摘(zhāi)要:針對目(mù)前應(yīng)力式渦街(jiē)流量(liàng)計(jì) 在國内(nèi)石化行業使用(yòng)中存在的(de)一些問題(tí)，介紹了該流量計的測量(liàng)原理和組(zǔ)成結(jié)構，指出渦街發(fā)生體的(de)幾何結構、尺(chǐ)寸直接影(yǐng)響儀表(biǎo)k系數标定結果。從實際(jì)使用(yòng)的角(jiǎo)度分(fèn)析了介質(zhì)的流(liú)動狀況及(jí)潔淨程度(dù)、溫度等因(yīn)素變化對(duì)儀(yí)表k系數的影(yǐng)響，并(bìng)提出(chū)相(xiàng)應對策。讨論了安裝環(huán)境、工藝條件以(yǐ)及管線配置(zhì)等(děng)方面應注(zhù)意的問題(tí)，介紹(shào)了 渦(wō)街流量計 投入(rù)使用前(qián)在(zài)現場(chǎng)的測試(shì)與調試(shì)方法。
　　渦街(jiē)流量(liàng)計是20世紀(jì)70年代(dài)發展(zhǎn)起(qǐ)來(lái)的一(yī)種新型流量測(cè)量儀(yí)表，首先在(zài)城市供水(shuǐ)系統(tǒng)中得到應用和(hé)發展，後逐步進(jìn)入煉(liàn)油化(huà)工系(xì)統。渦街流(liú)量計結構簡單牢固(gù)，安裝維護方便(biàn)。與孔闆(pǎn)流量計(jì)相比(bǐ)，量程(chéng)範圍(wéi)大可(kě)達10:1至20:1),壓(yā)力(lì)損失(shī)小的爲孔(kǒng)闆流(liú)量計的1/4-1/2)，精(jīng)度較高一(yī)般爲測量值的(de)±1%至±2%),适(shì)用于液體、氣體和蒸汽等多種(zhǒng)介質(zhì)的測(cè)量。在(zài)一定(dìng)的雷諾數(shù)範圍内，輸出信(xìn)号不受流體物(wù)性溫度、壓(yā)力、組(zǔ)分、粘(zhān)度(dù))的影響(xiǎng),已被(bèi)各行各業(yè)所廣(guǎng)泛地采用(yòng)。
　　某煉(liàn)油廠近年(nián)來先(xiān)後在(zài)70多個(gè)水、蒸汽、可燃氣體等(děng)計(jì)量回路(lù)中,使用了(le)不同型号(hào)的國産(chǎn)和(hé)進口(kǒu)應力(lì)式渦(wō)街流量計(jì)。渦街(jiē)流量計具有其(qí)他流(liú)量(liàng)計所不(bú)具備的許多優點，從開發到大(dà)量生産(chǎn)投放市(shì)場僅(jǐn)20餘年(nián)，目前(qián)仍處于(yú)發展階段，從理論和實(shí)踐上來看(kàn),基礎(chǔ)都較差，在日常(cháng)使用中還(hái)存在(zài)較多的問題。通(tōng)過分析應力(lì)式渦街流量(liàng)計的(de)測量原(yuán)理與結(jié)構，進一步讨論(lùn)在使用(yòng)中(zhōng)存在的問題與(yǔ)成因(yīn)以及(jí)相應(yīng)的對(duì)策。
1.測量原理與(yǔ)結構
　　渦街流量(liàng)計(jì)是(shì)利用(yòng)卡門(mén)渦街原(yuán)理進行測量的。實驗證(zhèng)明卡門渦街的(de)釋放(fàng)頻率(lǜ)與流體的流動速度(dù)和柱狀體的特(tè)征寬度有關。卡門渦(wō)街釋放頻(pín)率與(yǔ)流(liú)速成正比，因此通(tōng)過測(cè)量卡門渦(wō)街頻率可(kě)以求得瞬時流量值(zhí)。
