摘要:針對目(mù)前應力式渦街流(liú)量計
在國内石化(huà)行業使用中存在(zai)的一些問題，介紹(shào)了該流量計的測(cè)量原理和組成結(jié)構，指出渦街發生(shēng)體的幾何結構、尺(chi)寸直接影響儀表(biǎo)K系數标定結果。從(cóng)實際使用的角度(du)分析了介質的流(liú)動狀況及潔淨程(cheng)度、溫度等因素變(biàn)化對儀表K系數的(de)影響，并提出相應(ying)對策。讨論了安裝(zhuang)環境、工藝條件以(yǐ)及管線配置等方(fāng)面應注意的問題(ti)，介紹了
渦街流量(liàng)計
投入使用前在(zai)現場的測試與調(diao)試方法。
渦街流量(liang)計是20世紀70年代發(fa)展起來的一種新(xīn)型流量測量儀表(biǎo)，首先在城市供水(shuǐ)系統中得到應用(yòng)和發展，後逐步進(jin)入煉油化工系統(tong)。渦街流量計結構(gòu)簡單牢⁉️固，安裝維(wei)護方便。與孔闆流(liu)量計相比，量程範(fàn)圍大可達10:1至20:1),壓力(lì)損失小的爲孔闆(pan)流量計的1/4-1/2)，精✂️度較(jiào)高一般爲測量值(zhi)的±1%至±2%),适用于液體(ti)、氣體和蒸汽等多(duō)種介質的測量。在(zài)一定的雷諾數範(fàn)圍内，輸出信号不(bú)受流體物性溫度(du)、壓力、組分、粘度)的(de)影響,已被各行各(ge)業所廣泛地采用(yòng)。
某煉油廠近年來(lai)先後在70多個水、蒸(zheng)汽、可燃氣體等計(jì)量回路中,使用了(le)不同型号的國産(chan)和進口應力💃式渦(wo)🧑🏽🤝🧑🏻街流量計。渦街流(liú)量計具有其他流(liú)量計所不具備的(de)許多優點，從開發(fā)到大量生産投放(fàng)市場僅20餘年，目前(qián)仍處于發展階段(duàn)，從理論和實踐上(shang)來看,基礎都較差(chà)💁，在日常使用中還(hai)存在較多的問題(ti)。通♌過分析應力👣式(shì)渦街流量計的測(cè)量原理與結構，進(jin)🈚一步讨論在使用(yong)中存在的問題與(yǔ)成因以及相應⁉️的(de)對策。
1.測量原理與(yu)結構
渦街流量計(ji)是利用卡門渦街(jiē)原理進行測量的(de)。實👄驗證明卡門渦(wō)街的釋放頻率與(yǔ)流體的流動速度(du)和柱狀體的特征(zheng)寬度有關。卡門渦(wō)街釋放頻率與流(liu)速成正比，因此通(tōng)過測量卡門渦街(jiē)頻率可以求💃得瞬(shùn)時流🏃🏻量值。
對于儀(yí)表内部形式固定(ding)的渦街流量計，儀(yí)表管道内徑、旋渦(wō)✔️發生體特征尺寸(cùn)及斯特勞哈爾數(shu)已定，儀表系數是(shi)确✉️定的。因此,隻要(yào)正确測得渦街頻(pin)率，就可以正确地(dì)測量管道中介質(zhi)的體🏃♀️積流量。
應力(li)式渦街流量計通(tong)常由旋渦發生體(tǐ)、檢測元件、儀表表(biǎo)體和轉換器四個(ge)部分組成。金陵石(shi)化南京煉油廠使(shǐ)用的應力式渦街(jie)流量計均采用三(sān)角柱🌈旋渦發生體(tǐ)該形狀的旋渦發(fa)生體是目前應用(yong)最💃爲廣泛的一種(zhǒng)),旋渦頻率是利用(yong)封裝在旋渦發生(sheng)🛀🏻體内部的壓電晶(jīng)體作爲⁉️檢測元件(jiàn)，借🈲以感受旋渦🌈分(fèn)離時交替作用于(yú)旋渦發生體上不(bu)斷變化的橫向升(shēng)力，升力的變化頻(pin)率就是旋渦頻率(lǜ)。
