渦街流量計在(zài)化工行業流量測(cè)量中的應用
從流量儀表發展(zhǎn)狀況看,孔闆流量(liàng)應用範圍廣:但用(yòng)标準孔闆🍉流量計(ji)來測量流體流量(liàng),仍存在一些不足(zú)之處。多年來,人們(men)在努力尋找可靠(kào)、的流量計用于流(liu)量計量,發現渦街(jie)流量📐計結構簡單(dan),安裝維護方便 f與孔闆相比無(wu)需導壓管和三組(zu)閥,減少洩漏、堵塞(sai)和凍結🌈等現象),壓(yā)力損失較小(約爲(wèi)孔闆流量計的 1/ 4- 1/2),量程範圍寬,量(liàng)程比可達 20BI(孔(kong)闆爲 3BI),測量精(jing)度比孔闆流量計(ji)高。除此之外,渦街(jie)流量計還具有使(shǐ)用壽命長、性能穩(wen)定、适用流體種類(lèi)多(可測量液體、氣(qì)體🍉和蒸汽)、在規定(ding)的雷諾數範圍内(nei)儀💃🏻表系數不受流(liú)體的溫度、壓力、黏(nián)度及成分變化的(de)影響等特❄️點,已越(yue)來越受到人們的(de)青睐。
1工作原(yuán)理
渦街流量(liàng)計是基于流體振(zhen)蕩原理的一種新(xin)型流量㊙️測量✏️儀表(biao)。測量原理如圖 1所示,當在流體(ti)中插入*動方向垂(chuí)直的非線性型柱(zhù)體(旋渦發生體),在(zài)其下遊側會交替(tì)地産生二列内旋(xuán)的漩渦列,稱之爲(wei) “卡門渦列 ”。
在一定的(de)雷諾數範圍内,漩(xuan)渦的釋放頻率 f與流過漩渦發(fā)生體的流體平均(jun1)速度 v及漩渦(wo)發生體特征寬度(dù) d有關,可用下(xia)式表示:
f= StV/ d (1)
式中,
f)))漩渦的(de)釋放頻率;
v》 )流過漩渦發生(shēng)體的流體平均速(su)度;
d》 )漩渦(wō)發生體特征寬度(dù);
St)))斯特羅哈數(shù) s trouhal(無量綱常數(shù) )。
S.的值與(yǔ)漩渦發生體寬度(dù) d和雷諾數 Re有關。
當雷(léi)諾數 Re<2@104時, S。爲變數; Re在 2@104 -7 @106的範圍内, S。值基本上保持不(bú)變,這段範圍爲流(liu)量計的基本測量(liàng)範圍🌂。
式 (1)表明,當 d和 St爲定值時,漩渦(wo)産生的頻率 f與流體的平均流(liu)速 v成正比而(ér)與流體的溫度、壓(yā)力、密度、成分、黏度(du)等參數⭐無關。因㊙️此(cǐ),可以從漩渦産生(sheng)的頻率 f求出(chu)流體的平均流速(sù) v,達到測量管(guan)道内流體的流量(liàng) Q的目的。
v=f Sd (2)
Q= vS=f Sd (3)
式( 31中 S爲(wei)管道的截面積。
Sds爲常數,令 =去 =}s,則 Q=f/K。式(shi)
中, K爲流(liú)量計的儀表系數(shu)(脈沖數/升),通常由(you)實際流量試㊙️驗求(qiú)出。
由于漩渦(wō)發生體兩側交替(ti)産生漩渦,該漩渦(wō)力作用于☀️檢測體(ti)上,使之産生交變(bian)應力,該應力作用(yong)在電元件上,産生(shēng)了與漩渦頻率相(xiàng)同的交變電荷信(xìn)号,通過轉換器處(chu)理後🔱,輸出與漩渦(wō)頻率柏同的脈沖(chòng)信号或🔆與流量成(cheng)🏒正比的 4- 20 mA DC信号(hao)到二次儀表,進行(hang)累積、顯示。
2.選(xuan)擇
渦街流量(liang)的選型一般分爲(wèi)型号的選擇和口(kǒu)徑的⛱️選擇兩步。
2.1 型号的選擇
根據使用環境(jing)和被測流體選擇(zé)不同結構的流量(liang)計。當✌️流量計周圍(wéi)環境溫度低于 60 e時,流量計可選(xuǎn)擇組合型,當流量(liang)計周圍環境溫度(dù)⭐高于 60 e時,需選(xuan)擇分離型。
當(dang)使用環境爲易燃(ran)易爆場合時根據(ju)防爆等級選擇隔(ge)爆型㊙️或本安型。一(yi)般環境選擇一般(ban)型。
根據采集(ji)信号要求選擇不(bu)同的輸出形式,當(dāng)需要流🏃♂️量累積時(shi)✍️可選擇脈沖輸出(chū)型或模拟 ( 4- 20 mA
DC)輸(shu)出型,當需要控制(zhi)時可選擇模拟 (4- 20 mADC)輸出型。
