摘要:渦(wō)街流量計 是現代(dai)石油化工行業中(zhong)測量流量的重要(yào)工具之一;簡述了(le)🔅渦街流量計的測(cè)量原理和主要優(you)點，提供了渦街流(liú)量計的選型、安裝(zhuāng)、使用和維護的建(jian)議;通過規範設計(jì)🈲、合理選型、正确的(de)安裝和維護，讓渦(wo)街流量計在石油(yóu)化工行業中發揮(huī)更大的作用。
　　渦街(jie)流量計(VortexStreetFlowmeter，簡稱VSF)自20世(shi)紀70年代在工業上(shàng)應用以來🚶‍♀️，由于🐆它(tā)具有一些突出的(de)特點，受到用戶歡(huan)迎，并得到迅速發(fa)展。但在實踐中經(jing)常會出現一些預(yù)料不🔴到的問㊙️題，這(zhe)就㊙️是用戶對渦街(jiē)🛀🏻流量計存在一些(xiē)疑慮的的原因，它(tā)亟需探索解決☂️。
1渦(wo)街流量計的測量(liàng)原理
　　在流體中設(shè)置旋渦發生體(阻(zu)流體)，從旋渦發生(sheng)體兩側交替地産(chǎn)生有規則的旋渦(wo)，這種旋渦稱爲卡(ka)曼渦街，如圖1所示(shi)。
 
　　旋渦列在旋渦發(fa)生體下遊非對稱(chēng)地排列。設旋渦的(de)發生頻率爲f，被測(cè)介質來流的平均(jun)速度爲U，旋渦發生(sheng)體迎面寬度爲d，表(biǎo)體通徑爲D，根據卡(ka)曼渦街原理，有如(rú)下關系式:
 
式中:
U1———旋(xuán)渦發生體兩側平(píng)均流速，m/s
Sr———斯特勞哈(ha)爾數;
m———旋渦發生體(tǐ)兩側弓形面積與(yǔ)管道橫截面面積(jī)之✔️比
 
管道内體積(jī)流量qv爲:
qv=πD2U/4=πD2mdf/4Sr(2)
K=f/qv=［πD2md/4Sr］-1(3)
式中:K———流量(liang)計的儀表系數，脈(mò)沖數/m3(P/m3)
　　K除與旋渦發(fā)生體、管道的幾何(hé)尺寸有關外，還與(yǔ)斯特勞哈🚶‍♀️爾數有(yǒu)關。斯特勞哈爾數(shu)爲無量綱參數，它(ta)與旋渦發生體形(xíng)狀及雷諾數有關(guan)。
 
　　圖2所示爲圓柱狀(zhuang)旋渦發生體的斯(sī)特勞哈爾數與管(guan)道雷諾數的關系(xi)圖。由圖2可見，在ReD=2×104～7×106範(fàn)圍内，Sr可視爲常數(shù)，這是🐪儀表正常工(gong)作範圍。當測量氣(qi)體流量時，渦街流(liu)量計的流量計算(suàn)式爲❤️:
 
式中:qVn，qV———标準狀(zhuàng)态下(0℃或20℃，101.325kPa)和工況下(xia)的體積流量，m3/h
Pn，P———标準(zhǔn)狀态下和工況下(xia)的絕對壓力，Pa
Tn，T———标準(zhǔn)狀态下和工況下(xià)的熱力學溫度，K
Zn，Z———标(biao)準狀态下和工況(kuàng)下氣體壓縮系數(shu)
　　由式(4)可見，渦街流(liu)量計輸出的脈沖(chòng)頻率信号不受流(liú)體❤️物🧑🏽‍🤝‍🧑🏻性✊和🐕組分變(bian)化的影響，即儀表(biǎo)系數在一定雷諾(nuo)數範圍内僅與旋(xuan)渦發生體及管道(dao)的形狀尺💋寸等有(yǒu)關。但是🐕作爲流🔞量(liàng)計在👣物料平衡及(ji)能源計量中需檢(jiǎn)❤️測質量流量，這時(shi)流⭕量計的輸出信(xin)号應🏃同時監測體(ti)積流量和流體密(mi)度，流體☀️物性和組(zu)分對流量計量還(hái)是有直接影響的(de)。
