摘要：介紹空分(fèn)裝置(zhì)中液氧、液(yè)氦流量采(cǎi)用渦街流量計 測量(liàng)的方法,探讨使(shǐ)用現(xiàn)狀的優點(diǎn),對不能(néng)測(cè)量較(jiào)大流(liú)量(liàng)以(yǐ)及渦(wō)街流量(liàng)計(jì)小信(xìn)号切(qiē)除量較大(dà)的問(wèn)題進行(háng)相關應(yīng)用分析,對空分裝(zhuāng)在(zài)産品(pǐn)核算(suàn)、經濟效益(yì)分(fèn)析、可靠運行的方(fāng)面具有一(yī)定幫助。
　　目(mù)前，化(huà)工行(háng)業(yè)很多生産現(xiàn)場(chǎng)所使用(yòng)的流(liú)量計選型(xíng)不夠合(hé)理,有的存在安裝錯誤(wù),造成計量誤差過大,還(hái)有些不能滿足生(shēng)産或(huò)産品交接計量(liàng)的需要,流(liú)量計(jì)是化工企業最(zuì)常用的(de)儀表。但(dàn)僅靠(kào)經驗或單(dān)純考慮(lǜ)購(gòu)置費進行(háng)選型，可能(néng)會失去選擇最(zuì)适合儀表的機(jī)會。由(yóu)此可見,正确選擇和使用(yòng)流量(liàng)計(jì)并(bìng)非易(yì)事。要(yào)正确(què)、有效地選擇合(hé)适的(de)流量計,必須考(kǎo)慮5個方(fāng)面的因(yīn)素,即(jí)性能要求、介質物(wù)性(xìng)、安裝要求(qiú)、環境條件和費用。
　　煤基烯(xī)烴項目建設的(de)空分(fèn)裝置(zhì)生産氣氧(yǎng)、氣氮、儀表空氣(qì)、工廠(chǎng)空氣、液(yè)氧和液氮。通(tōng)過對該(gāi)裝置的(de)液氧、液氮(dàn)産品(pǐn)流量計的使用(yòng)情況進行摸索(suǒ)研究,從儀(yí)表測(cè)量原理出發,進(jìn)行必要的分析和研究(jiū),并(bìng)進行(háng)觀察評估,對實施效果:提出推(tuī)廣建議,從而進(jìn)一步提高管理和維護(hù)水平,使(shǐ)該裝(zhuāng)置産品交(jiāo)接計量(liàng)向更穩(wěn)定、更(gèng)可(kě)靠的方向發(fā)展。
1空分裝置液(yè)氧、液氨渦(wō)街流(liú)計使用現(xiàn)狀
1.1産品流(liú)量的(de)測量方法
　　一般(bān)情況下,煤化工(gōng)配套的(de)空分裝(zhuāng)置都(dōu)較大,液氮、液氧(yǎng)産品在工(gōng)藝系(xì)統負荷較低時可以(yǐ)作爲産品銷售。爲了(le)準确測量(liàng)這兩(liǎng)股産(chǎn)品的流量(liàng),保證貿(mào)易交(jiāo)接(jiē)的準确(què)性,考慮(lǜ)到這兩股産品(pǐn)低粘(zhān)度、低(dī)溫,産(chǎn)品管線口徑小(xiǎo)(僅爲dn25mm), 以及一次(cì)儀表需(xū)安(ān)裝于冷箱(xiāng)内隔箱而(ér)變送(sòng)器需要安(ān)裝(zhuāng)于冷箱外部(bù)的特(tè)點,項目(mù)最(zuì)初選(xuǎn)用了 分體式渦街(jiē)流(liú)量計(jì) 配以轉換(huàn)器來(lái)測量(liàng)液氮(dàn)、液氧(yǎng)流量。
1.2渦街(jiē)流(liú)量(liàng)計測量液(yè)氧、液(yè)氮流量(liàng)
1.2.1測量原理.