根據壓電效應原(yuan)理，壓電晶體上産(chan)生的電荷強度與(yu)橫向升力⭐成正比(bǐ)，即在旋渦發生體(ti)的形狀、尺寸以及(ji)支承方式一定🌈的(de)情況下，壓電電荷(hé)強度與被測介質(zhi)的密度和流速的(de)平方成正比。
應力(lì)式渦街流量計分(fèn)爲滿管式和插入(ru)式兩種:滿管式⛹🏻♀️有(yǒu)法蘭型、夾持型兩(liǎng)種安裝類型;插入(ru)式可帶球閥或不(bu)帶球閥安裝。
不同(tong)廠家的轉換器電(diàn)路也不同，但其基(jī)本功能及思⭐路是(shi)一緻的。交變電荷(he)信号被檢出後，首(shǒu)先經高阻抗電荷(he)放大器進‼️行放☁️大(dà),再經噪聲濾波,并(bìng)由斯密特觸發器(qì)檢波及整形，其頻(pin)率信号即可直接(jiē)作爲.信号輸出;也(yě)可根據用戶要求(qiú)進行f/V和V/f的轉換，産(chǎn)🔴生與頻率成正比(bi)的4-20mA模拟信号輸出(chu)。
2問題及對策
(1)僅表(biao)系數K的标定及其(qi)影響因素與對策(ce)儀表系數🔞K雖然受(shou)流體流速和粘度(dù)等的影響，但産生(sheng)影響效🤩果的卻是(shì)這些⭕參數的組合(hé)一雷諾數Re,它決定(ding)了儀表系數K的線(xian)性範圍。
當Re≥2x104時，在理(lǐ)論上儀表系數K是(shì)一個僅由儀表幾(jǐ)何結💁構、尺寸所決(jue)☔定的常數,不受流(liu)體溫度、壓力、密度(du)、粘度、成💔分等性質(zhi)變化的影響，對于(yu)各種液體、氣體、蒸(zhēng)汽都有相同的❤️數(shù)值。所🏃🏻♂️以，理論上儀(yí)表的标定系數🌈在(zài)基本誤差範圍内(nei)保持一緻，具有通(tōng)用🏃♀️性。
由于目前國(guó)内許多生産廠家(jia)生産方式不規範(fàn)，無标定條件，使得(dé)生産的渦街流量(liang)計的K值無法得到(dao)保證且與實際值(zhi)相差較🏃♂️大。實際使(shǐ)用中，影響儀表系(xi)數的因素及解決(jué)方法叙述🔱如下:
①流(liu)速和粘度的變化(hua)
工業管道中絕大(da)多數流體Re>2x104，滿足渦(wō)街流量計的正常(chang)測量範圍。如因某(mou)種原因使流體💃🏻的(de)☎️流速降低和成)運(yun)動粘度升高，都将(jiang)導緻Re下降。當Re<2x104時，K值(zhi)會發生較大的變(biàn)化，出現了非線性(xing)誤差。這在⚽儀表選(xuan)型、安裝上可以✏️通(tōng)過縮管來提高流(liú)速以增大Re值。當管(guǎn)徑縮小爲原來的(de)1/n,Re可提🚶♀️高n倍。其次,因(yīn)液體運動粘度是(shì)溫度的函數，當溫(wēn)度升高時粘度下(xià)降，同樣可使Re增大(da)，從而确保正常流(liu)量落在儀表量程(chéng)下限之上。
②堆積
如(rú)果被測介質中存(cun)在粘性顆粒物質(zhi)或夾雜較多纖維(wei)狀物質，則可能會(hui)逐漸堆積在三角(jiǎo)柱發生體迎流面(mian)上,使其幾何形狀(zhuàng)尺寸發生變化,使(shi)儀表系數K也随🌏之(zhī)變化🌐,産生附加測(cè)量誤差。爲了減小(xiao)這個誤差，在條⭕件(jiàn)允許的情況下,可(ke)定期清除堆積物(wù)或對被測介質進(jìn)行預處理。