2渦街流量計的主(zhǔ)要優點
(1)渦街流量(liang)計結構簡單，安裝(zhuāng)維護方便(與節流(liú)式差♍壓流量💋計相(xiang)比較，不需要導壓(yā)管和三閥組等，在(zài)設計過程中無需(xu)考慮🐕伴熱⛱️、密閉排(pái)放以及引壓所需(xū)要考慮的一系列(liè)問題);
(2)輸出爲脈沖(chong)頻率，其頻率與被(bei)測量流體的實際(jì)體積流量成💞正比(bǐ)，它不受流體組分(fen)、密度、壓力、溫度的(de)影響;
(3)量程比寬，可(kě)達10∶1或20∶1(适用于工藝(yi)介質流量變化範(fan)圍較大);
(4)壓損小(約(yue)爲孔闆流量計1/4～1/2)，無(wú)可動部件，可靠性(xìng)高;
(5)精度爲中上水(shuǐ)平，可适用液體、氣(qi)體和蒸汽。
3渦街流(liu)量計的選型
　　根據(jù)SH3005－1999《石油化工自動化(hua)儀表選型設計規(guī)範》中規定🔅渦🙇‍♀️街流(liú)量計的選用，應符(fu)合下列規定［2］:
(1)潔淨(jìng)氣體、蒸汽和液體(tǐ)的流量測量。
(2)低流(liu)速及粘度大于20mPa·s液(ye)體的測量，不宜采(cǎi)用渦街流量計。
在(zai)工程設計中宜考(kao)慮下列情況:
(1)一般(ban)液體平均流速下(xia)限爲0.5m/s，氣體爲4～5m/s。渦街(jiē)流量計的正常流(liu)量最好在正常測(cè)量範圍的1/2～2/3處。
(2)液體(ti)适合于雷諾數20000以(yi)上，氣體和蒸汽适(shì)合于15000以上。
(3)口徑不(bú)宜過大，大口徑儀(yí)表系數較低，頻率(lǜ)分辨率低，口徑愈(yù)大愈低。
(4)介質溫度(du)不宜過高，影響電(diàn)子元件的使用壽(shòu)命。
(5)脈動流和旋轉(zhuan)流、兩相流的情況(kuang)不适合使用渦街(jie)流量🈲計。
(6)儀表縮徑(jìng)不宜過大，縮徑将(jiāng)流速提高，同時也(yě)增加了阻🔞力和背(bèi)壓，容易出現空穴(xue)現象。4
4.渦街流量計(ji)的安裝
4.1渦街流量(liàng)計的安裝要求
根(gen)據SH/T3104－2000《石油化工儀表(biǎo)安裝設計規範》中(zhōng)規定渦街流㊙️量計(jì)的安裝要求如下(xia):
(1)測量液體時渦街(jie)流量計應安裝于(yu)被測介質完全充(chōng)滿的管道上。
(2)渦街(jiē)流量計在水平敷(fu)設的管道上安裝(zhuāng)時，應充分考慮🐕介(jiè)⁉️質💋溫度對變送器(qi)的影響。
(3)渦街流量(liang)計在垂直管道上(shang)安裝時，應符合以(yi)下規定:
①測量氣體(tǐ)時，流體可取任意(yì)流向
②測量液體時(shí)，液體應自下而向(xiàng)上流動。
(4)渦街流量(liang)計下遊應具有不(bú)小于5D(流量計直徑(jìng))的直管🔞段長度，渦(wō)街流量計上遊直(zhi)管段長度應符合(hé)以下規定:
①當工藝(yi)管道直徑大于儀(yi)表直徑(D)需縮徑時(shi)，不小于15D;
②當工藝管(guǎn)道直徑小于儀表(biǎo)直徑(D)需擴徑時，不(bú)小于18D;