　　對于儀表(biǎo)内(nèi)部形式(shì)固定的渦街流(liú)量計(jì)，儀表管道(dào)内徑、旋(xuán)渦(wō)發生(shēng)體特(tè)征尺寸及(jí)斯特勞哈爾數(shù)已(yǐ)定(dìng)，儀表系數(shù)是确定的。因此(cǐ),隻要(yào)正确測得(dé)渦街(jiē)頻率(lǜ)，就可以正确(què)地測量(liàng)管(guǎn)道中介質的(de)體積(jī)流量(liàng)。
　　應(yīng)力(lì)式渦街流(liú)量計(jì)通常由旋渦發(fā)生體、檢(jiǎn)測元件(jiàn)、儀(yí)表(biǎo)表體和轉(zhuǎn)換器(qì)四個部分(fèn)組成(chéng)。金陵石化(huà)南京(jīng)煉(liàn)油(yóu)廠使用的應力式渦(wō)街(jiē)流(liú)量計均采(cǎi)用三(sān)角柱旋渦(wō)發生體該(gāi)形狀的旋(xuán)渦(wō)發生體(tǐ)是目前應用最爲廣泛的一種(zhǒng)),旋渦頻(pín)率是利(lì)用封(fēng)裝在旋渦(wō)發生體内部的(de)壓電(diàn)晶(jīng)體作爲(wèi)檢測元件，借以(yǐ)感受旋渦分離(lí)時交替(tì)作用于(yú)旋渦(wō)發(fā)生體上不斷(duàn)變化的橫向升力，升力的(de)變化頻率就是旋渦(wō)頻(pín)率(lǜ)。
根據(jù)壓電效應原理，壓電晶體上産(chǎn)生的電(diàn)荷強度(dù)與橫向升力(lì)成(chéng)正比，即(jí)在旋渦(wō)發生(shēng)體的(de)形狀(zhuàng)、尺寸以及(jí)支承(chéng)方式(shì)一定的情(qíng)況下，壓電(diàn)電荷強度(dù)與被(bèi)測介(jiè)質的密度和流(liú)速的(de)平(píng)方成正比。
　　應力(lì)式(shì)渦街(jiē)流量計分爲滿(mǎn)管式和插入式(shì)兩種(zhǒng):滿(mǎn)管式有(yǒu)法蘭型、夾持型(xíng)兩種(zhǒng)安裝類型(xíng);插入式可帶球(qiú)閥或不帶球閥(fá)安裝。
　　不同廠家的轉(zhuǎn)換器電路(lù)也(yě)不同(tóng)，但其基(jī)本功能及思(sī)路(lù)是一(yī)緻的(de)。交變(biàn)電荷信(xìn)号被檢出後，首(shǒu)先(xiān)經高(gāo)阻抗電(diàn)荷放大(dà)器進行(háng)放大,再(zài)經噪(zào)聲濾(lǜ)波,并由斯密(mì)特觸發器檢波及整形(xíng)，其頻率信号即(jí)可直接作爲.信(xìn)号輸出;也可根據用戶(hù)要求進行f/v和v/f的轉換，産生與(yǔ)頻率(lǜ)成正(zhèng)比的4-20ma模拟(nǐ)信(xìn)号輸出。
2問題及對(duì)策
(1)僅表系數k的标定及其影響(xiǎng)因素與對(duì)策儀(yí)表系數k雖然(rán)受(shòu)流體(tǐ)流速(sù)和粘度等(děng)的影響，但産生影響效果(guǒ)的卻(què)是這(zhè)些參(cān)數的組合(hé)一雷諾數re,它決(jué)定了儀表系(xì)數(shù)k的線性範(fàn)圍(wéi)。
