[摘要]渦街流量(liàng)計(jì)
是(shì)一(yī)種(zhǒng)重要(yào)的速(sù)度型(xíng)流(liú)量(liàng)計,由于測(cè)量不(bú)受介質(zhì)物性參(cān)數的(de)影響,輸出信(xìn)号與流(liú)量成(chéng)正比,目前工業管道流體主流的流量(liàng)測(cè)量裝置是渦街流量(liàng)計,其具(jù)有測量(liàng)精度高、結構簡單、安裝維(wéi)護方(fāng)便等優(yōu)勢。本文(wén)從闡(chǎn)述(shù)渦(wō)街流(liú)量計的測量原(yuán)理着手,分析渦(wō)街流量計的優缺點,提出(chū)合理(lǐ)的适用範(fàn)圍和(hé)安裝基(jī)本要求(qiú),以及在(zài)dmf回(huí)收裝(zhuāng)置的應用,提供(gòng)一定的實(shí)踐參(cān)考價(jià)值。
1引(yǐn)言
随着化工(gōng)行業智(zhì)能化水平和要(yào)求的不斷提高(gāo),流量監(jiān)測(cè)的重(zhòng)要性更加明顯(xiǎn),爲了有效的控(kòng)制和(hé)監測(cè)生産(chǎn)過程(chéng),需要檢測(cè)生産(chǎn)過(guò)程中各(gè)種流體(tǐ)的流量(liàng),便(biàn)于管理和控(kòng)制工藝(yì)參數(shù)。同(tóng)時各(gè)車間(jiān)對物(wù)料的(de)轉運需要正确的計量,以作爲(wèi)經濟(jì)核算(suàn)的依據,各種類(lèi)型流(liú)量(liàng)計層出(chū)不窮,亟需測量(liàng)精度(dù)高,适(shì)用範(fàn)圍廣:,儀表(biǎo)參數長期穩(wěn)定,維(wéi)修方便的流量計,因此需(xū)要選擇合适的(de)流量計,在(zài)實際生産中(zhōng)是至關重要。
渦街流(liú)量計在化(huà)工行業應(yīng)用相(xiàng)當廣(guǎng)泛,由(yóu)于設(shè)備(bèi)内沒(méi)有可動(dòng)機械零件,降低(dī)了維護成(chéng)本和(hé)人力(lì)成(chéng)本,提高(gāo)了整(zhěng)體可(kě)靠性(xìng)。無論國内外皆(jiē)已開發出多品(pǐn)種,實際應用中(zhōng)渦街(jiē)流量(liàng)計也(yě)存在一-些問題(tí),大部分都是安(ān)裝和(hé)選型問題(tí),亟需探索(suǒ)解決(jué)。
dmf(nn二甲(jiǎ)基(jī)甲酰胺(àn))是一(yī)種(zhǒng)無(wú)色透(tòu)明(míng)有機溶劑,化(huà)學式爲c3hno,主要應(yīng)用于化工(gōng)行業(yè),車間回(huí)收量較大且(qiě)難度高,一般(bān)采用連續精(jīng)餾方式回收(shōu),需要在回收(shōu)處理.上選(xuǎn)擇合适的流量(liàng)計進(jìn)行正确計(jì)量和(hé)控制(zhì)以。結合我們公(gōng)司在(zài)回收(shōu)dmf項目的應(yīng)用(yòng)案例,發(fā)現流(liú)量(liàng)計選型(xíng)的一些問(wèn)題,提(tí)出采用渦(wō)街流(liú)量計來計量的(de)整改方(fāng)案,并得(dé)到了很好的應(yīng)用。