③流量計前具(jù)有一個90°彎頭或三(san)通時，不小于20D;
④流量(liàng)計前具有在同一(yī)平面内的連續兩(liǎng)個90°彎頭時，不小于(yu)⭐40D;
⑤流量計前具有不(bú)同平面内的連接(jie)兩個90°彎頭時，不小(xiǎo)于40D;
⑥流量計裝于調(diào)節閥下遊時，不小(xiao)于50D;
⑦流量計前裝有(yǒu)不小于2D長度的整(zhěng)流器，整流器前應(yīng)有❄️2D，整流器後應有(you)不小于8D的直管段(duàn)長度。
(5)被測液體中(zhōng)可能出現氣體時(shí)，應安裝除氣器。
(6)渦(wō)街流量計應安裝(zhuang)于不會引起液體(ti)産生氣化的位置(zhì)🐆。
(7)渦街流量計前後(hòu)直管段内徑與流(liú)量計内徑的偏差(cha)🛀應不大于3%。
(8)對有可(ke)能損壞檢測元件(jian)(旋渦發生體)的場(chǎng)所，管道📧安💘裝的🐇渦(wo)街😘流量計應加前(qián)後截止閥和旁路(lù)閥，插入式渦街♋流(liú)量計應安裝切斷(duan)球閥。
(9)渦街流量計(jì)不宜安裝在有震(zhèn)動的場所。
4.2渦街流(liu)量計的安裝要求(qiú)
　　根據GB50093－2002《自動化儀表(biǎo)工程施工及驗收(shou)規範》中規定渦✍️街(jie)流量計的安裝要(yào)求如下:
　　渦街流量(liang)計信号線應使用(yong)屏蔽線，上下遊直(zhí)管段的長度應符(fu)合設計文件要求(qiú)，放大器與流量計(jì)分開安裝時，兩者(zhe)之間的距離不應(yīng)超過20m。
在工程設計(jì)中宜考慮下列情(qíng)況:
(1)垂直安裝時，向(xiàng)上流動的流體能(neng)夠确保儀表總是(shi)滿管，且💔介質🏃🏻中的(de)固态成分能夠均(jun1)勻分布。
(2)水平安裝(zhuāng)時，液體避免U型安(ān)裝方式，氣體避免(miǎn)倒U型安裝方🙇‍♀️式。不(bu)同廠家的産品分(fèn)體安裝有不同的(de)參考溫度，還😄有的(de)廠家帶散熱片。
(3)在(zai)設計過程中應根(gen)據上遊情況具體(ti)要求每台渦街流(liu)量計的直管段。
(4)渦(wō)街流量計對安裝(zhuāng)點上下遊配管的(de)直徑偏差和同軸(zhou)度等😍有相應要求(qiú)，配管内徑d與儀表(biǎo)的通徑D相🌈同，滿🌏足(zu)0.95d≤D≤1.1d。配管與流量計同(tóng)👣心，同軸度應小于(yú)0.05D。流量計與法蘭之(zhī)間的密封墊不能(neng)凸⭐入管道内，其内(nèi)徑可比流量計内(nèi)徑略大。
(5)當需要将(jiang)實測壓力和溫度(dù)信号用于補償質(zhì)量流量或标準流(liú)量時，在渦街流量(liàng)計下遊安裝壓力(li)(下遊4D)和🈲溫度變送(song)器(下遊6D)。
(6)當管道振(zhen)動時，應加裝支撐(cheng)物對管道進行固(gu)定。(7)避免電磁幹擾(rǎo)🔆，應考慮儀表等電(dian)位接地。
5渦街流量(liàng)計的使用和維護(hù)
　　在使用渦街流量(liang)計過程中可能出(chū)現以下問題:①指示(shi)長期不準;②始終無(wú)指示;③小流量時無(wu)指示;④大流量⭐時指(zhi)示還可以，小流量(liàng)時指示不準;⑤儀表(biao)K系數無法确定。