③磨損
如(ru)果三角柱發生體(tǐ)兩棱邊因某種被(bei)測介質作用而受(shòu)到磨損，雖然儀表(biǎo)系數K對邊緣尖銳(rui)度的變化不像孔(kǒng)闆🎯流量計那✌️樣敏(min)感，但也會引起附(fu)加誤差。這就要求(qiú)定期校驗或更換(huàn)一次表。
④溫度變化(huà)
儀表系數K通常在(zai)常溫20℃左右)下标定(ding),如果被測介質的(de)溫🌈度較高或較低(dī),與常溫相差較大(da)，造成流通面積變(bian)化而引起附加誤(wu)差⭐，因此對儀表系(xi)數K必須進行補償(cháng)修正。根據固體熱(re)膨脹定律可得到(dao)修正系🏃♀️數K,的表達(dá)式:
Kt,=1-ax10-5(t-20)
式中:t-被測流體(ti)的溫度;a-儀表發生(sheng)體材質對應的系(xì)數(不鏽鋼🈚、鑄鐵a=4.88,哈(hā)氏合金鋼C2a=3.40,钛a=2.62)。
修正(zhèng)後的儀表系數爲(wei)
K'=KtK=K[1-ax10-5(t-20)]
計算表明，當t>100℃或t<100℃時(shi),有必要.進行此項(xiang)修正。
(2)安裝中存在(zài)的問題及其對策(ce)
應力式渦街流量(liàng)計是依據流體力(li)學振動現象中振(zhèn)動🔞頻率與流速的(de)對應關系工作。它(tā)對管道流速分布(bu)畸變、流動脈動🔞及(ji)旋轉流十分敏感(gǎn)，同時由于其感.測(ce)元件爲壓電晶體(ti)，各種機械振動對(duì)輸出信号幹擾較(jiào)大,僅表抗振性差(cha)。因此現場安裝條(tiáo)件要求較高。
爲了(le)達到測量精度，渦(wo)街流量計必須保(bao)證一定的前後直(zhí)管段👌,并盡量避免(miǎn)在靠近調節閥、半(bàn)開閥和.截止閥後(hòu)安裝流量計;測🌈壓(ya)點和測溫點應分(fèn)别在下遊側距流(liú)量🤞計中心⛷️線3.5D~5.5D和6D-8D;。
渦(wō)街流量計的表體(tǐ)安裝不良，如接管(guan)偏大、偏小、偏移有(you)台🔞階)或墊片突入(ru)管道都會引起測(cè)量誤差。配💚管内徑(jìng)一般應等于♉或略(lue)大于流量計的内(nèi)徑。如配管的實際(ji)内徑♋略小于流量(liàng)計🌈的内徑5%以内),雖(suī)不會影響僅表的(de)固有K系數，但因流(liu)通面積突變引起(qǐ)表觀流速變化而(ér)産生附加🏃♂️測量誤(wù)差，這可以通過修(xiū)正K系數來補償。修(xiū)正後的儀表系數(shù)爲
K"=K（D2/D1）2
式中:Dt-儀表實際(jì)内徑;D2-配管實際内(nèi)徑。
當測量容易汽(qì)化的液體或工作(zuo)條件接近臨界狀(zhuàng)❓态🐆的💞液體時,爲防(fáng)止氣穴現象出現(xian)，設計安裝時必須(xū)确認管道内的最(zui)低壓力P'，這樣才能(neng)保證渦街流💔量計(jì)正常工作。p由下式(shi)計算:
p≥2.7△p+1.3po
△p≈1.1x10-6ρv2
式中:p-管道内(nei)流體絕對壓力，MPa;△p-流(liu)體在.發生體前後(hòu)的壓🔴差⭕，MPa;po-在🔆工作溫(wen)度下流體的飽和(he)蒸汽壓，MPa;ρ--工作條件(jian)下流體的密度，kg/m³，V-流(liú)動🥰流體的流速,m/s.