本(běn)文(wén)針對渦(wō)街流(liú)量計(jì)的特(tè)點,從(cóng)工作(zuò)原理(lǐ)、儀表(biǎo)結構和一(yī)些實(shí)際安(ān)裝問題探讨,同(tóng)時結合在dmf回收裝置(zhì)中的(de)應用等方(fāng)面,論述(shù)該流量計的(de)技術特點(diǎn)和應用範(fàn)圍。
2工(gōng)作原理
渦(wō)街流(liú)量計(jì)是基于卡(kǎ)曼渦(wō)街原(yuán)理進(jìn)行測(cè)量,在(zài)均勻流體中,垂直設(shè)置阻(zǔ)流體(tǐ),在(zài)一定流速範圍内(nèi),從阻流(liú)體兩側(cè)交替(tì)地釋放方(fāng)向相(xiàng)反的旋渦(wō),這種不(bú)對(duì)稱漩(xuán)渦稱(chēng)爲卡曼渦(wō)街向,如圖1所示(shì)。
通過(guò)檢測元件(jiàn)檢出漩渦頻率(lǜ)後,可(kě)以(yǐ)推導出(chū)流體的(de)流(liú)量,設被測介質的平(píng)均速(sù)度爲(wèi)v,漩渦(wō)的發生頻率爲(wèi)f,阻流(liú)體迎(yíng)面寬(kuān)度爲d,根據卡曼(màn)渦街原理,發生(shēng)頻率(lǜ)和(hé)流(liú)體速(sù)度成正比(bǐ)，如下(xià)式:
f=srv/d??????(1)
式中:
v一(yī)阻流(liú)體兩側平(píng)均流速,m/s;
sr一斯特勞哈爾數(shù);
d一阻(zǔ)流體的(de)寬度,m。
斯特勞(láo)哈爾數sr爲無量(liàng)綱參數,它與阻(zǔ)流體的形(xíng)狀及雷諾數有關,實驗數(shù)據得(dé)知,在(zài)re=2x104-~7x106範圍内,sr基.本保(bǎo)持不變,可(kě)視爲常數。由.上(shàng)式(1)可(kě)見,漩(xuán)渦頻率f不(bú)受(shòu)流體(tǐ)物性和(hé)組分變化的影(yǐng)響。
設管道(dào)内體(tǐ)積流量爲qr .
qv=πd2v/4=πd2?df/4sr?????(2)
k=f/qv=[πd2?d/4sr]-1?????(3)
式中(zhōng):
k一流量計的儀(yí)表,系數,m³。
k除與阻(zǔ)流體、管(guǎn)道的幾何尺寸有(yǒu)關外(wài),還與斯(sī)特勞哈(hā)爾數sr有關(guān)。由.上(shàng)式(3)可見,流量qv和(hé)漩渦頻率(lǜ)f成正比關系(xì),輸(shū)出信号與流(liú)量(liàng)成正(zhèng)比,不受流體的溫(wēn)度(dù)、壓力(lì)、粘度(dù)和密度.的影(yǐng)響,通過傳感器檢(jiǎn)測前後壓降和(hé)頻率f,将信(xìn)号送入放大器(qì),再由(yóu)通過整形得(dé)到(dào)電信号輸(shū)出,就可以測(cè)出(chū)qv。
3儀表(biǎo)結構(gòu)
渦街(jiē)流量(liàng)計在化工行(háng)業(yè)應用(yòng)比較廣(guǎng)泛(fàn),主流的渦(wō)街流(liú)量計(jì)由殼(ké)體、傳(chuán)感器(qì)和轉換(huàn)器三部(bù)分組成,如(rú)圖2所(suǒ)示。.
