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涡街流量计在化工行业流量测量中的应用
浏览: 发布日期:2018-08-17
  摘要:结合化工行业流量仪表应用的实践,介绍了涡街流量计的测量原理,涡街流量计的选择和安装。提出了在化工行业的流量测量中使用涡街流量计的注意事项。

  从流量仪表发展状况看,孔板流量应用范围广;但用标准孔板流量计来测量流体流量,仍存在一些不足之处。多年来,人们在努力寻找可靠、精确的流量计用于流量计量,发现涡街流量计结构简单,安装维护方便(与孔板相比无需导压管和三组阀,减少泄漏、堵塞和冻结等现象),压力损失较小(约为孔板流量计的1/4~1/2),量程范围宽,量程比可达20∶1(孔板为3∶1),测量精度比孔板流量计高。除此之外,涡街流量计还具有使用寿命长、性能稳定、适用流体种类多(可测量液体、气体和蒸汽)、在规定的雷诺数范围内仪表系数不受流体的温度、压力、黏度及成分变化的影响等特点,已越来越受到人们的青睐。

  1工作原理

  涡街流量计是基于流体振荡原理的一种新型流量测量仪表。测量原理如图1所示,当在流体中插入一流动方向垂直的非线性型柱体(旋涡发生体),在其下游侧会交替地产生二列内旋的漩涡列,称之为“卡门涡列”。



  在一定的雷诺数范围内,漩涡的释放频率f与流过漩涡发生体的流体平均速度v及漩涡发生体特征宽度d有关,可用下式表示:

  f=Stv/d    (1)

  式中,

  f——漩涡的释放频率;

  v——流过漩涡发生体的流体平均速度;d——漩涡发生体特征宽度;

  St——斯特罗哈数strouhal(无量纲常数)。

  St的值与漩涡发生体宽度d和雷诺数Re有关。当雷诺数Re<2×104时,St为变数;Re在2×104~7×106的范围内,St值基本上保持不变,这段范围为流量计的基本测量范围。

  式(1)表明,当d和St为定值时,漩涡产生的频率f与流体的平均流速v成正比,而与流体的温度、压力、密度、成分、黏度等参数无关。因此,可以从漩涡产生的频率f求出流体的平均流速v,达到测量管道内流体的流量Q的目的。



  K为流量计的仪表系数(脉冲数/升),通常由实际流量试验求出。

  由于漩涡发生体两侧交替产生漩涡,该漩涡力作用于检测体上,使之产生交变应力,该应力作用在电元件上,产生了与漩涡频率相同的交变电荷信号,通过转换器处理后,输出与漩涡频率相同的脉冲信号或与流量成正比的4~20mADC信号到二次仪表,进行累积、显示。

  2选    择

  涡街流量的选型一般分为型号的选择和口径的选择两步。

  2.1    型号的选择

  根据使用环境和被测流体选择不同结构的流量计。当流量计周围环境温度低于60℃时,流量计可

  选择组合型,当流量计周围环境温度高于60℃时,需选择分离型。

  当使用环境为易燃易爆场合时根据防爆等级选择隔爆型或本安型。一般环境选择一般型。

  根据采集信号要求选择不同的输出形式,当需要流量累积时可选择脉冲输出型或模拟(4~20mADC)输出型,当需要控制时可选择模拟(4~20mADC)输出型。

  2.2口径的选择

  涡街流量传感器的口径应根据流速、流量来合理选择,并非一定要与工艺管道同口径。由于涡街流量计流量范围宽,因此口径选择主要是对下限流量。一般液体流速下限为0.5m/s,气体在4~5m/s范围内选用,正常流量最好在测量范围的1/2~2/1之间。一般情况下流量计生产厂家提供的选型样本只给出了常用流体水、压缩空气、饱和蒸汽的流量测量范围,其他流体则需通过计算选择流量计的口径,忽略这一点往往会造成流量计使用不正常。

  根据多次选型的结果,笔者认为,适当减小流量计口径,使流速和雷诺数增大,使仪表常数完全进入线性,可以提高仪表的精度,也有利于信号放大器的调整。

  3    安    装

  涡街流量计在管道上可水平、倾斜或垂直安装。安装位置要注意,垂直安装时,液体介质必须从下往上流动需在管道上安装温度、压力传感器或流量调节阀时,应将温度、压力传感器和调节阀安装在流量计下游。