儀(yí)表使用中還要注(zhu)意以下問題:
①安裝(zhuāng)渦街流量計的位(wei)置要遠離動力設(she)備和變化頻繁的(de)閥👌門，如管線振動(dòng)較大，應在流量計(ji)前、後2D處加裝固定(ding)支架以鹹振;
②如管(guǎn)道流體的流速不(bu)穩，可考慮在管線(xian)上增加穩壓裝置(zhì)或整流器來消除(chu)流速分布的不均(jun1)勻現象;
③由于壓電(diàn)晶體的靈敏度随(sui)溫度升高而大幅(fu)度下降，應✏️避免在(zai)測量高溫介質（≤250℃),特(te)别是高低溫頻繁(fan)變化的❄️介質中使(shi)用;
④流量計的安裝(zhuang)位置應避開較強(qiang)的熱源、電場及磁(ci)場,盡量⭐選擇較好(hao)的工作環境。
(3)現場(chang)調試中存在的問(wèn)題及對策
由于應(yīng)力式渦街流量計(jì)使用時受現場安(ān)裝條件、環境條件(jian)⭕、所🈲測介質的實際(jì)流動狀況和流量(liang)計的⭐自身因素等(děng)各方面影響很大(dà),必須進行現場調(diao)試,把各種因素的(de)影響降到最低❓。方(fang)法如下:
①應力式渦(wō)街流量計發生體(ti)中封裝的壓電晶(jing)體有單片㊙️和🏃雙片(pian)裝兩種，它們通過(guò)專用引線接入到(dao)轉換器🌏輸入🤞端。斷(duan)🌈開接點，用萬用表(biǎo)檢測每兩根引線(xiàn)之間、每根引線與(yǔ)表殼之間的㊙️電阻(zǔ)值應≥20MQ.若有電阻值(zhí)則說明探頭性能(néng)下降;若爲電阻值(zhi)爲幾十千歐以下(xia)，則說明探頭可能(neng)損壞或專用引線(xiàn)受潮、被腐蝕。
②上述(shù)檢測均正常,再用(yong)物體輕敲探頭或(huo)表體，用示波器可(kě)觀察到不規則正(zhèng)弦波，或用萬用表(biao)交流電壓擋可測(ce)量到幅值100~200mV的交變(biàn)信号，則說明探頭(tou)完好。
③NB調整時使用(yòng)示波器一邊觀察(cha)電荷放大器輸出(chū)端的信号波形，一(yi)邊進行調整。在流(liú)量爲零時最易調(diao)整,在小流量時🧑🏾🤝🧑🏼皎(jiao)體流速<0.5m/s,氣體或蒸(zhēng)汽流速<8m/s)調整也可(ke)行。如🎯用萬用表調(diao)整，在流量爲零時(shí)使脈沖輸出爲零(ling)或電流輸出爲㊙️4mA。
④TLA調(diào)整起抑制振動等(deng)幹擾的作用。在NB調(diào)整效果不明顯時(shí)，需進行TLA調整。TLA調整(zhěng)原則上使用示波(bo)器一邊觀察有👣源(yuan)濾波電路的輸出(chū)端及脈沖放大電(dian)路的輸出端的信(xìn)号波形，一邊🌈進行(hang)調整;在流量爲零(ling)時調整至脈沖輸(shu)出爲零;在小流量(liàng)時液體流速<0.5m/s,氣體(tǐ)或蒸汽流速<8m/s)調㊙️整(zhěng)至脈沖輸出爲規(gui)則的方波。
現場調(diào)整非常重要，同時(shí)也應該注意檢查(chá)儀表的接地是否(fǒu)完好，電源的電壓(ya)是否在規定的範(fàn)圍内，負載電阻大(da)小，電纜線連✏️接和(he)絕緣性是否符合(he)要求等。
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