傳感器包括(kuò)漩渦(wō)發(fā)生體(阻流體)、檢測(cè)元件(jiàn)和儀(yí)表(biǎo)表體等(děng),轉換(huàn)器包(bāo)括前(qián)置放大器(qì)、濾波(bō)整形電路、d/a轉換電路、輸出(chū)接口(kǒu)電路、端子(zǐ)、支架(jià)和防護罩等。
根(gēn)據卡曼渦(wō)街工(gōng)作原(yuán)理,通過漩(xuán)渦發(fā)生體(tǐ)産生(shēng)漩渦(wō),傳感器測(cè)量漩渦(wō)頻率,主(zhǔ)要采(cǎi)用(yòng)壓力傳(chuán)感器進行測量(liàng),通過檢測信号(hào),再通過放(fàng)大器(qì),信号顯示(shì)并遠(yuǎn)程傳輸(shū)至(zhì)dcs系統,就可以(yǐ)計算出(chū)流(liú)體的流(liú)速及(jí)流量,整個測量(liàng)過程可(kě)靠(kào)程度(dù)高。
4優點(diǎn)和局限(xiàn)性
4.1優點
(1)渦(wō)街流(liú)量計(jì)結構簡單(dān)牢固,一體(tǐ)化安(ān)裝無可動機械(xiè)零件,安(ān)裝方便(biàn),水平或垂直安裝(zhuāng)均可(kě),維(wéi)修費(fèi)用低(dī);
(2)信号(hào)輸(shū)出與實際體積流(liú)量成(chéng)正比,測量(liàng)幾乎(hū)不受流體參數(shù)(溫(wēn)度、壓力(lì)、密度和粘度等(děng))變化(huà)影響;
(3)精度較高(±0.5 %~±1 %),測量範圍寬(10: 1),?壓力損(sǔn)失小;
(4)儀表系數和管(guǎn)道形狀尺寸有(yǒu)關,傳感器不接(jiē)觸介質(zhì),校驗後(hòu)可以适(shì)用各種流體(tǐ)。
4.2局限性
(1)不(bú)适用于(yú)低(dī)雷諾(nuò)數測(cè)量(red=2x104),故在高(gāo)粘度、低密度、低(dī)流速(sù)、小口徑情(qíng)況下應用(yòng)受到限制。
(2)對 管道機械振動較(jiào)敏感,抗振(zhèn)能(néng)力差,不(bú)宜用(yòng)于強振動(dòng)場所,需要增加(jiā)防振措施。
(3)當介質爲粘(zhān)附流體(tǐ)時,檢測(cè)元件易(yì)受流(liú)體中的污(wū)物及顆粒的影(yǐng)響。
(4)熱(rè)敏測(cè)量元(yuán)件适(shì)用溫度低于200℃,标準(zhǔn)型壓力等級(jí)低(dī)于(yú)6.4 mpa.
5流體适用(yòng)範圍
渦街(jiē)流量(liàng)計對于大多數流體都是(shì)适用(yòng)的,針對一些特(tè)殊(shū)的流體(tǐ),需要考慮(lǜ)流體(tǐ)的特性對流量(liàng)計的幹擾(rǎo)及影響,下(xià)面根據不(bú)同流體的适用(yòng)範圍(wéi)進行描述(shù):
5.1低雷(léi)諾流體(tǐ)
渦街流(liú)量計(jì)不适(shì)用于測量(liàng)低雷諾數(re≤2x104的流體。流(liú)體(tǐ)處(chù)于低雷諾(nuò)數時,斯特勞哈(hā)爾數(shù)sr随着(zhe)雷諾(nuò)數而(ér)變,儀(yí)表線性度(dù)變差,流體粘度(dù)高會顯著(zhe)影響甚至阻礙(ài)旋渦(wō)的(de)産生,選(xuǎn)型的一個适用(yòng)條件是在使用(yòng)于臨界限雷諾(nuò)數之上。
5.2含固體(tǐ)微粒流(liú)體
雖然(rán)适用(yòng)的(de)流體比(bǐ)較廣泛,但對于(yú)含(hán)固(gù)體微粒的(de)流體(tǐ)要注意(yì)。固體微粒(lì)對(duì)漩渦(wō)發生體沖(chòng)刷會産生(shēng)無關的噪聲,從而磨(mó)損漩渦發生體(tǐ),可在(zài)上遊(yóu)安裝過濾(lǜ)器或對(duì)儀表定(dìng)期校(xiào)驗。
5.3氣(qì)液兩(liǎng)相流體
