摘要(yào)渦街流量(liang)計 因其儀(yí)表系數與(yu)流體特性(xing)無關、精度(du)高、寬量程(cheng)比和💚低壓(yā)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻損等優點(diǎn)，在化工領(lǐng)域的應用(yòng)越來越廣(guǎng)。以熱解分(fen)級煉制新(xin)工藝對煤(mei)及液化殘(can)渣進行煉(lian)制利用中(zhong)的産品之(zhī)一熱解氣(qi)爲🏃🏻例，介紹(shao)渦街流量(liàng)計的選型(xing)設計。
　　我國(guó)低階煤資(zi)源儲藏豐(fēng)富，占可采(cǎi)儲量40%以上(shang)。然而它的(de)高效利用(yòng)一直是業(ye)内努力攻(gōng)克的難題(tí)。低階煤含(hán)水量高，熱(rè)❓值低，機械(xie)強度低，化(huà)學穩定性(xìng)差。爲此，北(běi)京低碳清(qīng)潔能源研(yán)究所承擔(dan)國家高技(jì)術研究發(fā)展計👣劃項(xiang)目課🔴題“煤(méi)分級煉制(zhi)清潔♍燃料(liao)關鍵技術(shu)研究”，采用(yong)熱解分級(ji)✔️煉制新工(gong)藝對煤及(ji)液化㊙️殘渣(zha)進行煉制(zhì)利用，在溫(wēn)和的條件(jiàn)下對原料(liao)進行加工(gōng)處理，分步(bu)驟地将其(qi)中有用的(de)成分充分(fen)提取出⭕來(lai)，得到的産(chǎn)品之一爲(wei)熱解氣，去(qu)除焦油後(hou)的熱🌐解氣(qì)組成見表(biǎo)1，本工程中(zhong)采用渦街(jiē)流量計對(duì)其進行測(ce)量。

1渦街流(liu)量計概述(shù)
　　渦街流量(liang)計是20世紀(jì)70年代發展(zhan)起來的一(yi)種新型流(liú)量儀表，80年(nián)代制定了(le)渦街流量(liàng)計專業标(biao)準(ZBN12008－1989)和檢測(ce)規程(JJG620－1989)。渦街(jie)流量計目(mù)前已發展(zhan)成爲主流(liú)流量儀表(biǎo)☔之一，因其(qí)有諸㊙️多優(you)點，吸引了(le)國内外衆(zhong)多研究者(zhe)和企業的(de)🐆關注。研究(jiū)者從多方(fāng)面對其進(jìn)☀️行深入的(de)研究:①旋渦(wō)發✊生體的(de)研究［1，2］;②壓電(diàn)傳感器探(tan)頭位置的(de)研究［3］;③數字(zì)信号處理(li)方法的研(yan)🔴究［4］;④渦街信(xin)号檢🎯測方(fang)法的研究(jiū)［5］;⑤數值仿真(zhen)方法🔱的研(yán)究［6］
　　在衆多(duō)流量計中(zhong)，渦街流量(liang)計的安裝(zhuang)、運行、維護(hù)費🏃低于節(jiē)流式、容積(jī)式等，購置(zhì)費低于容(róng)積式、質量(liàng)式等，是一(yi)種實用性(xing)和經濟性(xìng)都較好的(de)流量計，受(shou)到用戶廣(guǎng)泛歡迎。該(gāi)流量計優(yōu)點如下:
(1)在(zài)一定雷諾(nuo)數Ｒe範圍内(nèi)(2×104～2×106)，輸出頻率(lǜ)信号不受(shòu)流體物性(xìng)(密度、粘度(du))和組分變(biàn)化影響，即(ji)儀表系數(shu)僅與旋渦(wo)發💯生體的(de)形狀尺寸(cùn)及管道的(de)形狀尺寸(cun)有關，可以(yǐ)在一種典(dian)型介質中(zhong)校驗而适(shì)用于各種(zhong)介質。
(2)精度(du)較高(與差(cha)壓式、浮子(zi)式流量計(ji)比較)。
(3)量程(cheng)比可達10∶1或(huò)20∶1，目前已有(yǒu)廠家在研(yan)制适用于(yú)氣體測✔️量(liàng)能達到80∶1的(de)渦街流量(liàng)計。
(4)壓損小(xiǎo)(約爲孔闆(pǎn)流量計的(de)25%～50%)，大幅度降(jiàng)低能耗。
(5)結(jié)構簡單牢(láo)固，安裝維(wéi)護方便。
(6)使(shǐ)用範圍廣(guang)，可測量液(ye)體、氣體、蒸(zheng)汽和部分(fèn)混相流體(tǐ)。
2渦街流量(liàng)計的參數(shu)計算
2.1工作(zuo)狀态和标(biao)準狀态下(xia)的體積流(liu)量換算
　　渦(wō)街流量計(ji)的輸出信(xìn)号是與工(gong)作狀态的(de)體積流🤞量(liang)成正比🌈例(lì)，氣體的體(tǐ)積流量受(shou)溫度、壓力(lì)影響較大(dà)，在流量計(ji)選型時㊙️，若(ruo)提供的流(liú)量是标準(zhǔn)狀态下的(de)體積流量(liang)或質量流(liu)量，應把它(tā)換算成工(gōng)作狀态下(xia)的體積流(liú)量。
qV=qn(PnTZ/PTnZn)?????? (1)
式中，qV、qn分(fen)别爲工作(zuò)狀态和标(biao)準狀态下(xià)的體積流(liú)量，m3/h;P、Pn分别爲(wèi)工作狀态(tai)和标準狀(zhuàng)态下14的絕(jue)對壓力，Pa;T、Tn分(fen)别爲工🏒作(zuò)狀态和标(biao)準狀态下(xia)的熱力學(xue)溫度，K。
2.2雷諾(nuo)數、壓力損(sun)失和背壓(yā)的計算
　　在(zai)渦街流量(liàng)計選擇流(liú)量計通徑(jìng)時，主要是(shi)對流量下(xia)限🤩值進行(hang)核算雷諾(nuo)數，最小雷(lei)諾數不應(ying)低于下✏️限(xiàn)雷諾數，即(jí)雷諾數Ｒe≥2×104。在(zài)測量介質(zhì)爲液态時(shí)，還應檢查(cha)最小工作(zuò)壓力是否(fou)高于工作(zuò)溫度🐇下的(de)飽和蒸汽(qi)壓，即是✉️否(fou)産生氣穴(xue)現象。
(1)雷諾(nuo)數Ｒe是一個(gè)表針流體(tǐ)慣性力與(yu)粘性力之(zhī)比的無量(liàng)綱量:

