摘要(yào):渦街流量(liàng)計 是現代石油(yóu)化工(gōng)行(háng)業(yè)中測(cè)量(liàng)流量的重要(yào)工具之(zhī)一(yī);簡述(shù)了渦街流(liú)量計(jì)的測(cè)量原理和(hé)主要(yào)優點，提供了渦(wō)街流量計(jì)的選型、安(ān)裝、使(shǐ)用和維護的建(jiàn)議;通過(guò)規範設(shè)計、合理選型、正(zhèng)确的安裝和維(wéi)護，讓渦街流量(liàng)計在石油(yóu)化工(gōng)行業中(zhōng)發揮更大的作用。
　　渦街(jiē)流量(liàng)計(vortexstreetflowmeter，簡稱vsf)自(zì)20世紀70年(nián)代(dài)在工(gōng)業上應用以來(lái)，由于它(tā)具有一(yī)些突出的特點，受(shòu)到(dào)用(yòng)戶(hù)歡迎(yíng)，并得到迅速(sù)發(fā)展。但在實(shí)踐中經常會(huì)出現一些預(yù)料不(bú)到的(de)問題(tí)，這就(jiù)是用(yòng)戶對(duì)渦街(jiē)流量計存(cún)在一(yī)些疑慮的(de)的原(yuán)因，它亟需探(tàn)索解決。
1渦街流量計的(de)測量(liàng)原理
　　在流(liú)體中設置旋渦發生體(阻流體(tǐ))，從旋(xuán)渦發生體(tǐ)兩側(cè)交(jiāo)替地産(chǎn)生有規則(zé)的旋渦，這(zhè)種(zhǒng)旋(xuán)渦稱(chēng)爲卡(kǎ)曼(màn)渦街，如(rú)圖1所示。
 
　　旋渦列(liè)在旋渦發生體(tǐ)下遊(yóu)非(fēi)對稱地(dì)排列。設旋(xuán)渦的(de)發生(shēng)頻率爲f，被(bèi)測介質來(lái)流的(de)平均速(sù)度爲u，旋(xuán)渦發生(shēng)體(tǐ)迎面(miàn)寬度爲d，表(biǎo)體通徑爲d，根(gēn)據卡曼渦街(jiē)原理，有如(rú)下關系式:
 
式中(zhōng):
u1———旋渦發生體兩(liǎng)側平(píng)均流(liú)速，m/s
sr———斯特勞(láo)哈爾(ěr)數;
m———旋渦發生體兩側(cè)弓(gōng)形(xíng)面積與管(guǎn)道橫截面面積(jī)之比(bǐ)
 
管道内體(tǐ)積流量qv爲:
qv=πd2u/4=πd2mdf/4sr(2)
k=f/qv=［πd2md/4sr］-1(3)
式中(zhōng):k———流量計的儀表(biǎo)系數，脈沖(chòng)數/m3(p/m3)
　　k除(chú)與旋渦發生體(tǐ)、管道的幾何尺(chǐ)寸有(yǒu)關外，還與(yǔ)斯特(tè)勞哈爾數(shù)有關(guān)。斯(sī)特勞哈(hā)爾數爲(wèi)無(wú)量(liàng)綱參數(shù)，它與(yǔ)旋渦(wō)發生體(tǐ)形狀及(jí)雷諾數有關。
 
　　圖(tú)2所示爲圓柱狀旋渦發(fā)生體(tǐ)的(de)斯特勞哈(hā)爾數(shù)與管道雷諾數(shù)的關(guān)系圖。由圖2可見(jiàn)，在red=2×104～7×106範(fàn)圍内(nèi)，sr可視爲常數(shù)，這是儀表正常工(gōng)作範圍。當(dāng)測量(liàng)氣體流量時，渦(wō)街流(liú)量計的流(liú)量計算式(shì)爲:
 
式(shì)中:qvn，qv———标(biāo)準(zhǔn)狀(zhuàng)态下(xià)(0℃或20℃，101.325kpa)和(hé)工(gōng)況下的(de)體積流(liú)量，m3/h
pn，p———标準(zhǔn)狀(zhuàng)态下(xià)和工況(kuàng)下的絕對(duì)壓力，pa