　　渦街流(liú)量計(jì)是(shì)一種典型的(de)速度式流量計,可檢(jiǎn)測(cè)re在5 x103~7 x106範圍(wéi)内的液(yè)體、氣體、蒸汽流體的流量。漩渦分(fèn)離的(de)穩定性受漩渦(wō)發生體上遊流(liú)場畸變、漩渦流(liú)等的(de)影響(xiǎng)，所以安裝儀表應根(gēn)據上遊(yóu)阻(zǔ)流件(jiàn)的不(bú)同形式,配(pèi)備不同長(zhǎng)度的(de)上、下遊直管段(duàn),或安裝流動調(diào)整器,爲渦街流(liú)量計提(tí)供(gòng)良好的流(liú)場條件,消(xiāo)除流場對(duì)儀表(biǎo)的不利影響。渦(wō)街流量計是應用流體振蕩原理來測(cè)量(liàng)流量(liàng)的,流體在管道(dào)中經過渦(wō)街流(liú)量變送器時,在(zài)三角柱的(de)漩渦(wō)發生(shēng)體後(hòu)上下(xià)交替産生(shēng)正比(bǐ)于流(liú)速的兩列(liè)漩渦,稱爲卡曼漩渦(wō)。單側(cè)漩渦(wō)的釋(shì)放頻(pín)率與流過(guò)漩渦發生(shēng)體(tǐ)的(de)流體平均速度(dù)及漩渦發(fā)生體特(tè)征(zhēng)寬度(dù)有關(guān),表示爲":
f=(srxv)/d
式(shì)中
d一漩渦發生 體(tǐ)特(tè)征寬度,m;
f一(yī)漩渦 的釋放(fàng)頻(pín)率,hz;
sr一斯特勞哈(hā)爾數,無(wú)量綱， 它的數(shù)值範圍爲(wèi)0.14 ~0.27;
?一流過漩渦發(fā)生體(tǐ)的流體平(píng)均速(sù)度，m/s。
sr是雷諾(nuò)數的函數,re與sr的(de)關系爲sr =f(l/re),如圖1所(suǒ)示(shì)。

由上式可知(zhī)，在斯特勞哈爾數sr爲常數時,流(liú)量qv與單側(cè)漩渦(wō)産生的頻率?成(chéng)正比。
　　當雷(léi)諾數(shù)re在102~ 105範圍(wéi)内時(shí),sr值(zhí)約爲0.2,因此,在測(cè)量中要盡量保(bǎo)證流(liú)體(tǐ)的雷諾(nuò)數在102~ 105 ,漩(xuán)渦頻率(lǜ)?=0.2×?/d。由此可知(zhī)，通(tōng)過(guò)測量漩渦頻率就計算出(chū)流過(guò)漩渦發生體的(de)流(liú)體(tǐ)平(píng)均速度(dù)u,再由式qv = ? ×a0求出流量qv,其(qí)中a。爲(wèi)流體(tǐ)流過(guò)漩渦(wō)發生(shēng)體的截面積。
1.2.2渦(wō)街流量(liàng)計測量(liàng)空分(fèn)裝置液氮(dàn)、液氧的優(yōu)劣
　　通(tōng)過觀察(chá)裝置開車後(hòu)近一年的(de)使用(yòng)情況，發現(xiàn)在這(zhè)兩股産品(pǐn)處使用(yòng)渦(wō)街流(liú)量計(jì)各(gè)存(cún)在一(yī)些優缺點。
1.2.2.1 優點(diǎn)
　　渦街流量計結(jié)構簡單牢固,安裝維護方(fāng)便,測(cè)量元(yuán)件直(zhí)接安(ān)裝于(yú)管道上,克(kè)服了管路的洩(xiè)漏現象(xiàng)。可(kě)根據(jù)測量對象選擇(zé)相應的(de)檢測方式,儀表的适應性(xìng)強(qiáng)。非常适用(yòng)于幹淨(jìng)介質流(liú)體和(hé)部分(fèn)混相流體。與(yǔ)其他脈(mò)沖輸(shū)出型流量(liàng)計相比,渦(wō)街流(liú)量計的儀表(biǎo)系(xì)數k較低,且随儀(yí)表測量管(guǎn)徑d的增大儀表系數k近似以直(zhí)徑比(bǐ)的3次(cì)方速率下(xià)降(表(biǎo)1)。