式中(zhong)，Q爲體積流(liu)量，m3/h;D爲流量(liang)計内徑，mm;v爲(wèi)運動粘度(dù)，m2/s。
(2)壓力損失(shī):選擇流量(liang)計時，通常(cháng)可能會對(dui)流量計的(de)👌通徑進行(háng)适👅當縮小(xiǎo)，以取得較(jiào)大的流速(sù)和合适的(de)流量🙇🏻量程(cheng)。但是如果(guo)縮徑過于(yu)嚴重，可能(néng)會導緻較(jiao)💰大的壓力(li)損失，能耗(hào)會增加，因(yīn)此在選擇(zé)流量計的(de)通徑時，也(yě)需要适當(dang)考慮壓力(li)損失，盡可(ke)能減小壓(yā)🍉力損失。壓(ya)力損失△P計(jì)算:
△P=1.1×10－5ρ·V2　　　　　　　(3)
式中，△P爲(wei)壓力損失(shī)，kg/m2;ρ爲流體密(mi)度，kg/m3;V爲流速(su)，m/s。
(3)背壓:測量(liang)液體的流(liu)量時，要确(que)認工藝管(guan)道的壓力(lì)對于較❌小(xiǎo)的公稱通(tong)徑而言有(yǒu)足夠大的(de)背壓，避免(mian)氣穴🙇‍♀️産生(sheng)。流量計下(xia)遊的管道(dao)壓力應滿(man)足:
P≥2.7△P+1.3P0(4)
式中，P爲(wèi)流量計下(xià)遊3.5～7.5D的最小(xiao)管道壓力(li)，kg/cm2(A);P0爲液體的(de)飽和蒸汽(qi)壓，kg/cm2。
（4）根據工(gong)藝要求及(jí)現場安裝(zhuang)環境選擇(ze)耐壓、耐溫(wēn)等級、防護(hu)📐等👅級、防爆(bao)等級、輸出(chu)信号等。
3測(ce)量熱解氣(qì)的渦街流(liú)量計的選(xuan)型設計
　　熱(rè)解氣的組(zu)分如表1所(suǒ)述，其工藝(yi)參數:操作(zuo)密度0.63kg/m3，運動(dòng)粘度2×10－5m2/s，操作(zuo)溫度48.9℃，操作(zuo)壓力7.5kPa，管道(dào)DN80，最小流量(liang)50Nm3/h，正常流量(liang)100Nm3/h，最大流♻️量(liàng)150Nm3/h，儀表測量(liang)範圍選擇(zé)0～180Nm3/h。
　　因爲本裝(zhuang)置爲試驗(yàn)裝置，在裝(zhuāng)置運行的(de)過程中，業(yè)主✨可能❗會(hui)根據需要(yào)适當調整(zhěng)參數，因此(cǐ)選關鍵設(shè)備的工程(chéng)可行💜性、優(you)化工藝參(can)數的關鍵(jiàn)參數之一(yi)，因此使👈用(yòng)精度高一(yī)些👄的流量(liàng)計也是有(you)必要的;熱(rè)解氣的組(zu)🈚分随着參(cān)數的調整(zheng)㊙️也可能會(huì)發生變化(hua)🍉，因此基于(yú)伯努利方(fang)程原理的(de)，如孔闆⭐、噴(pēn)嘴、阿牛巴(bā)💋、德爾塔巴(bā)、平衡式等(děng)都不能很(hen)好的測量(liang)，因爲這類(lèi)💃流量計受(shou)流體物性(xìng)(密度、粘度(dù))和組分變(biàn)化影響，且(qie)最㊙️終的熱(rè)解氣産品(pǐn)或多或少(shǎo)都有焦🌈油(you)的存在，時(shí)間長了可(kě)🐅能堵塞流(liu)量計。楔式(shì)流量計帶(dài)自清⛹🏻‍♀️潔的(de)功能，如果(guǒ)采用法蘭(lan)取壓，變送(sòng)器采用隔(gé)膜密封式(shi)🏃變送器，其(qi)受焦油的(de)影響👉較小(xiao)，楔式流量(liàng)計的計算(suàn)結果分别(bie)見圖1和圖(tu)2。