　　當re≥2x104時，在(zài)理(lǐ)論上儀(yí)表系(xì)數k是(shì)一個僅由儀表幾(jǐ)何結構、尺寸所決定的常數,不受流體(tǐ)溫(wēn)度、壓力、密度(dù)、粘度(dù)、成(chéng)分等性(xìng)質變化的影響(xiǎng)，對于(yú)各(gè)種液體(tǐ)、氣體、蒸汽都有相同的數值。所(suǒ)以，理論上(shàng)儀表(biǎo)的标定系數在基本(běn)誤(wù)差(chà)範圍(wéi)内保持(chí)一緻，具(jù)有通用(yòng)性。
　　由于(yú)目前國内許多生産(chǎn)廠家生産(chǎn)方式(shì)不規範，無(wú)标定(dìng)條件(jiàn)，使得生産的(de)渦街流(liú)量計(jì)的(de)k值(zhí)無(wú)法(fǎ)得到(dào)保證且與(yǔ)實際(jì)值相差較(jiào)大。實(shí)際使用中，影響(xiǎng)儀表系數(shù)的因素及解決(jué)方法叙(xù)述如下:
①流速和粘(zhān)度的變化
　　工業管道(dào)中絕(jué)大多數流(liú)體re>2x104，滿足渦街流(liú)量計的正(zhèng)常測量範圍(wéi)。如因某種原(yuán)因使流體(tǐ)的流速(sù)降(jiàng)低和(hé)成)運動粘度升(shēng)高，都将(jiāng)導緻re下降。當(dāng)re<2x104時(shí)，k值會發(fā)生較(jiào)大的變化(huà)，出(chū)現了(le)非線性(xìng)誤差(chà)。這在(zài)儀表(biǎo)選型、安裝上可(kě)以通過縮管來(lái)提高流速(sù)以增(zēng)大re值。當管徑縮(suō)小爲原來的1/n,re可提高n倍(bèi)。其次,因(yīn)液體運(yùn)動粘度(dù)是溫度的(de)函數，當溫度(dù)升高時(shí)粘度下降，同樣可使re增大(dà)，從而(ér)确保正常流量(liàng)落在儀(yí)表量程下限之上。
②堆積(jī)
　　如果被測(cè)介質中存在粘性顆粒物質或夾雜(zá)較多(duō)纖(xiān)維狀物(wù)質，則可能會逐(zhú)漸堆積在三(sān)角(jiǎo)柱發生體(tǐ)迎流面上(shàng),使其幾何形狀尺寸發生(shēng)變(biàn)化,使儀表系(xì)數k也(yě)随之變化(huà),産生附加測量(liàng)誤差。爲了(le)減小(xiǎo)這個(gè)誤差，在條(tiáo)件(jiàn)允(yǔn)許的(de)情況(kuàng)下,可定(dìng)期(qī)清除(chú)堆積物或對被(bèi)測介質進行預(yù)處理。
③磨損
　　如果(guǒ)三角(jiǎo)柱(zhù)發生體(tǐ)兩棱(léng)邊因某種(zhǒng)被測(cè)介質作用(yòng)而受到(dào)磨損，雖然儀(yí)表系(xì)數k對(duì)邊緣(yuán)尖銳(ruì)度的(de)變化不(bú)像孔(kǒng)闆(pǎn)流量計那(nà)樣敏感，但(dàn)也會引起(qǐ)附加誤(wù)差(chà)。這就(jiù)要求(qiú)定(dìng)期(qī)校驗(yàn)或更換一次表。
④溫度變化(huà)
　　儀表系數k通常在常溫20℃左(zuǒ)右)下标定(dìng),如果被測介質(zhì)的溫度(dù)較高或(huò)較低,與常(cháng)溫相差較大，造成流(liú)通面積變(biàn)化而引起(qǐ)附加誤差(chà)，因此對儀(yí)表系數k必(bì)須進(jìn)行補(bǔ)償修正(zhèng)。根據固(gù)體熱(rè)膨脹定律(lǜ)可得到修正系(xì)數k,的(de)表達式:
kt,=1-ax10-5(t-20)