　　選(xuǎn)擇流量(liàng)計的通(tōng)徑(jìng)應按(àn)被測管(guǎn)道使用(yòng)的流量範圍和(hé)被選(xuǎn)流(liú)量(liàng)計的(de)上、下限(xiàn)流(liú)量來(lái)選配(pèi),而(ér)不是簡(jiǎn)單地按(àn)管道通(tōng)徑(jìng)選(xuǎn)用(yòng)。通常設(shè)計管道(dào)流(liú)體最(zuì)大流速是按經(jīng)濟流速來确定的,流速選擇過(guò)低,則管徑粗、投(tóu)資大;而流速過(guò)高則輸送功率(lǜ)大,增加運(yùn)行費(fèi)用21。大部(bù)分流量(liàng)計上限流量的(de)流速接近或略(luè)高于管道經濟(jì)流速,因此流量(liàng)計通(tōng)徑與(yǔ)管徑(jìng)相同的可(kě)能性(xìng)較大(dà),安裝比(bǐ)較(jiào)方便,如不相同也不應(yīng).相差太(tài)多,一般相鄰一檔規(guī)格,采用變(biàn)徑管連接'。
　　若(ruò)采(cǎi)用 标(biāo)準孔闆流(liú)量計 來測(cè)量液(yè)氮、液氧(yǎng)的流量(liàng)存在(zài)一些不足(zú)之處，如(rú):壓(yā)力損(sǔn)失較(jiào)大;導壓管(guǎn)、 三 (五)閥(fá)組(zǔ) 及連(lián)接接(jiē)頭容易洩(xiè)漏;導壓管、取壓(yā)口易(yì)堵塞;量程範圍小,一般爲(wèi)3:1,對流(liú)量波動較(jiào)大易造成(chéng)測量(liàng)值偏低;液(yè)氮、液(yè)氧溫度(dù)較低，需(xū)要采取複熱措施由液态(tài)恢複(fú)爲氣态才可測量，否則易(yì)凍結(jié)。
　　量程比相(xiàng)對較(jiào)寬，可達10:1或(huò)20: 1。使用(yòng)的情況是(shì)實際(jì)最小(xiǎo)流量可測(cè)到(dào)200nm'/h,最大可(kě)測到(dào)1 865nm'/h及以，上。實際情(qíng)況是最(zuì)大(dà)流量在閥門僅65%開度(dù)時就達到了100% ,最(zuì)小流量僅(jǐn)可測(cè)到325nm3/h,尤(yóu)其上、下極(jí)限測量時基本(běn)很難用好。大多數渦(wō)街流(liú)量計(jì)具有(yǒu)較好的線(xiàn)性度(dù),渦街流量計理論最(zuì)大量(liàng)程比可達300:1以上(shàng)。但由于(yú)檢(jiǎn)測元(yuán)件的(de)靈(líng)敏度、儀(yí)表的壓力損失及其(qí)他方面的(de)限制(zhì),要(yào)達到這(zhè)麽高(gāo)的量程比(bǐ)是(shì)非常困(kùn)難的。因此實際大多(duō)數的渦街(jiē)流量計的量(liàng)程比僅(jǐn)爲10:1以(yǐ)上,有的可達到(dào)20:1甚至30:1。而其(qí)他的流量計如差壓流量(liàng)計,卻(què)沒有這麽(me)寬的量程(chéng)範圍(wéi)。一般(bān)的(de)渦街選型,都(dōu)會把所測流量(liàng)範圍(wéi)放在其全(quán)量程(chéng)的(de)5%~60%這個範(fàn)圍内(nèi),如果要求的量程太寬,就(jiù)必須把常用流(liú)量放在這個範(fàn)圍的合适位置(zhì)以選(xuǎn)型。這樣選(xuǎn)型出來的渦街(jiē)才會好用、穩定(dìng),精度才能(néng)得以(yǐ)保障(zhàng).