tn，t———标準(zhǔn)狀态下和(hé)工況下(xià)的(de)熱力學溫(wēn)度，k
zn，z———标準狀态(tài)下(xià)和(hé)工況下(xià)氣體壓縮系數
　　由式(4)可(kě)見(jiàn)，渦街(jiē)流量(liàng)計輸出的脈沖頻率信号(hào)不受流體物性(xìng)和組分變(biàn)化的影響(xiǎng)，即儀(yí)表系(xì)數在一(yī)定雷諾(nuò)數範(fàn)圍内僅與(yǔ)旋渦(wō)發生(shēng)體及(jí)管道的形狀尺(chǐ)寸等有關(guān)。但是(shì)作爲流量計在(zài)物料平衡及能(néng)源計(jì)量中(zhōng)需檢(jiǎn)測質量流(liú)量，這(zhè)時流量計(jì)的輸(shū)出信号(hào)應同時監測(cè)體積流量(liàng)和流體密(mì)度，流體物性和組(zǔ)分(fèn)對流量計(jì)量還是有(yǒu)直接影響(xiǎng)的。
2渦(wō)街流量計的主(zhǔ)要優點
(1)渦(wō)街流量計結構簡單，安(ān)裝維護(hù)方便(biàn)(與(yǔ)節流式(shì)差壓(yā)流量計相(xiàng)比較(jiào)，不(bú)需(xū)要導(dǎo)壓管(guǎn)和三(sān)閥組(zǔ)等，在(zài)設(shè)計(jì)過程(chéng)中無需考慮伴(bàn)熱、密閉排(pái)放以(yǐ)及引(yǐn)壓所需要(yào)考慮的一(yī)系列(liè)問題);
(2)輸出爲脈(mò)沖頻率(lǜ)，其頻率(lǜ)與被(bèi)測量流體(tǐ)的(de)實際體積流(liú)量成正比，它不(bú)受流體組分、密(mì)度、壓力、溫度的(de)影響;
(3)量(liàng)程比寬，可(kě)達(dá)10∶1或20∶1(适用于(yú)工藝介質流(liú)量(liàng)變化(huà)範(fàn)圍(wéi)較大);
(4)壓損小(約(yuē)爲孔(kǒng)闆流(liú)量計1/4～1/2)，無可動部件，可靠性高;
(5)精度爲中(zhōng)上水平，可(kě)适(shì)用液(yè)體、氣體(tǐ)和蒸汽(qì)。
3渦街流量計的(de)選型(xíng)
　　根據sh3005－1999《石油(yóu)化工自動(dòng)化儀表選型設(shè)計規範》中規定渦街(jiē)流量(liàng)計(jì)的選用(yòng)，應符合下(xià)列規(guī)定［2］:
(1)潔(jié)淨氣體(tǐ)、蒸(zhēng)汽和(hé)液(yè)體(tǐ)的流(liú)量測(cè)量(liàng)。
(2)低流速及粘(zhān)度(dù)大于20mpa·s液(yè)體的測量，不宜(yí)采用渦街流量計。
在(zài)工程設計(jì)中宜考(kǎo)慮下列(liè)情況:
(1)一般液體(tǐ)平均流速(sù)下限(xiàn)爲0.5m/s，氣(qì)體爲4～5m/s。渦街流量計的(de)正常(cháng)流量(liàng)最好在正常測量範圍的(de)1/2～2/3處。
(2)液體适(shì)合于(yú)雷諾(nuò)數(shù)20000以(yǐ)上，氣(qì)體和蒸汽适合(hé)于15000以上。
(3)口(kǒu)徑不(bú)宜過(guò)大(dà)，大口徑儀表系數較低(dī)，頻率分(fèn)辨率低(dī)，口徑愈(yù)大愈低(dī)。
(4)介質溫度(dù)不宜(yí)過高(gāo)，影響電子元件的使(shǐ)用壽(shòu)命。
(5)脈(mò)動流和旋轉流(liú)、兩相流的情況不(bú)适合使用渦(wō)街流量計(jì)。
(6)儀表(biǎo)縮徑不宜(yí)過大，縮(suō)徑将流(liú)速提(tí)高(gāo)，同時也增加(jiā)了(le)阻力和(hé)背壓(yā)，容易(yì)出現空穴現象(xiàng)。4