對于含(hán)分散、均勻的微(wēi)小氣泡(pào),但(dàn)容積(jī)含氣率(lǜ)應小于(yú)7 %的氣(qì)、液兩相流(liú),若(ruò)超出2 %就(jiù)應對儀表系數進行(háng)修正。對于(yú)含分(fèn)散、均勻(yún)的(de)固體(tǐ)微粒,固體(tǐ)含量(liàng)小于2 %的氣固、液(yè)固兩相流(liú);對于互不溶解的液(yè)液(如油(yóu)和(hé)水)兩(liǎng)組分(fèn)流等,流速(sù)需要(yào)保證>0.5 m/s。
5.4 易結垢流(liú)體(tǐ)
對于易結垢的流體,污(wū)垢會附着漩渦(wō)發生體表(biǎo)面,影響其形狀和尺(chǐ)寸,從而使(shǐ)儀表(biǎo)系數發生(shēng)變化,需要定(dìng)期清洗(xǐ)污垢(gòu):采用取壓(yā)孔或插入(rù)式檢(jiǎn)測元(yuán)件(jiàn)感應漩(xuán)渦,.-旦(dàn)介質(zhì)雜質嵌入縫隙,對信(xìn)号造成幹擾和不穩定,影響其(qí)測量精(jīng)度。
5.5氣體(tǐ)或者(zhě)蒸汽(qì)
在測量氣體(tǐ)或(huò)者蒸(zhēng)汽時,一(yī)定要考(kǎo)慮溫度和壓力(lì)補償(cháng)問題(tí),将工(gōng)況下的流量轉換成質量(liàng)流量(liàng)或标況體(tǐ)積流(liú)量,--般補償由dcs控(kòng)制系統通過專用補償功(gōng)能模(mó)塊實現。
6安(ān)裝要求
6.1 安(ān)裝方式
渦(wō)街流量(liàng)計分爲(wèi)法蘭式、夾持式(shì)和插入(rù)式(shì),優先選擇(zé)法蘭(lán)式,其(qí)餘兩(liǎng)者類(lèi)型精度受(shòu)安(ān)裝影響(xiǎng)較大口(kǒu),正确(què)的(de)選擇安裝方式(shì)非常重(zhòng)要,即使(shǐ)設計(jì)和選(xuǎn)型都(dōu)很(hěn)完美,若(ruò)安裝(zhuāng)不合理,同樣會影響測量精度,甚至(zhì)影響傳感器的使用壽命,因此(cǐ)合理的選(xuǎn)型和選擇合适儀表運行的最佳環境(jìng)是至關(guān)重要的。
渦街流(liú)量計在管道上(shàng)可以水平、垂(chuí)直(zhí)或傾斜安(ān)裝,但測量混(hùn)相(xiàng)流體(tǐ)時,測(cè)量精度得(dé)不到(dào)保障,需保(bǎo)證測量流體充滿管(guǎn)道(dào),避免産(chǎn)生混相流,根據混相(xiàng)流(liú)體(tǐ)的特點,選擇(zé)合(hé)适的(de)安裝(zhuāng)方(fāng)式,具體(tǐ)的安裝方式如圖3所示。
渦街流(liú)量計必須在穩(wěn)定的流(liú)束場内(nèi),有一.定(dìng)的直管(guǎn)段要求(qiú),直(zhí)管的(de)長度會(huì)影響精度,必須保證上(shàng)、下(xià)遊直(zhí)管段有(yǒu)一定的長度,通(tōng)常是.上遊(yóu)直管(guǎn)段>10d,下遊直管段(duàn)> 5d,還要結(jié)合現場安裝情況進行(háng)調整,如果(guǒ)_上遊(yóu)有彎頭或者閥門,直管(guǎn)段相應的需要加長,具(jù)體的(de)安裝(zhuāng)要求(qiú)如圖(tú)4所示。
管道(dào)振動是工(gōng)業生産中(zhōng)的普遍現象,如泵産生的(de)流(liú)體(tǐ)壓力(lì)脈沖(chòng),大幅度的開關(guān)閥門引起的負荷突(tū)變(biàn)等,由于所形(xíng)成(chéng)的(de)振動幹擾對(duì)檢(jiǎn)測是(shì)不利(lì)的,嚴重時(shí)會影(yǐng)響儀(yí)表使(shǐ)用壽命(mìng),因此采用有(yǒu)效(xiào)的減振措施非常重要(yào)回。