2.2 口(kou)徑的選擇
渦(wō)街流量傳感器的(de)口徑應根據流速(sù)、流量來合理選擇(ze),并非一🧑🏽🤝🧑🏻定要與工(gōng)藝管道同口徑。由(yóu)于渦街流量計流(liú)量範圍寬,因此口(kou)徑選擇主要是對(dui)下限流量。一般液(ye)體流速下限爲 0.5 m/s,氣體在 4-5 m/s範(fàn)圍内選用,正常流(liú)量在測量範圍的(de) 1/2-2/ 3之間。一(yi)般情況下流量計(jì)生産廠家提供的(de)選型樣本隻給出(chū)了常用流體水、壓(yā)縮空氣、飽和蒸汽(qì)的流量測量範圍(wéi),其他流體則需通(tōng)過計算選擇流量(liàng)計的口徑✌️,忽略這(zhè)一點往✊往會造成(cheng)流量計使用不正(zheng)常。
根據多次(ci)選型的結果,筆者(zhě)認爲,适當減小流(liu)量計口徑,使沆速(su)和雷諾數增大,使(shǐ)儀表常數*進入線(xiàn)性,可以提高儀表(biǎo)🆚的精📱度,也有利于(yú)信号放大器的調(diao)整。
3 . 安 裝(zhuāng)
渦街流量計(ji)應安裝在隔熱、通(tong)風、易維護的地方(fāng),盡量安裝在遠離(li)振動源和電磁幹(gan)擾較強的地方,振(zhèn)動存👣在的❓地方必(bi)須☁️采用減振裝置(zhì),減少管道受振✏️動(dong)的影響。
渦街(jiē)流量計在管道上(shang)可水平、傾斜或垂(chui)直安裝。安裝位置(zhì)要注意,垂直安裝(zhuang)時,液體介質必須(xū)從下往上流動:需(xu)在管♈道上安裝⭐溫(wēn)度、壓力傳感器或(huo)流量調節閥💚時,應(ying)将溫度、壓力傳感(gǎn)器和調節閥安裝(zhuang)在流量計下遊。
渦街流量計前(qian)後必須有足夠長(zhǎng)的直管段,具體要(yao)求見表 1。所配(pei)管道内徑也必須(xū)和渦街流量變送(sòng)器内徑一緻,與管(guǎn)道連接的密封墊(niàn)内徑要比傳感器(qì)内徑略大,不能将(jiāng)密封墊凸入管道(dao)内。
表 1 上(shàng)遊管道形式與直(zhi)管段長度要求
直管段長度要(yào)求 fzui少)
上(shàng)遊管道形式
上遊彳孬一
同心收縮全開閥(fa)門 15 D 5D
一個 9(b彎頭 20D SD
同心擴(kuò)管 25D SD
同一平面(mian)兩個 9(b彎頭 25D SD
不同平面兩個(gè) 9(b彎頭 40D 5D
調(diào)節閥半開閥門 50D SD
流量計供電電(diàn)源爲 + 24VDC,連接線(xian)要用屏蔽的信号(hào)電纜,布線時要遠(yuǎn)離強功率電💋源線(xiàn)☎️,盡量用單獨金屬(shu)保護套管,接地要(yào)可靠。
4注意事(shì)項
爲讓該種(zhong)儀表能夠更好地(dì)服務于化工行業(ye)流量計量工作,根(gen)據我廠近幾年應(yīng)用的實踐,以下幾(ji)方面應引起有關(guān)計量管理及使用(yòng)部門的足夠重視(shì)。
4.1 儀表選型
化工行業流體(tǐ)種類較多 f蒸(zheng)汽、煤氣、水、氫氣等(děng)),輸送流體的管線(xian)粗細差别很大 (DN15 -DN300),流體的物理性(xing)質(如溫度、壓力、密(mi)度、黏度)和化學性(xìng)質(腐🙇♀️蝕👄性)差異也(ye)很大,同時流量的(de)波動範圍較大。因(yin)此渦街流量計的(de)選型是*關,也是zui重(zhòng)要的一關。爲😍此,在(zai)選😍型過程中應把(ba)握住兩條基本原(yuán)則:一要保證生産(chǎn)安全,二要保證使(shǐ)用精度。化工行業(yè)首先考㊙️慮渦街流(liu)量🐅計的防爆性能(neng)要滿足現場要求(qiu),其次必須抓實三(san)✍️個選型參數,即近(jìn)期和遠期的zui大、zui小(xiao)及常用瞬時流量(liàng)(主要用于選定儀(yí)表的大小規格 1、被測介質的設(shè)計壓力(主要用于(yú)選定儀表的公稱(chēng)壓力等級 1、工(gōng)作壓力 f主要(yào)用于選定儀表壓(yā)力傳感器的壓力(lì)等級 1。
4.2 檢(jiǎn)定(校準)