4.渦街(jiē)流量(liàng)計(jì)的安裝(zhuāng)
4.1渦街(jiē)流量計的(de)安裝要(yào)求
根據sh/t3104－2000《石油化工儀表(biǎo)安裝設計規範(fàn)》中規定(dìng)渦街(jiē)流(liú)量計的安裝要(yào)求如下:
(1)測量液(yè)體時(shí)渦(wō)街流量(liàng)計應(yīng)安裝于被(bèi)測介質完全充滿的管道上。
(2)渦(wō)街流量計(jì)在水(shuǐ)平敷(fū)設的管道(dào)上(shàng)安裝時，應充(chōng)分考慮介質溫(wēn)度對(duì)變送器的(de)影響(xiǎng)。
(3)渦(wō)街流量(liàng)計在垂(chuí)直(zhí)管道上安(ān)裝時(shí)，應符(fú)合以(yǐ)下規定:
①測(cè)量氣體時(shí)，流體可取(qǔ)任(rèn)意流向(xiàng)
②測量(liàng)液體(tǐ)時，液(yè)體(tǐ)應自下而向(xiàng)上流動(dòng)。
(4)渦(wō)街流(liú)量計下遊應具(jù)有不(bú)小于5d(流量(liàng)計直(zhí)徑)的直管(guǎn)段長(zhǎng)度(dù)，渦街流(liú)量計上遊直(zhí)管(guǎn)段長度應符合(hé)以下(xià)規定:
①當工(gōng)藝管(guǎn)道直徑大于儀表直徑(d)需(xū)縮徑時，不小于(yú)15d;
②當工藝管道直徑小于儀表直(zhí)徑(d)需(xū)擴(kuò)徑(jìng)時，不小(xiǎo)于18d;
③流量計前(qián)具有一個90°彎頭(tóu)或三通時，不小(xiǎo)于20d;
④流量計(jì)前具有在同一平面(miàn)内(nèi)的連續兩個(gè)90°彎頭時，不小于(yú)40d;
⑤流量計前具有(yǒu)不同(tóng)平面内的(de)連接兩個(gè)90°彎頭(tóu)時(shí)，不小于40d;
⑥流量(liàng)計裝于調(diào)節(jiē)閥(fá)下遊(yóu)時，不小于(yú)50d;
⑦流量計(jì)前裝有不小(xiǎo)于(yú)2d長度的(de)整流器(qì)，整(zhěng)流器(qì)前應(yīng)有2d，整流器(qì)後應有不(bú)小于(yú)8d的直管段(duàn)長度(dù)。
(5)被測(cè)液體中可能出現氣體時(shí)，應安(ān)裝除(chú)氣器。
(6)渦街(jiē)流量計應安裝于不會引(yǐn)起液體産生氣(qì)化的位(wèi)置。
(7)渦街流量計前後直管段内徑(jìng)與流(liú)量計(jì)内(nèi)徑的偏(piān)差應不大于3%。
(8)對有可(kě)能損壞檢(jiǎn)測元(yuán)件(旋渦發生體)的(de)場所，管(guǎn)道安裝(zhuāng)的渦街流量(liàng)計(jì)應加前(qián)後(hòu)截(jié)止閥和旁(páng)路閥，插入式渦(wō)街流量計(jì)應安(ān)裝切(qiē)斷球閥。
(9)渦(wō)街流量計不宜(yí)安裝在有震動(dòng)的場所。
4.2渦(wō)街流(liú)量計的安(ān)裝要(yào)求
　　根據(jù)gb50093－2002《自動化(huà)儀表(biǎo)工程施工(gōng)及(jí)驗收(shōu)規(guī)範》中(zhōng)規定渦街流量(liàng)計的安裝(zhuāng)要求如下(xià):
　　渦街流量(liàng)計信号線應使用屏蔽(bì)線(xiàn)，上下(xià)遊直(zhí)管段的(de)長度應符合(hé)設計(jì)文件要求，放大(dà)器與流量(liàng)計分(fèn)開安(ān)裝時(shí)，兩者(zhě)之間的距離不(bú)應超過20m。