渦街流量計對振動很(hěn)敏感(gǎn),振幅通(tōng)常(cháng)是<3%,目(mù)前一(yī)些渦街流(liú)量計采用質量(liàng)平衡傳感系(xì)統(tǒng)和自适(shì)應數字(zì)信号(hào)處理技術(shù)(adsp),提供極佳的抗(kàng)振性能,但是不(bú)能從(cóng)根(gēn)本解決(jué)消除(chú)振動(dòng)0。爲了避免管(guǎn)道振動(dòng),在儀表傳(chuán)感器(qì)上下遊2d管道處(chù)設置管(guǎn)道支撐(chēng)緊固或(huò)固(gù)定架(jià),并設置防振支(zhī)座和(hé)防振(zhèn)墊。
在(zài)項目(mù)施工安裝(zhuāng)過程中,渦(wō)街流(liú)量計應該在管(guǎn)道清洗及(jí)吹掃後再(zài)安裝,對于連續生(shēng)産的管線建議安(ān)裝旁路,開車時(shí)物料走旁(páng)路(lù)運行一(yī)段時間(jiān),待介質幹淨後再開表(biǎo),防止管(guǎn)道(dào)内(nèi)焊(hàn)渣等異物(wù)對傳(chuán)感器造成(chéng)損壞(huài)。對于(yú)需(xū)要調節(jiē)的管道,調(diào)節閥(fá)一般安裝(zhuāng)在流(liú)量計後(hòu)方(fāng),避免出現射流的情(qíng)況;對于高(gāo)溫管(guǎn)道,傳感器要垂(chuí)直向下(xià)安裝。隻要合理的掌握(wò)了渦街(jiē)流(liú)量計(jì)的安裝方式,對(duì)測量的(de)準确性(xìng)會得(dé)到很大的(de)提高。
6.2故障(zhàng)及維(wéi)護
渦(wō)街流量計(jì)是-種(zhǒng)免(miǎn)維(wéi)護儀表(biǎo),可長(zhǎng)期穩定(dìng)可靠運(yùn)行(háng),實際應用(yòng)中很(hěn)多問(wèn)題來自(zì)安裝方式不合(hé)理,針對産生不同現象(xiàng)分析(xī)原(yuán)因,在(zài)項(xiàng)目建設和生産過程(chéng)中,還會遇到更多的(de)問題,需要慢慢(màn)發掘(jué)後分析原(yuán)因并找到(dào)解(jiě)決方案(àn),現列(liè)舉目(mù)前渦(wō)街流量計在安(ān)裝(zhuāng)及運行過程(chéng)中常見的一些問題(tí)及其(qí)處理(lǐ)方法,如(rú)表(biǎo)1所示(shì)。
7應用案例
dmf是一種常見的溶劑(jì),在化工應(yīng)用比較多,而且回收(shōu)量也比較(jiào)大,一般采(cǎi)用精餾連續(xù)回收方(fāng)式,要求控制(zhì)進(jìn)出料和回流量(liàng),這樣(yàng)對流(liú)量(liàng)計(jì)選型(xíng)有一-定要求,在dmf回收項目(mù)中,dmf采(cǎi)用精餾方式回(huí)收,其中對(duì)設計(jì)量需要正确的(de)計量和控(kòng)制,由(yóu)于項目前(qián)期沒有選擇(zé)合适的(de)流量(liàng)計,導緻精(jīng)餾塔運(yùn)行過程中不穩定,後來停車排查分析(xī)原因,找到(dào)問題(tí)是部分(fèn)流量計(jì)的選型不合理(lǐ)。
dmf回收工藝過程(chéng)爲: dmf原(yuán)料(liào)進入脫(tuō)水塔,塔(tǎ)頂脫除(chú).水分(fèn),塔釜(fǔ)采出(chū)水分合(hé)格(gé)的dmf至(zhì)dmf精制(zhì)塔,dmf精(jīng)制塔(tǎ)塔頂(dǐng)采出合格(gé)的dmf,塔釜排出少(shǎo)量廢(fèi)液(yè)去(qù)處理(lǐ),工藝流程見圖5。
dmf回收(shōu)項目運行(háng)一(yī)段時間後,部(bù)分流量計顯示(shì)不正常,波動性比較(jiào)大(dà),針(zhēn)對存(cún)在的問(wèn)題(tí)對流量計進行改造(zào)更換,最終将(jiāng)部(bù)分流(liú)量計(jì)換成(chéng)渦街流(liú)量(liàng)計,dcs可以正(zhèng)常顯示,流(liú)量(liàng)測量曲線更穩定,波動性更(gèng)小,生産可以正常穩定(dìng)運行,渦(wō)街流(liú)量計在該dmf回收項目中發(fā)揮其重要作用(yòng),項目如期正常(cháng)運轉,主要的改(gǎi)進點(diǎn)分析如下(xià)。