目前(qian)對渦街流量計的(de)現場檢定還存在(zài)一定的困難。對😘用(yong)于🔞大💛流量的貿易(yì)計量或重要的工(gōng)藝過程控制等比(bǐ)🌏較重要場合的流(liu)量計,現場不具備(bei)流量在線标校條(tiao)件的,僅憑生産廠(chǎng)家的出廠合格證(zhèng)明不能判定⛹🏻♀️該表(biao)性能是否合格。因(yin)此,爲确保儀表在(zài)今後的工作過程(chéng)中測量㊙️結果的準(zhun)确、可靠,安裝前🐇有(you)必要将其送😄往有(you)檢定(校準)資質的(de)機構進行檢定(校(xiào)準 1。
4.3工藝(yì)安裝
正确選(xuan)擇安裝點和正确(què)安裝傳感器都是(shì)非常重要的環節(jie),若在安裝中失誤(wu),輕者影響測量準(zhun)确度,重者影響🌈儀(yí)表使用壽命,導緻(zhi)損壞儀表。要盡可(kě)能避免振動及高(gao)✌️溫高熱🛀🏻環境、遠🚩離(lí)幹擾元件(如壓縮(suō)機、分離器、調壓閥(fa)、大小頭及彙管、彎(wān)頭等 1,保持儀(yi)表前後直管段同(tong)心及内壁光滑平(ping)直,保證被測🌈介質(zhi)爲🔴潔淨的單相流(liu)體等。
4.4參數設(she)置
流量計的(de)儀表系數是在實(shi)驗室條件下校驗(yan)的,現場使用時🎯,應(yīng)🙇🏻對儀表系數進行(háng)修正。對配套二次(ci)儀表(智能流量積(ji)算儀 1的參數(shu)設定、組态工作以(yi)及流量測量網絡(luo)中各種🐕參數設置(zhì)⭕、軟件設計應符合(he)工藝和流量計要(yào)求。
4.5後期管理(li)
爲保證儀表(biǎo)長期工作的準确(què)性、可靠性 f避(bi)免意外停運和數(shù)據丢失),在渦街流(liu)量計投運之後需(xū)加強😄對儀表本身(shen)及整個流量系統(tong)各環節日常管理(li)和周期維護。如定(ding)期抄錄計量數據(ju)(每天或每周)、日👈常(chang)巡檢✂️,按周期進行(hang)系統調校( 1-2年(nian)),檢查儀表系數等(deng)。
4.6内部維護
由于流體髒污(wū)或其它原因,需對(duì)儀表的測量腔體(ti)🌈及📐其構件🐉進行定(dìng)期檢查或清洗。對(dui)于同規格的渦街(jiē)流量計,其漩渦發(fa)生體、導流體等核(he)心組件不能🐅互換(huàn),否則,須重新标定(ding)儀表計量系數并(bing)對其配帶的溫度(dù)及💋壓爲傳感🙇♀️器進(jìn)行系🙇🏻統校正。
5存在問題
由(yóu)于渦街流量計本(běn)質上是流體振動(dòng)型流量計,它對外(wài)界✂️振動、流體的流(liu)動狀态特别敏感(gǎn)。不僅能感受到🔴傳(chuán)感器受到的渦街(jie)力,還可以感受到(dao)傳感器受到的👈其(qí)它力,如管道振動(dong)、管道流體的沖擊(ji)力以🆚及由于流體(ti)壓力的變化,産生(shēng)的随機脈動壓力(lì)等,現場的幹擾對(dui)流量測量會産生(sheng)很大的影響。特别(bié)是在小流量測🏒量(liàng)時,由于小流量産(chǎn)生的橫向♋升力較(jiao)小,檢測信号微弱(ruo),極易受流體沖擊(jī)振動噪聲和管道(dao)振動噪聲影響。也(ye)即,該種儀表抗幹(gàn)☁️擾的能力還有待(dai)于🛀進一步提高🔞。
另外,由于渦街(jie)流量計投放市場(chǎng)的時間較短,儀表(biao)的可靠性和穩定(dìng)性還有待于各種(zhǒng)複雜工況的檢驗(yan):測🛀量精度對⭕流态(tài)🏃🏻♂️及介質髒污的敏(min)感程度有待于研(yán)究:現場檢定方法(fa)有待于進一步探(tan)索。
6結語
渦街流量計在我(wǒ)廠投入使用幾年(nián)來,計量準确可靠(kao),運行穩📱定,維護簡(jian)易,在蒸汽、煤氣計(ji)量中使用效果較(jiao)🤞好。随着現場總線(xiàn)技術、智能儀表技(ji)術及數字信号處(chù)理技術的發展,渦(wo)街流量計在耐高(gāo)溫、抗震動、微功耗(hao)等方面技術也日(ri)臻成熟,在化工行(háng)業流🔞量測量中發(fā)揮的作用越🌂來越(yue)大,應用前景非常(chang)廣闊。
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