  涡街流量计前后必须有足够长的直管段,具体要求见表1。所配管道内径也必须和涡街流量变送器内径一致,与管道连接的密封垫内径要比传感器内径略大,不能将密封垫凸入管道内。



  流量计供电电源为+24VDC,连接线要用屏蔽的信号电缆,布线时要远离强功率电源线,尽量用单独金属保护套管,接地要可靠。

  注意事项

  为让该种仪表能够更好地服务于化工行业流量计量工作,根据我厂近几年应用的实践,以下几方面应引起有关计量管理及使用部门的足够重视。

  4.1仪表选型

  化工行业流体种类较多(蒸汽、煤气、水、氢气等),输送流体的管线粗细差别很大(DN15-

  DN300),流体的物理性质(如温度、压力、密度、黏

  度)和化学性质(腐蚀性)差异也很大,同时流量的波动范围较大。因此涡街流量计的选型是第一关,也是最重要的一关。为此,在选型过程中应把握住两条基本原则:一要保证生产安全,二要保证使用精度。化工行业首先考虑涡街流量计的防爆性能要满足现场要求,其次必须抓实三个选型参数,即近期和远期的最大、最小及常用瞬时流量(主要用于选定仪表的大小规格)、被测介质的设计压力(主要用于选定仪表的公称压力等级)、工作压力(主要用于选定仪表压力传感器的压力等级)。

  4.2检定(校准)

  目前对涡街流量计的现场检定还存在一定的困难。对用于大流量的贸易计量或重要的工艺过程控制等比较重要场合的流量计,现场不具备流量在线标校条件的,仅凭生产厂家的出厂合格证明不能判定该表性能是否合格。因此,为确保仪表在今后的工作过程中测量结果的准确、可靠,安装前有必要将其送往有检定(校准)资质的机构进行检定(校准)。

  4.3工艺安装

  正确选择安装点和正确安装传感器都是非常重要的环节,若在安装中失误,轻者影响测量准确度,重者影响仪表使用寿命,导致损坏仪表。要尽可能避免振动及高温高热环境、远离干扰元件(如压缩机、分离器、调压阀、大小头及汇管、弯头等),保持仪表前后直管段同心及内壁光滑平直,保证被测介质为洁净的单相流体等。

  4.4参数设置

  流量计的仪表系数是在实验室条件下校验的,现场使用时,应对仪表系数进行修正。对配套二次仪表(智能流量积算仪)的参数设定、组态工作以及流量测量网络中各种参数设置、软件设计应符合工

  艺和流量计要求。

  4.5后期管理

  为保证仪表长期工作的准确性、可靠性(避免意外停运和数据丢失),在涡街流量计投运之后需加强对仪表本身及整个流量系统各环节日常管理和周期维护。如定期抄录计量数据(每天或每周)、日常巡检,按周期进行系统调校(1~2年),检查仪表系数等。

  4.6内部维护

  由于流体脏污或其它原因,需对仪表的测量腔体及其构件进行定期检查或清洗。对于同规格的涡街流量计,其漩涡发生体、导流体等核心组件不能互换,否则,须重新标定仪表计量系数并对其配带的温度及压力传感器进行系统校正。

  存在问题

  由于涡街流量计本质上是流体振动型流量计,它对外界振动、流体的流动状态特别敏感。不仅能感受到传感器受到的涡街力,还可以感受到传感器受到的其它力,如管道振动、管道流体的冲击力以及由于流体压力的变化,产生的随机脉动压力等,现场的干扰对流量测量会产生很大的影响。特别是在小流量测量时,由于小流量产生的横向升力较小,检测信号微弱,极易受流体冲击振动噪声和管道振动噪声影响。也即,该种仪表抗干扰的能力还有待于进一步提高。

  另外,由于涡街流量计投放市场的时间较短,仪表的可靠性和稳定性还有待于各种复杂工况的检验;测量精度对流态及介质脏污的敏感程度有待于研究;现场检定方法有待于进一步探索。

  结语

  涡街流量计在我厂投入使用几年来,计量准确可靠,运行稳定,维护简易,在蒸汽、煤气计量中使用效果较好。随着现场总线技术、智能仪表技术及数字信号处理技术的发展,涡街流量计在耐高温、抗震动、微功耗等方面技术也日臻成熟,在化工行业流量测量中发挥的作用越来越大,应用前景非常广阔。

金湖多特自动化仪表有限公司

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