脫水塔釜(fǔ)采出(chū)流量(liàng)計(f103)之前采(cǎi)用轉(zhuǎn)子流(liú)量計(jì),由于轉子流量(liàng)計測(cè)量的波動性比(bǐ)較大,而且(qiě)浮子經常容易(yì)卡死(sǐ),測(cè)量誤差偏大,使用(yòng)效果不佳(jiā),經過改造(zào)後(hòu)換(huàn)成渦街流量計(jì)後(hòu),流量顯(xiǎn)示更穩定可靠(kào)。
dmf精制(zhì)塔(tǎ)回流流量計(jì)(f104)輸送介質(zhì)的主(zhǔ)要成(chéng)分是(shì)dmf,之前采用(yòng)電磁流量計(jì)一直顯(xiǎn)示不正(zhèng)常(cháng),一直(zhí)沒找(zhǎo)到(dào)原因,後來取樣測(cè)電導(dǎo)率<5 us/cm,?沒(méi)有達到電磁流量(liàng)計(jì)電導率最(zuì)低要求指(zhǐ)标,後來換成渦(wō)街流(liú)量計後,流(liú)量可以正常顯(xiǎn)示。
dmf精(jīng)制(zhì)塔(tǎ)塔釜(fǔ)流量計(f105)之(zhī)前采(cǎi)用渦(wō)輪流量計(jì),由于内部采用(yòng)葉輪機械零(líng)件,随着使用(yòng)時間長,渦輪葉(yè)片經(jīng)常會卡死(sǐ),流量顯(xiǎn)示不正常,需(xū)要經(jīng)常拆下(xià)維(wéi)修清理,改(gǎi)造後(hòu)換成渦(wō)街流量計,設(shè)備運行穩(wěn)定(dìng),故障率(lǜ)比較(jiào)低。
整(zhěng)個(gè)dmf回收車(chē)間經(jīng)過(guò)改(gǎi)造後,采用渦街流量計替代(dài)了部分(fèn)流量計(jì),更新後(hòu)的dmf回收工藝流(liú)程的(de)pfd圖如圖6所(suǒ)示。
通過(guò)上述項目案例(lì)分(fèn)析,可(kě)以判斷不同類(lèi)型的流(liú)量計(jì)适(shì)用于不同(tóng)的場(chǎng)合,要(yào)根(gēn)據流體(tǐ)特性(xìng)來選(xuǎn)擇合(hé)适的流量計。在(zài)dmf回收工藝中(zhōng),渦街流(liú)量計(jì)發揮(huī)其卓(zhuó)越的(de)性能,完全(quán)契合(hé)該流(liú)體特(tè)性(xìng),正确的(de)控制(zhì)工藝參數(shù)。隻要(yào)對流量計的性(xìng)能(néng)和(hé)特點(diǎn)全面掌握(wò),在實(shí)際生産(chǎn)中才能(néng)應對自如(rú)并解(jiě)決問題。
8結束語(yǔ)
在衆多(duō)的(de)流量計中(zhōng),渦街流量計是-.種經(jīng)濟實用的流量計,可在很寬的流量(liàng)範圍(wéi)内測量流體。基(jī)本性能處(chù)于中等偏上水(shuǐ)平,購(gòu)置費低(dī)于(yú)電磁(cí)式、質(zhì)量式(shì)、容積式(shì)等(děng),而安裝、長期處于複(fú)雜的環境中,應(yīng)充分(fèn)分析導緻其腐蝕的原因(yīn)采取(qǔ)合理有效(xiào)的防腐(fǔ)措(cuò)施來減少(shǎo)腐蝕的程(chéng)度,進(jìn)而延(yán)長其使用(yòng)壽命(mìng),提高(gāo)電力(lì)系統運行(háng)的安全性,在提(tí)出表(biǎo)面防腐措(cuò)施的(de)同(tóng)時(shí)考慮(lǜ)節能技術(shù)以及(jí)材料的經(jīng)濟性(xìng)進行實(shí)施方案(àn),對于燃煤電廠(chǎng)電力系統(tǒng)本(běn)身(shēn)更具普遍價值(zhí)。
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