)僅(jǐn)與旋渦發生體的形狀(zhuàng)尺寸(cùn)及管道的形狀尺寸(cùn)有關(guān)，可以(yǐ)在(zài)一種典(diǎn)型介(jiè)質中校驗(yàn)而适用于各種(zhǒng)介質。
(2)高(差(chà)壓、計比較）。
(3)量程比可(kě)達10:1或20:1，目前(qián)已有廠家(jiā)在研制适(shì)用于(yú)氣體(tǐ)測量(liàng)能達到80s的渦街(jiē)流量計。
(4)壓(yā)損小(xiǎo)（約爲(wèi)孔(kǒng)闆流量(liàng)計的25%-50%)，大幅度降(jiàng)低能(néng)耗。
(5)結構簡(jiǎn)單牢固(gù)，安裝維(wéi)護方(fāng)便。
(6)使(shǐ)用範(fàn)圍廣，可測(cè)量液(yè)體、氣(qì)體、蒸汽和(hé)部分混相流體(tǐ)。
2渦街(jiē)流(liú)量計(jì)的(de)參數(shù)計算(suàn)
2.1工作狀态和标準狀(zhuàng)态下(xià)的體(tǐ)積流(liú)量(liàng)換算
　　渦街流(liú)量計的輸出信(xìn)号是與(yǔ)工作狀(zhuàng)态的體積流量(liàng)成正(zhèng)比例，氣體的(de)體積(jī)流量受(shòu)溫度、壓力影(yǐng)響(xiǎng)較大，在流量計選型時，若提供(gòng)的流量是(shì)标準(zhǔn)狀(zhuàng)态下的(de)體積(jī)流量或(huò)質量流(liú)量，應(yīng)把它換算(suàn)成工作(zuò)狀(zhuàng)态下(xià)的體(tǐ)積流量。

　　式(shì)中，qv、qn分别爲工作(zuò)狀态和(hé)标準狀态下的體(tǐ)積流(liú)量，m3/h;p、pn分别(bié)爲工作(zuò)狀态和标(biāo)準狀(zhuàng)态下(xià)的(de)絕(jué)對壓(yā)力，pat、tn、分(fèn)别爲(wèi)工作(zuò)狀态和标準狀(zhuàng)态下的(de)熱(rè)力學(xué)溫度，k。
23雷諾數、壓(yā)力損失和背壓(yā)的計算
　　在渦街(jiē)流量計(jì)選擇流(liú)量計通徑時，主(zhǔ)要是對(duì)流量下限值(zhí)進行核算(suàn)雷諾(nuò)數，最(zuì)小雷(léi)諾數不(bú)應(yīng)低于(yú)下限雷諾數，即(jí)雷諾數(shù)re≥2×104。在測量(liàng)介質爲液态時(shí)，還應(yīng)檢查(chá)最小(xiǎo)工作壓(yā)力是否高于(yú)工(gōng)作溫度(dù)下的飽和(hé)蒸汽(qì)壓，即是否産生(shēng)氣穴現象(xiàng)。
⑴雷諾(nuò)數re是一個(gè)表針(zhēn)流體慣性(xìng)力與粘性力之比的無量綱量(liàng)：