總(zong)結引起這些問題(ti)的主要原因，主要(yao)涉及到以下方面(miàn):
(1)選型方面的問題(tí)。有些渦街傳感器(qì)在口徑選型上或(huò)者在設計選型之(zhī)後由于工藝條件(jian)變動，使得選✌️擇大(dà)了—個規格，實際選(xuan)型應選擇盡可能(néng)小的口徑㊙️，以提高(gāo)測量精度，這方面(miàn)的原因主要♻️同問(wèn)題①、②、③、④有關。例如，一條(tiáo)渦街管線設計上(shàng)供幾個設備使用(yong)，由于♊工藝部分設(she)備有時候不使用(yòng)，造成目前實際使(shǐ)用流量減小，實際(ji)使用造成原設計(ji)選型口徑過大，相(xiang)當于提高📱了可測(cè)♌的流量下限，工藝(yì)管道小流量時指(zhǐ)示無法保證，流量(liàng)大時還可以使用(yong)。宜使用縮徑型渦(wo)街流🈲量計。(2)安裝方(fang)☂️面的問題。主要是(shi)傳感器前🏃‍♂️面的直(zhí)管段長度不夠，影(yǐng)✌️響測量精度，這方(fang)面的原🔞因主要同(tóng)問題①有關。例如:當(dang)傳感器前面直管(guan)段明顯不足，用于(yú)控制時精度下降(jiang)，用于計量時誤差(cha)較💰大。應使用整流(liu)器。
(3)工藝參數的問(wen)題。由于參數錯誤(wu)，導緻儀表指示有(yǒu)誤👣.這方面的原因(yīn)主要同問題①有關(guan)。應與工藝系統專(zhuan)業協商，對選型參(cān)數進行核實。由于(yu)理論工況與實際(jì)工況不可能完全(quan)一緻，故🌈小範圍的(de)誤差是有可能的(de)。
(4)線路連接的問題(ti)。部分回路表面上(shàng)看線路連接很好(hǎo)，仔細檢查，有的接(jiē)頭實際已松動造(zao)成回路中斷♈，有的(de)🔞接頭雖連接很緊(jǐn)但緊固螺釘卻緊(jin)固在線皮上，也使(shǐ)得回路中斷，這部(bù)分原因主要同問(wèn)題②有關😍。宜選擇業(ye)績好的産品
(5)使用(yòng)環境的問題。尤其(qi)是安裝在地井中(zhōng)的傳感器部分，由(you)于♌環👣境濕度大，造(zào)成線路闆受潮，這(zhe)部分原因主要同(tong)問題②有關🥰。應使🏃用(yong)分體式安裝方式(shi)。
(6)K系數标定的問題(tí)。K系數隻能依據廠(chang)家提供的資料，由(yóu)于廠🏃‍♀️家本身的一(yi)些變動，造成提供(gòng)的幾處資料上K系(xi)數不—緻，影響了問(wen)題解決。建議供貨(huò)商提供最終的标(biao)定校核書，并根據(jù)标定🔱校核書🍓對相(xiang)應的儀表量程範(fan)圍做最後修訂(最(zuì)好寫到标書中，要(yao)求标⭐定校核書随(sui)供貨清單一起發(fā)到施工現場)。
6結語(yǔ)
　　通過多個工程項(xiàng)目的實踐證明，隻(zhī)要對渦街流量計(ji)的性能、特點有了(le)全面深入的了解(jiě)，有了應付各種情(qíng)況的方法，渦街流(liú)量計一定會成爲(wei)流量測量☂️中的得(de)力助手;選用渦⛱️街(jie)流量計或其它管(guan)道式流🔱量計，具有(yǒu)相當的合理性，可(kě)以有效的減少設(she)計的工程量和提(tí)高整體水平。

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