　　渦街流量(liàng)計屬(shǔ)測量精度中(zhōng)等(děng)偏上的流(liú)量計,通常測量(liàng)液體(tǐ)的(de)精度爲(wèi)土(0.5% ~1.0%),測量(liàng)氣(qì)體的(de)精度爲土(1.0% ~1.5%),這種(zhǒng)精度(dù)比(bǐ) 渦(wō)輪流(liú)量計 科氏力質(zhì)量流量計(jì)低,但(dàn)與傳(chuán)統(tǒng)的(de) 差壓(yā)流量計(jì) 、 浮子流量計 相比,測量(liàng)精度較高(gāo)2]。考慮到這(zhè)兩股産品(pǐn)既要計量總流量,又(yòu)要應用在(zài)流量控制(zhì)系統中，流量計精度(dù)的确定要(yào)在整(zhěng)個系統(tǒng)控制精(jīng)度要(yào)求下進行(háng)，因(yīn)爲整個系統(tǒng)不僅(jǐn)有流(liú)量檢測的誤(wù)差,還包(bāo)含有信号傳輸、控制(zhì)調(diào)節等環節的誤(wù)差和各(gè)種影響因素,對(duì)測量(liàng)儀表确定(dìng)過高的精度是不合理和不經濟的,因此綜合(hé)精度(dù)、經濟(jì)性一(yī)同考慮(lǜ)是(shì)選型的要(yào)素之一。
　　正(zhèng)常情(qíng)況下壓損(sǔn)約(yuē)爲 孔闆流量(liàng)計 的(de)1/4~1/2，但内縮徑(jìng)渦街流(liú)量(liàng)計不(bú)适用(yòng)于此(cǐ)處。近(jìn)似的長期.壓損(sǔn)( ppl)計算公式(shì)爲

　　以(yǐ)液氮産(chǎn)品(pǐn)爲例(lì)，經過(guò)計算(suàn)，dn25mm的渦(wō)街流量(liàng)計(jì)适用(yòng)于此處,圖(tú)2爲液氮dn25mm渦(wō)街(jiē)流(liú)量計(jì)性能對照圖。從(cóng)圖2可以看(kàn)出，在保證精度(dù)的情(qíng)況下,壓損是相當小(xiǎo)的。

　　輸出(chū)與流量成正比(bǐ)的脈沖信号,适(shì)用于(yú)總量計量(liàng),無零(líng)點漂移[4。在一定雷(léi)諾數範(fàn)圍内,輸(shū)出(chū)頻率信号不受(shòu)流體物性(密度、粘度(dù))和組(zǔ)分的影(yǐng).響(xiǎng),即儀(yí)表系數僅(jǐn)與漩渦發生體(tǐ)和管道的形狀(zhuàng)尺寸(cùn)有關,隻需(xū)在一(yī)種典型介(jiè)質中(zhōng)校驗而适(shì)用于(yú)各種介質(zhì)。在各種(zhǒng)流(liú)量計中渦(wō)街流量計(jì)是一(yī)種較有可(kě)能成爲(wèi)僅需幹(gàn)式校驗(yàn)的流量(liàng)計。
　　對流量變化(huà)在一定的(de)雷諾(nuò)數範圍内(nèi)，漩渦(wō)分離的(de)頻(pín)率僅(jǐn)與流(liú)體(tǐ)工作狀(zhuàng)态下的體(tǐ)積流量成正比(bǐ);而對(duì)被測流(liú)體壓(yā)力(lì)、溫度(dù)、粘度(dù)和組(zǔ)分變化不(bú)敏感。因此，在幾何相(xiàng)似和動力(lì)相似(sì)條件下，渦(wō)街(jiē)流(liú)量計(jì)可用一種(zhǒng)典型(xíng)介質(如水(shuǐ)或空氣)标定，就可确定它(tā)的儀(yí)表系數(shù)，并可(kě)在(zài)其他介質中使用。渦街(jiē)流量計的這(zhè)一特點，對(duì)生産廠和用戶提供(gòng)了很大的(de)便利。對用于高壓氣(qì)體(tǐ)的渦街流量計(jì)，使用常(cháng)壓條件下(xià)标定(dìng)的儀表系(xì)數(shù)，用戶完全可以放(fàng)心，生産廠(chǎng)不必爲沒有高壓标(biāo)定設備而(ér)憂慮;用于(yú)氣體的(de)渦(wō)街流(liú)量(liàng)計(jì)，也可在水流量标準(zhǔn)裝置中校驗，提(tí)高标定精度。渦(wō)街流(liú)量計(jì)這一(yī)特點(diǎn)，爲它實現(xiàn)幹标定(dìng)、發(fā)生體标準(zhǔn)化提供了有利條件。