式中(zhōng)，q爲體積(jī)流量，m3/h;d爲(wèi)流量計内(nèi)徑，mm;v爲(wèi)運動粘度，m2/s。
(2)壓力損失：選擇(zé)流量計時，通(tōng)常可能(néng)會對(duì)流量(liàng)計的通徑進(jìn)行(háng)适當(dāng)縮小，以取得較(jiào)大流速和(hé)合适(shì)的(de)流量量(liàng)程。但(dàn)是如果縮(suō)徑過于嚴(yán)重，可(kě)能會(huì)導緻(zhì)較大的壓(yā)力損失，能(néng)耗會增加，因(yīn)此在選(xuǎn)擇流量計的通(tōng)徑時，也需要适(shì)當考慮壓(yā)力損(sǔn)失，盡(jìn)可能減小(xiǎo)壓力損(sǔn)失(shī)。壓力(lì)損失Δp計算：
Δp=1.1×10-5ρ?v2（3）
　　式中，Δp爲壓力損失，kg/m2;ρ爲流體密(mì)度，kg/m3;v爲流(liú)速，m/s。
(3)背壓(yā)：測量液體(tǐ)的流量(liàng)時，要(yào)确認工藝(yì)管(guǎn)道的壓(yā)力(lì)對于較小的公(gōng)稱通徑(jìng)而言(yán)有(yǒu)足夠大(dà)的背壓，避免氣穴産生。流量計(jì)下遊(yóu)的管(guǎn)道壓力應滿(mǎn)足(zú)。
p≥2.7Δp+1.3p0（4）
式中(zhōng)，p爲流(liú)量(liàng)計(jì)下遊(yóu)3.5~7.5d的最小(xiǎo)管道壓(yā)力，kg/cm2（a）；p0爲液體的飽(bǎo)和蒸汽壓，kg/cm2。
（4）根據(jù)工藝要求及現(xiàn)成安(ān)裝環(huán)境選(xuǎn)擇耐壓、耐溫等(děng)級、防(fáng)護等級、防(fáng)爆等級、輸(shū)出信(xìn)号等。
3測量熱解(jiě)氣的渦(wō)街流量(liàng)計的選型設計(jì)
　　熱解氣的組(zǔ)分(fèn)如表1所(suǒ)述，其工(gōng)藝參數(shù)：操(cāo)作密(mì)度0.63kg/m3，運(yùn)動粘度2x10_5m2/s，操(cāo)作溫(wēn)度48.9℃，操(cāo)作壓(yā)力7.5kpa，管道dn80，最小流(liú)量50nm3/h，正常流(liú)量100nm3/h，最(zuì)大流量150nm3/h，儀表測(cè)量範圍選擇0?180nm3/h。
　　在(zài)裝置運行的過(guò)程中(zhōng)，業主可能(néng)會根據需要适(shì)當調整參(cān)數，因此選(xuǎn)擇量程比(bǐ)寬(kuān)一些的流量(liàng)計會有助于(yú)調(diào)整後的測量;另外熱解氣作爲産品(pǐn)之(zhī)一，其流(liú)量是驗(yàn)證工藝(yì)與關鍵設備的(de)工程可行性、優(yōu)化工藝參數的(de)關鍵參(cān)數之一(yī)，因(yīn)此使用(yòng)精度(dù)高一些的(de)流(liú)量(liàng)計也(yě)是有(yǒu)必要(yào)的；熱(rè)解(jiě)氣的組(zǔ)分随着參數的(de)調整也可能會(huì)發生變化，因(yīn)此(cǐ)基于伯(bó)努(nǔ)利方(fāng)程原理(lǐ)的(de)，如 孔(kǒng)闆流量計(jì) 、噴嘴(zuǐ)、 阿牛(niú)巴(bā)流(liú)量計 、德爾塔巴流(liú)量計、 平衡流(liú)量計 等都不能很好的測量，因(yīn)爲這(zhè)類流量(liàng)計受流(liú)體物性(xìng)（密度、粘(zhān)度）和(hé)組(zǔ)分(fèn)變化(huà)影響，且(qiě)最(zuì)終的(de)熱解(jiě)氣(qì)産品或(huò)多或少都(dōu)有焦油的(de)存在，時間長了可能堵塞流量計(jì)。楔(xiē)形流(liú)量計帶有自清(qīng)潔功能(néng)，如(rú)果采(cǎi)用法蘭(lán)取壓，變(biàn)送器(qì)采用(yòng)隔膜(mó)密封式變(biàn)送器，其受(shòu)焦油的影(yǐng)響(xiǎng)較小， 楔形流(liú)量計(jì) 計算結果(guǒ)分别見圖1和圖2。

　　當h/d比爲(wèi)0.2時(shí)，其壓(yā)力損失(shī)達到4kpa，已(yǐ)經大于操作壓(yā)力的一半，此種(zhǒng)方案不可(kě)可取(qǔ)，當h/d比(bǐ)爲(wèi)0.3時，其壓力損(sǔn)失爲1.09kpa，可以(yǐ)接受(shòu)，但最小流(liú)量時差壓隻有(yǒu)0.11kpa，甚至正常(cháng)流量(liàng)時的差壓也有隻有0.45kpa，由于(yú)采用(yòng)的是隔膜密封(fēng)式變送器，此時(shí)的精(jīng)度(dù)無法保(bǎo)證；另(lìng)一(yī)類是基于線性連(lián)續方程原理的，如渦(wō)街流(liú)量(liàng)計、質量(liàng)流量計等(děng)，考慮(lǜ)到爲一(yī)個實驗(yàn)裝置，質(zhì)量(liàng)流量(liàng)計(jì)價(jià)格(gé)昂貴，因(yīn)此綜合考(kǎo)慮介質和裝(zhuāng)置的特(tè)殊性、壓損、精度和費用等因素(sù)，選(xuǎn)用渦街流量(liàng)計測(cè)量(liàng)熱解氣(qì)的流(liú)量。
由(yóu)式1可(kě)得最(zuì)小流量對(duì)應的工作狀态(tài)下(xià)的體積流量(liàng)：

　　由上述計算結果可(kě)知，當流量(liàng)計縮(suō)徑至dn40時，雷諾數即可滿足(zú)要求。
按式（3）可以(yǐ)核算(suàn)下dn50和(hé)dn40口徑下的最(zuì)大(dà)壓損(sǔn)：
dn50時：