　　當H/D比爲0.2時(shí)，其壓力損(sun)失達到4kPa，已(yi)經大于操(cao)作壓力的(de)一半，此種(zhong)方案不可(ke)取，當H/D比爲(wèi)0.3時，其壓力(li)損失爲1.09kPa，可(kě)以接受，但(dàn)最小流量(liàng)時的差壓(ya)隻有0.11kPa，甚至(zhì)正常流量(liang)時的差壓(yā)也隻有0.45kPa，由(you)于采用的(de)是隔膜密(mi)封式變送(sòng)器，此時的(de)精度無法(fǎ)保證;另一(yī)類是基于(yú)☂️線性連續(xù)方程原理(li)的，如渦街(jiē)流量計、質(zhì)量流量計(ji)等，考慮到(dào)👌本裝置爲(wei)一個實驗(yan)裝置，質量(liàng)流量計價(jia)格昂貴，因(yin)此綜合考(kǎo)♉慮介質和(hé)裝置的特(tè)殊性、壓損(sun)、精度和費(fei)用等因素(su)，選用渦街(jie)流量計測(cè)量熱解氣(qì)的流量。
由(yóu)式(1)可得最(zui)小流量對(dui)應的工作(zuò)狀态下的(de)體積流量(liang):

由上述計(jì)算結果可(ke)知，當流量(liang)計縮徑至(zhi)DN40時，雷諾數(shu)即可滿足(zú)要♋求。
按式(shi)(3)可以核算(suan)下DN50和DN40口徑(jing)下的最大(da)壓損:
DN50時:
△P=1.1×10－5×0.63×262=4.7×10－3kg/m2=0.46kPaDN40時(shí):
△P=1.1×10－5×0.63×402=11.1×10－3kg/m2=1.09kPa
利用橫河(he)公司計算(suan)軟件計算(suàn)出來的結(jie)果見圖3。