在(zài)工程設計中宜考慮(lǜ)下列(liè)情(qíng)況(kuàng):
(1)垂直安裝(zhuāng)時，向上流(liú)動的流(liú)體(tǐ)能夠(gòu)确保(bǎo)儀表(biǎo)總是(shì)滿管(guǎn)，且介(jiè)質中(zhōng)的固态(tài)成分能(néng)夠均勻分(fèn)布。
(2)水(shuǐ)平安裝時，液體(tǐ)避免u型(xíng)安(ān)裝方式，氣體(tǐ)避免倒(dǎo)u型安裝(zhuāng)方式。不(bú)同廠家的(de)産品(pǐn)分體安(ān)裝有(yǒu)不(bú)同的參考溫度，還有的廠家帶(dài)散熱片。
(3)在設計(jì)過程(chéng)中應根據上遊情況具(jù)體要求每台(tái)渦街流量(liàng)計(jì)的直管(guǎn)段。
(4)渦街(jiē)流(liú)量計(jì)對安裝(zhuāng)點(diǎn)上下(xià)遊配管(guǎn)的(de)直徑(jìng)偏差和同(tóng)軸度(dù)等有相(xiàng)應要求(qiú)，配管内徑(jìng)d與儀(yí)表的(de)通徑(jìng)d相同(tóng)，滿足0.95d≤d≤1.1d。配(pèi)管(guǎn)與流量計同(tóng)心(xīn)，同軸度應(yīng)小(xiǎo)于0.05d。流量(liàng)計與法(fǎ)蘭之間(jiān)的密封(fēng)墊不能(néng)凸入管(guǎn)道内，其内徑可比流量(liàng)計内(nèi)徑略大。
(5)當需要将實測壓力和溫度(dù)信号(hào)用于(yú)補償(cháng)質(zhì)量(liàng)流量或(huò)标(biāo)準流(liú)量時(shí)，在(zài)渦街流(liú)量計下(xià)遊安裝(zhuāng)壓力(lì)(下遊4d)和溫(wēn)度變送器(qì)(下遊6d)。
(6)當管(guǎn)道振動時(shí)，應加裝(zhuāng)支撐物對管(guǎn)道進(jìn)行固定。(7)避(bì)免電(diàn)磁幹(gàn)擾，應考慮(lǜ)儀表(biǎo)等電位接(jiē)地。
5渦街流(liú)量(liàng)計的使(shǐ)用和(hé)維護(hù)
　　在使(shǐ)用(yòng)渦街流量計(jì)過程中可能出(chū)現以下(xià)問題:①指(zhǐ)示長(zhǎng)期(qī)不準;②始(shǐ)終無(wú)指(zhǐ)示(shì);③小流(liú)量時無(wú)指示;④大流量時指示還(hái)可以，小流(liú)量時指示(shì)不準;⑤儀表k系數(shù)無法确定(dìng)。
總結引起這些(xiē)問題的主要(yào)原(yuán)因，主要涉及到(dào)以下方(fāng)面:
(1)選型方面的問題。有(yǒu)些渦街傳感器(qì)在口徑選型上(shàng)或者在(zài)設計選型之後由(yóu)于工(gōng)藝條件變動，使(shǐ)得(dé)選(xuǎn)擇大了—個(gè)規格，實際(jì)選型(xíng)應選擇(zé)盡可能(néng)小的口徑，以提(tí)高測(cè)量精度，這方(fāng)面的(de)原因主(zhǔ)要同問(wèn)題①、②、③、④有關(guān)。例如，一條(tiáo)渦街(jiē)管線(xiàn)設(shè)計(jì)上供(gòng)幾個設備(bèi)使用，由(yóu)于(yú)工(gōng)藝部分(fèn)設備有時(shí)候不(bú)使用(yòng)，造成目前(qián)實際使(shǐ)用(yòng)流量(liàng)減小，實(shí)際(jì)使用(yòng)造成原設(shè)計選型口徑過大，相(xiàng)當于提高(gāo)了可(kě)測的流(liú)量下限，工藝管道小流量時指(zhǐ)示無法(fǎ)保證(zhèng)，流量(liàng)大時(shí)還可以(yǐ)使用。