　　通常(cháng)渦街(jiē)流(liú)量計的儀表系(xì)數(shù)k是通過液體(tǐ)或氣體(tǐ)流量校準(zhǔn)裝置(zhì)在常(cháng)溫、常(cháng)壓條(tiáo)件下标(biāo)定後确(què)定的(de)。如果儀表(biǎo)用于高溫流體(tǐ)(例如蒸汽)或低(dī)雷諾數區(qū)域的(de)流量測量(liàng)時,還(hái)照用實驗(yàn)室标定的(de)儀表系數的話,則會(huì)産生(shēng)一定的測量偏(piān)差。因(yīn)此,當(dāng)儀表(biǎo)的工作(zuò)條(tiáo)件偏(piān)離标定(dìng)條件較(jiào)遠時(shí),需對該系(xì)數進行修正。
　　儀(yí)表标定時,根據(jù)校準(zhǔn)裝(zhuāng)置(zhì)給出(chū)的标準(zhǔn)流量、流(liú)體密度ρ、粘度μ和被(bèi)測(cè)渦街流量(liàng)計輸(shū)出的頻率,計算出儀表系數k和對應的雷(léi)諾數(shù)。先進(jìn)行雷(léi)諾(nuò)數re>2 x 104的各流量(liàng)測試點(diǎn)的标定(dìng),再進行(háng)re≤2x104各(gè)點流量的(de)标(biāo)定。然後(hòu)算出re>2x104各流(liú)量測試(shì)點的平(píng)均儀(yí)表系數k,以k作爲(wèi)标準儀表(biǎo)系數(shù),再分别計算re<2x104各流量(liàng)測試點的(de)儀表系數(shù)ki與k的(de)比值(zhí)e作爲雷諾(nuò)數修正系(xì)數,這(zhè)樣就得到與表(biǎo)2相似的各雷諾(nuò)數所(suǒ)對應的修(xiū)正系數，然後(hòu)把(bǎ)這些數據寫人儀表中。

1.2.2.2缺(quē)點
　　渦(wō)街流量計小信(xìn)号切除量(liàng)較大,使下限流量(liàng)不能太低，因(yīn)此不(bú)能滿足(zú)較小流(liú)量測(cè)量的要求。渦街流量計的(de)下限流量受(shòu)雷(léi)諾數和檢測元(yuán)件靈(líng)敏(mǐn)度的制(zhì)約。
　　雷(léi)諾數的影(yǐng)響(xiǎng)。渦(wō)街流量計(jì)不适(shì)用于低雷(léi)諾數測量(re≥2 x104),故在高粘(zhān)度(dù)、低流速(sù)、小口徑情(qíng)況下應用受到限制(zhì)。大多數渦街流(liú)量計的下(xià)限雷(léi)諾數(shù)爲(wèi)(1 ~2) x104 ,隻有當(dāng)儀表工作在下(xià)限(xiàn)雷諾數以.上區域(yù)時,斯特勞(láo)哈爾(ěr)數sr或儀表系數k才(cái)進人平(píng)直區(qū),儀表也才(cái)能進人線性工(gōng)作區域，否則(zé)當(dāng)雷諾(nuò)數re低(dī)于渦(wō)街流量計線性(xìng)工作(zuò)區的臨界(jiè)雷諾數時,儀表(biǎo)系數(shù)k将出現嚴重的非線性,産(chǎn)生非線性誤差(chà)。在粘度高(gāo)、口徑小的工作條件(jiàn)下工作的(de)渦街(jiē)流量(liàng)計，下限流(liú)量不能太低。以(yǐ)液氮(dàn)産品爲例(lì),經過計算,dn25mm的渦街流量計所測(cè)流量爲全(quán)量程流量的(de)15%及以下(xià)時,流速下降迅速(sù),已(yǐ)經不能保(bǎo)證精度了， 即使(shǐ)滿足了可測量(liàng)程上限(xiàn)的要求(qiú)也滿足(zú)不了可(kě)測較小流(liú)量的(de)需要(yào)(表3)。