　　從圖(tu)3可見，出流(liu)量計口徑(jìng)爲DN80時，最小(xiǎo)流量無法(fǎ)測量;流量(liàng)🔱計口徑縮(suō)徑至DN50時，最(zuì)小流量可(ke)測(此時流(liú)體的雷諾(nuo)數非常接(jiē)近2×104)，但此時(shí)的測量精(jing)度稍微差(cha)些;流量計(ji)口徑縮徑(jìng)至DN40時，最小(xiao)流量可測(ce)，且精度也(yě)能得到保(bao)證。用上述(shù)公式計算(suan)的壓損與(yu)軟件計算(suàn)出來的也(ye)基本一緻(zhì)，差别來自(zì)計算時流(liu)速☂️及流量(liàng)計口徑均(jun1)采用的是(shi)估算值。如(rú)果流量計(ji)縮徑至DN25時(shi)，流量計的(de)壓損🈲已經(jīng)達到7.6kPa，壓損(sǔn)較大，無法(fǎ)滿足工藝(yi)要求💋。因此(ci)選擇DN40口徑(jing)的流量計(ji)能滿足要(yao)求。對于DN50口(kǒu)徑的🌏方案(an)，如果流量(liang)大于54Nm3/h時，流(liú)量計的精(jing)度爲此款(kuan)☎️流量😍計的(de)精度，爲1.0%，當(dang)流量爲50Nm3/h時(shi)，此時流量(liàng)可測，隻是(shi)精度稍差(cha)些，約爲1.81%，但(dan)流量計的(de)壓損會小(xiao)很多，從節(jie)能降耗方(fang)面考慮，選(xuan)擇DN50口徑的(de)流量計🌈也(yě)是可以的(de)。綜上，選擇(zé)DN40和DN50口徑的(de)渦街流量(liang)計都能滿(mǎn)足👈要求。
　　操(cao)作溫度爲(wei)48.9℃，沒有特殊(shu)性，選擇普(pǔ)通的渦街(jie)流量計✔️即(ji)🐉可🔴;根據現(xian)場情況，流(liu)量計爲露(lù)天安裝，防(fáng)護等級選(xuan)擇IP65即可;根(gen)據《爆炸危(wēi)險🌐環境電(dian)力裝置設(she)計規範》GB50058－2014，本(ben)裝置中各(gè)介質所在(zai)組别屬于(yu)危險物料(liào)，見表2。因此(ci)儀表的防(fáng)爆标志選(xuan)擇ExiaⅡCT4Gb即能滿(mǎn)足要求💞。根(gēn)據項目統(tong)一要求輸(shū)出信号選(xuǎn)擇爲4～20mA+HAＲT。

　　至此(cǐ)，渦街流量(liàng)計的選型(xing)已完成，但(dan)考慮到熱(re)解氣中焦(jiāo)油的存在(zài)，選擇渦街(jie)流量計時(shi)，需要注意(yì):①不能選用(yong)因爲🚶‍♀️技術(shù)需要而在(zài)渦街流量(liang)計中設計(ji)了小孔結(jié)構的流量(liang)計，因爲焦(jiao)油有可能(néng)堵塞這些(xie)孔，從而失(shī)去其原有(yǒu)的作用;②焦(jiāo)油有可能(neng)附着在旋(xuán)渦發🈲生體(ti)上，從而🐉改(gǎi)變其結構(gou)，影響測量(liàng)精度，因此(cǐ)需要采用(yòng)帶防粘附(fu)作用的發(fā)生體，另外(wai)考慮到熱(rè)解氣中焦(jiāo)油的☎️含量(liàng)較小，且由(you)于旋渦的(de)存在，其有(yǒu)剝離附着(zhe)在發生體(ti)上的焦油(you)的作用，因(yīn)此認爲其(qí)對測量精(jīng)度的影響(xiǎng)比較小。
4結(jié)語
　　目前項(xiàng)目已經開(kai)車成功，渦(wo)街流量計(jì)現場使用(yòng)效果特别(bie)好，在整個(gè)實驗的過(guò)程中，都能(neng)很準确地(dì)測出熱🔞解(jie)氣的流量(liàng)，深受業主(zhǔ)好評。現場(chang)的使用結(jie)果表明，在(zài)發生體帶(dai)防粘附作(zuo)用的情況(kuàng)下，低含量(liang)的焦油對(dui)流☀️量計的(de)測🤞量精度(dù)影響不大(dà)。目前化工(gong)廠⁉️常用的(de)流量計節(jiē)流裝置(孔(kǒng)闆等)，其受(shòu)流體物性(xìng)影響大，量(liang)程比一般(ban)隻有3:1，且容(rong)易出現堵(dǔ)塞，直管段(duan)要💋求甚至(zhi)高達50倍管(guan)徑，另外導(dao)壓系統還(hái)容易出現(xian)洩漏💋。渦街(jie)流量計因(yin)其🌏儀表系(xì)數與流體(ti)特性無關(guan)(氣液通用(yong))、精度高、寬(kuān)量程💔比和(he)低🔆壓損等(děng)優點，是🈚節(jie)流裝置的(de)理想替代(dài)品，但隻有(you)正确設計(ji)、正确選型(xíng)以及正确(què)安裝的條(tiáo)件下才能(néng)發揮其應(yīng)有的作用(yòng)。

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