　　式(shì)中:t-被測流(liú)體的溫度(dù);a-儀表發生體材質對應的系數(不鏽鋼、鑄(zhù)鐵a=4.88,哈氏合金鋼(gāng)c2a=3.40,钛a=2.62)。
修(xiū)正(zhèng)後(hòu)的儀(yí)表系(xì)數爲(wèi)
k'=ktk=k[1-ax10-5(t-20)]
計算(suàn)表明(míng)，當t>100℃或t<100℃時,有(yǒu)必要.進(jìn)行此項(xiàng)修正。
(2)安裝中存(cún)在的問題及其對策
　　應力式渦(wō)街流量計是依(yī)據流體(tǐ)力學振(zhèn)動現象中振(zhèn)動(dòng)頻率與流速的對應關系工作。它對管道流速(sù)分布畸變、流動(dòng)脈動(dòng)及旋(xuán)轉流(liú)十分敏感，同時(shí)由于其(qí)感.測元(yuán)件爲壓電晶體(tǐ)，各種(zhǒng)機械振動(dòng)對輸出信号幹(gàn)擾較(jiào)大,僅(jǐn)表抗(kàng)振性差(chà)。因此現(xiàn)場安裝條件要(yào)求較高。
　　爲(wèi)了達(dá)到測量精度，渦(wō)街流(liú)量計(jì)必須(xū)保證(zhèng)一定的前(qián)後直(zhí)管(guǎn)段,并盡(jìn)量(liàng)避(bì)免在靠近(jìn)調節(jiē)閥、半開閥和.截(jié)止閥後安(ān)裝流量計;測壓點和測溫點應(yīng)分(fèn)别在下遊側(cè)距流量計中心(xīn)線3.5d~5.5d和6d-8d;。
　　渦街(jiē)流量(liàng)計的(de)表(biǎo)體(tǐ)安裝(zhuāng)不良，如接(jiē)管偏(piān)大、偏小、偏移有(yǒu)台階)或(huò)墊片(piàn)突(tū)入管(guǎn)道都會引(yǐn)起測量(liàng)誤(wù)差。配管内(nèi)徑一般應等(děng)于或略大于(yú)流量計的(de)内徑(jìng)。如配管(guǎn)的(de)實際内徑(jìng)略小于流(liú)量計的内徑5%以内),雖(suī)不(bú)會影響(xiǎng)僅表的固有(yǒu)k系(xì)數，但(dàn)因流通面(miàn)積突變(biàn)引起表(biǎo)觀流速(sù)變化而(ér)産生附加(jiā)測量(liàng)誤差，這可以通(tōng)過修(xiū)正k系(xì)數來(lái)補償。修正後的(de)儀表系數(shù)爲
k"=k（d2/d1）2
式(shì)中:dt-儀表(biǎo)實際内(nèi)徑;d2-配管(guǎn)實(shí)際内(nèi)徑。
　　當(dāng)測(cè)量容易(yì)汽化的(de)液(yè)體或工作(zuò)條(tiáo)件接近臨(lín)界狀态(tài)的液(yè)體時(shí),爲防(fáng)止氣(qì)穴現象出(chū)現，設(shè)計安裝時必須(xū)确認管道内的(de)最低壓力p'，這樣(yàng)才能保(bǎo)證渦街(jiē)流量計(jì)正常工(gōng)作。p由下式計算(suàn):
p≥2.7△p+1.3po
△p≈1.1x10-6ρv2
　　式中:p-管道内流(liú)體(tǐ)絕對(duì)壓力，mpa;△p-流(liú)體在(zài).發生(shēng)體前後的壓差(chà)，mpa;po-在工(gōng)作溫度(dù)下流體(tǐ)的飽(bǎo)和蒸(zhēng)汽壓(yā)，mpa;ρ--工作(zuò)條件下流(liú)體的密度(dù)，kg/m³，v-流動(dòng)流體的流速,m/s.