　　從圖(tú)3可見，出流量計口(kǒu)徑爲(wèi)dn80時，最(zuì)小流量無(wú)法測量；流量計(jì)口徑縮(suō)徑至dn50時(shí)，最小流量(liàng)可測（此時(shí)流體的雷諾數非常接近(jìn)2*104），但此時的流量(liàng)精度稍微(wēi)差些(xiē)；流量(liàng)計口徑縮(suō)徑至dn40時，最小流量可(kě)測(cè)，且精度(dù)也能(néng)得到保(bǎo)證(zhèng)。用上(shàng)述公(gōng)式計(jì)算的壓損(sǔn)與軟件計(jì)算出(chū)來也(yě)基本抑制，差别(bié)來自計(jì)算值(zhí)。如(rú)果流量(liàng)計(jì)縮徑(jìng)至dn25時(shí)，流量計的(de)壓損(sǔn)已經達到(dào)7.6kpa，壓損較大(dà)，無法(fǎ)滿足工(gōng)藝(yì)要求(qiú)。因此選擇(zé)dn40口徑的流量計(jì)能滿足要(yào)求(qiú)。對于dn50口(kǒu)徑的方(fāng)案，如果流量(liàng)大于54nm3/h時，流量計的精(jīng)度爲(wèi)此款流量計的(de)精度，
　　爲1.0%，當流量(liàng)爲50nm3/h時(shí)，此時流量(liàng)可測，隻是精度(dù)稍差寫，約爲1.81%，但(dàn)流量計的壓損會小很(hěn)多，從節(jiē)能(néng)降耗方面考(kǎo)慮，選擇dn50口徑的(de)流量計也是可(kě)以的(de)，綜上，選擇(zé)dn40口徑(jìng)和dn50口(kǒu)徑的(de)渦街流量計都(dōu)能滿足要(yào)求。
　　操作溫度(dù)爲48.9℃，沒有(yǒu)特殊性(xìng)，選(xuǎn)擇普通的(de)渦(wō)街流量(liàng)計即可；根據現(xiàn)場情(qíng)況，流量計(jì)爲露天安(ān)裝，防(fáng)護等級選擇ip65即可；根(gēn)據(jù)《爆炸危(wēi)險(xiǎn)環(huán)境電力裝(zhuāng)置設計(jì)規(guī)範》gb50058-2014，各(gè)介質所在組别屬于危(wēi)險(xiǎn)物料，見表(biǎo)2.因此儀表防(fáng)爆(bào)标志選擇(zé)exiaiict4gb即能滿足要求(qiú)。根據項(xiàng)目(mù)統一(yī)要求(qiú)輸(shū)出信号(hào)選擇爲4~20ma+hart。

　　至此，渦(wō)街(jiē)流量計的選(xuǎn)型已經完(wán)成，但考慮(lǜ)到熱解氣(qì)中焦油(yóu)的存在，選擇渦街(jiē)流量(liàng)計時，需要(yào)注意：1不能選用因爲(wèi)技術(shù)需要而在渦街(jiē)流量(liàng)計中(zhōng)設計(jì)了小(xiǎo)孔結構的流量計，因(yīn)爲焦油有可能(néng)堵塞這些孔，從(cóng)而失去其原有的作(zuò)用；2焦油有(yǒu)可(kě)能(néng)附着在漩(xuán)渦發生體上，從而改變其(qí)結構(gòu)，影響測(cè)量(liàng)精度(dù)，因此需(xū)要采用(yòng)帶防(fáng)粘附作用(yòng)的發生體(tǐ)，另外(wài)考慮到熱解氣(qì)中焦油(yóu)含量較小，且由于漩渦的存在，其(qí)有剝(bāo)離附(fù)着發生(shēng)體(tǐ)上的焦油作用(yòng)，因此(cǐ)認爲(wèi)對流量精(jīng)度的影響(xiǎng)較小。
4結(jié)語(yǔ)
　　目前(qián)項目已經開(kāi)車成功(gōng)，渦(wō)街(jiē)流量(liàng)計現場使(shǐ)用效(xiào)果特(tè)别好，在整(zhěng)個(gè)實驗過(guò)程中(zhōng)，都能(néng)很(hěn)好的測(cè)出熱(rè)解氣的流(liú)量。現場的(de)使用(yòng)結果(guǒ)表明(míng)，在發生(shēng)體帶防(fáng)粘附(fù)作用情況(kuàng)下(xià)，低(dī)含量的焦油對(duì)流量計(jì)的測量精度(dù)影(yǐng)響(xiǎng)不大。目前化工(gōng)廠常(cháng)用的流(liú)量計節(jiē)流裝置(zhì)孔(kǒng)闆等，其受流(liú)體物性(xìng)影響大，量(liàng)程比一般(bān)隻有3:1，且容(róng)易出現(xiàn)堵(dǔ)塞，直管段要求甚至(zhì)高達50倍(bèi)管徑，另(lìng)外導(dǎo)壓系統還(hái)容易出現洩露。渦街(jiē)流(liú)量(liàng)計因(yīn)其儀表系(xì)數與流體(tǐ)特性無關(guān)（氣液通用(yòng)）、精度(dù)高、寬(kuān)量程比和(hé)低壓損(sǔn)等優(yōu)點(diǎn)，是節流裝置的(de)理想替(tì)代品，但(dàn)隻有(yǒu)正确(què)設計、正确選型(xíng)以及正确安裝的條件下才能(néng)發揮(huī)其應(yīng)有(yǒu)的(de)作用(yòng)。

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