　　另外,從(cóng)圖3還可以(yǐ)清楚(chǔ)地看到,流(liú)量達(dá)到量(liàng)程上限以(yǐ)後精度和壓損(sǔn)明顯(xiǎn)呈比例(lì)上(shàng)升。這也就不難(nán)解釋爲什(shí)麽渦(wō)街流量計(jì)往往(wǎng)未用(yòng)到全量程(chéng)就很(hěn)難用好了(le)

　　檢測元(yuán)件靈(líng)敏(mǐn)度的限(xiàn)制。漩(xuán)渦(wō)強(qiáng)度越(yuè)強對信号檢測(cè)越有利。而漩渦強度(dù)與(yǔ)流速平(píng)方(fāng)是成正(zhèng)比的(de)，所以在(zài)量程下(xià)限的低速(sù)區，漩(xuán)渦信号很(hěn)微弱，能否(fǒu)有效(xiào)地檢(jiǎn)測出漩渦(wō)信号(hào),取決于檢測元(yuán)件的靈(líng)敏度[2]
　　受(shòu)以上(shàng)兩方(fāng)面因(yīn)素的制約，渦街(jiē)流量計的(de)下限(xiàn)流速不能(néng)太低(dī)，這點(diǎn)可以參考(kǎo)表3。一(yī)般(bān)情況下(xià),測量液(yè)體流量(liàng)時,下(xià)限流速爲(wèi)0.3 ~0. 5m/s;測量氣體時下限流速爲3.0 ~5.0m/s。不能采用内(nèi)縮徑渦(wō)街流(liú)量計測量(liàng)較小(xiǎo)流量(liàng)，否則無法(fǎ)保證流體(tǐ)的穩(wěn)定狀(zhuàng)态，畢(bì)竟渦街(jiē)靠的是(shì)穩流(liú)才(cái)能準确(què)測(cè)量(liàng),内(nèi)縮(suō)徑多(duō)少會(huì)造成(chéng)壓損(sǔn)增加,影(yǐng)響渦街的測量,尤其測(cè)到70%以(yǐ)上(shàng)很難保(bǎo)證精度,特(tè)點是精度(dù)随流量增大而産(chǎn)生(shēng)偏差(chà)。
　　正常情況下渦(wō)街流量(liàng)計壓損(sǔn)僅(jǐn)比(bǐ)差壓流量(liàng)計小(約爲(wèi)孔闆(pǎn)流量計1/4~1/2),但是由(yóu)于這兩(liǎng)股(gǔ)産品(pǐn)的正常壓力都(dōu)在0.5mpa以下，因此測量值(zhí)達不(bú)到精(jīng)度偏離點就壓(yā)損太高(gāo)無法使(shǐ)用了。以液(yè)氮産(chǎn)品爲例(lì),經過計(jì)算,dn15mm的内(nèi)縮徑渦街流量計不适(shì)用于(yú)此(cǐ)處，流量(liàng)爲全(quán)量程50%及以上時,壓損(sǔn)上升(shēng)迅速,如(rú)圖4所示。但是優點(diǎn)是可(kě)以滿足(zú)較小流(liú)量測量的(de)需要,這時幾乎沒有(yǒu)壓損(sǔn)(表4)。.


2結(jié)束(shù)語
　　對空(kōng)分裝置的液氧(yǎng)、液氮産品(pǐn)流量(liàng)測量(liàng)結合實際(jì)使用情況(kuàng)進行了研(yán)究與(yǔ)分析(xī),對其(qí)測量原理(lǐ)技術難點(diǎn)以及優缺(quē)點等(děng)進行了全面的(de)統計(jì)、綜述(shù)和評價。當(dāng)然對于(yú)量程比(bǐ)适中(zhōng)、隻(zhī)保證(zhèng)流量上限其(qí)中一端即(jí)可的液氧(yǎng)、液氮産品流量(liàng)測(cè)量,使用(yòng)這類(lèi)低溫型分(fèn)體式渦街流量計還(hái)是相當(dāng)可(kě)靠的。

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