儀表使用中(zhōng)還要(yào)注意以下(xià)問題(tí):
①安裝(zhuāng)渦街流量(liàng)計的(de)位(wèi)置(zhì)要遠離動(dòng)力設(shè)備和(hé)變化頻繁的閥(fá)門，如管線(xiàn)振動(dòng)較大(dà)，應在流量(liàng)計前、後2d處加裝(zhuāng)固定(dìng)支(zhī)架以鹹(xián)振;
②如管(guǎn)道流體(tǐ)的流速不穩，可考(kǎo)慮在管線上(shàng)增加(jiā)穩壓裝置或整流器來消除流速分布的不均(jun1)勻現(xiàn)象;
③由(yóu)于壓(yā)電(diàn)晶(jīng)體的(de)靈敏度随(suí)溫度(dù)升高而大幅度(dù)下降，應(yīng)避免在(zài)測量高溫介質(zhì)（≤250℃),特(tè)别(bié)是(shì)高(gāo)低溫(wēn)頻繁變(biàn)化(huà)的介(jiè)質中使用(yòng);
④流量(liàng)計的安裝位置(zhì)應避(bì)開較(jiào)強的熱源、電場及磁(cí)場,盡量選擇(zé)較好的工作環境(jìng)。
(3)現場調(diào)試中存(cún)在的(de)問題及對(duì)策
　　由(yóu)于應力式(shì)渦街流量計使(shǐ)用時受現(xiàn)場安裝條(tiáo)件、環(huán)境條(tiáo)件、所(suǒ)測介質的(de)實際(jì)流(liú)動(dòng)狀況(kuàng)和流量(liàng)計的自身因素等(děng)各方面影響(xiǎng)很(hěn)大,必須進行現場調(diào)試,把各種(zhǒng)因素的影(yǐng)響降到最(zuì)低。方法(fǎ)如(rú)下:
①應力式渦街(jiē)流量(liàng)計發生體中封(fēng)裝的(de)壓(yā)電晶體(tǐ)有單(dān)片和雙片裝兩(liǎng)種，它們通過專(zhuān)用(yòng)引線接(jiē)入到轉換器輸(shū)入端(duān)。斷開(kāi)接點(diǎn)，用萬(wàn)用(yòng)表檢測(cè)每兩根(gēn)引(yǐn)線之(zhī)間、每根(gēn)引(yǐn)線與(yǔ)表殼(ké)之(zhī)間的電阻值(zhí)應≥20mq.若有電(diàn)阻值則說明探頭性能下降;若(ruò)爲電阻(zǔ)值爲幾(jǐ)十千(qiān)歐以下，則說明探(tàn)頭可能損壞(huài)或專用引(yǐn)線受潮、被腐蝕。
②上述檢(jiǎn)測均正(zhèng)常,再(zài)用(yòng)物(wù)體輕敲探(tàn)頭(tóu)或表體(tǐ)，用示波器(qì)可觀察到不規則正(zhèng)弦波(bō)，或用(yòng)萬用(yòng)表交流電(diàn)壓擋(dǎng)可(kě)測量到幅值(zhí)100~200mv的交(jiāo)變信号，則(zé)說明(míng)探頭完好(hǎo)。
③nb調整時使用示(shì)波器一邊觀察(chá)電荷放大器輸(shū)出端的信号波(bō)形，一邊進(jìn)行調整。在流(liú)量爲零(líng)時最(zuì)易(yì)調整,在(zài)小流(liú)量時皎體(tǐ)流速<0.5m/s,氣體或蒸(zhēng)汽流速(sù)<8m/s)調整也(yě)可行。如用萬用表調整，在流量(liàng)爲零(líng)時使脈沖(chòng)輸出爲零或電(diàn)流輸出爲(wèi)4ma。
④tla調整(zhěng)起抑制(zhì)振動等幹擾(rǎo)的(de)作用。在(zài)nb調整效果(guǒ)不明(míng)顯時(shí)，需進(jìn)行tla調(diào)整。tla調(diào)整原(yuán)則上使用示波器一(yī)邊觀(guān)察有源濾波電(diàn)路的輸出(chū)端及脈沖放(fàng)大(dà)電路的輸(shū)出端(duān)的信号波形，一邊進(jìn)行調整;在(zài)流量爲零時調(diào)整至脈沖輸出爲零;在小流量時液體(tǐ)流速<0.5m/s,氣(qì)體或(huò)蒸汽(qì)流速(sù)<8m/s)調整至脈(mò)沖輸(shū)出爲規則的方(fāng)波。
　　現(xiàn)場調整非(fēi)常重要，同時也(yě)應該注意檢查(chá)儀(yí)表的(de)接地是(shì)否完(wán)好，電源的(de)電壓是否(fǒu)在規(guī)定的範圍(wéi)内，負載電(diàn)阻大小，電(diàn)纜線(xiàn)連接和絕(jué)緣性是否(fǒu)符合(hé)要求(qiú)等。

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