宜(yí)使用縮徑型渦(wō)街流(liú)量計。(2)安裝(zhuāng)方面的問(wèn)題。主(zhǔ)要是(shì)傳感器前面的直管段長度不夠(gòu)，影(yǐng)響測量精(jīng)度(dù)，這方面的原因(yīn)主要同(tóng)問題①有關(guān)。例如(rú):當傳(chuán)感(gǎn)器前面直管段(duàn)明顯不(bú)足，用(yòng)于控制時精度下降(jiàng)，用于(yú)計量時誤差較(jiào)大。應使用整流(liú)器。
(3)工藝參數的(de)問題(tí)。由于參數錯誤，導緻儀表(biǎo)指示有誤.這方面的(de)原因(yīn)主要同問(wèn)題①有(yǒu)關。應(yīng)與工藝系統專(zhuān)業協商，對(duì)選型(xíng)參數進行核實(shí)。由于(yú)理論(lùn)工況(kuàng)與實際工況不可能完全(quán)一緻，故小(xiǎo)範圍的誤(wù)差是有可(kě)能的(de)。
(4)線路連(lián)接的問(wèn)題。部分回(huí)路表(biǎo)面上看(kàn)線路連(lián)接很好(hǎo)，仔細檢查，有的接頭實(shí)際已(yǐ)松動(dòng)造成(chéng)回路中斷，有的接頭雖連接很(hěn)緊但(dàn)緊固螺釘(dìng)卻緊固(gù)在線皮(pí)上，也使(shǐ)得回路(lù)中斷，這(zhè)部分原(yuán)因主(zhǔ)要同問題②有關。宜選(xuǎn)擇業績好(hǎo)的産品
(5)使(shǐ)用環(huán)境的(de)問題(tí)。尤其(qí)是(shì)安裝在(zài)地井中的(de)傳感(gǎn)器部分，由(yóu)于環(huán)境濕度大(dà)，造成(chéng)線路闆(pǎn)受(shòu)潮，這(zhè)部分原因主要同問(wèn)題②有關。應(yīng)使用分(fèn)體式安(ān)裝方(fāng)式。
(6)k系(xì)數标定的問題(tí)。k系數(shù)隻能(néng)依(yī)據(jù)廠家提供(gòng)的(de)資(zī)料，由(yóu)于廠(chǎng)家本身的(de)一些(xiē)變動，造成(chéng)提供(gòng)的幾處資(zī)料上k系(xì)數(shù)不—緻(zhì)，影響(xiǎng)了問題解(jiě)決(jué)。建議(yì)供(gòng)貨商(shāng)提供最終的标定校核(hé)書(shū)，并根(gēn)據标(biāo)定校核書(shū)對相應的(de)儀表量(liàng)程(chéng)範圍(wéi)做最(zuì)後修訂(最好寫(xiě)到标書中(zhōng)，要求(qiú)标定校(xiào)核(hé)書随(suí)供貨(huò)清單(dān)一起(qǐ)發(fā)到施工現場(chǎng))。
6結語(yǔ)
　　通過多個(gè)工程項(xiàng)目的實(shí)踐證明，隻要對(duì)渦街流量計的(de)性(xìng)能(néng)、特點有了(le)全面深入(rù)的了解，有了應付各(gè)種情(qíng)況(kuàng)的(de)方法，渦街流量計一(yī)定會成(chéng)爲(wèi)流量(liàng)測量(liàng)中(zhōng)的得力(lì)助手(shǒu);選用(yòng)渦街(jiē)流量計或其它管道(dào)式流(liú)量計(jì)，具(jù)有相當的合(hé)理性，可以有效的減少設計的(de)工程量(liàng)和(hé)提高整體(tǐ)水(shuǐ)平。

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