[摘要(yào)]渦街流量(liàng)計 是一種(zhǒng)重要的速(su)度型流量(liang)計,由于測(cè)量不受介(jiè)質物性參(cān)數的影響(xiǎng),輸出信号(hào)與流量成(chéng)正比,目前(qian)工業管道(dào)流體主流(liu)的流量測(ce)量裝置是(shì)渦街流量(liang)計,其具有(yǒu)測量精度(dù)高、結構簡(jian)單、安裝維(wei)護方便等(děng)優勢。本文(wén)從闡述渦(wō)街流量計(jì)的測量原(yuan)理着手,分(fèn)析渦街流(liú)量計的優(yōu)缺點,提出(chu)合理的适(shì)用範圍和(hé)安裝基本(běn)要求,以及(ji)在DMF回收裝(zhuāng)置的應用(yong),提供一定(ding)的實踐參(can)考價值。
1引(yin)言
　　随着化(hua)工行業智(zhì)能化水平(ping)和要求的(de)不斷提高(gao),流量監測(cè)的重要性(xing)更加明顯(xian),爲了有效(xiao)的控制和(he)監測生産(chǎn)過程,需要(yao)檢測生産(chan)過程中各(ge)種流體的(de)流量,便于(yu)管理和控(kòng)制工藝參(can)數。同時各(gè)車間對物(wù)料的轉運(yùn)需要正确(que)的計量,以(yi)作爲經濟(jì)核算的依(yī)據,各種類(lei)型流量計(jì)層出不窮(qiong),亟需測量(liang)精度高,适(shì)用範圍廣(guǎng):,儀表參數(shù)長期穩定(dìng),維修方便(bian)的流量計(ji),因此需要(yao)選擇合适(shi)的流量計(ji),在實際生(shēng)産中是至(zhì)關重要。
　　渦(wo)街流量計(jì)在化工行(hang)業應用相(xiang)當廣泛,由(yóu)于設備内(nèi)沒有可動(dong)機械零件(jiàn),降低了維(wei)護成本和(hé)人力成本(běn),提高了整(zheng)體可靠性(xìng)。無論國内(nei)外皆已開(kai)發出多品(pǐn)種,實際應(ying)用中渦街(jie)流量計也(yě)存在一-些(xiē)問題,大部(bù)分都是安(ān)裝和選型(xíng)問題,亟需(xū)探索解決(jue)。
　　DMF(NN二甲基甲(jia)酰胺)是一(yī)種無色透(tòu)明有機溶(róng)劑,化學式(shi)爲C3HNO,主要應(yīng)用于化工(gōng)行業,車間(jian)回收量較(jiao)大且難度(dù)高,一般采(cǎi)用連續精(jīng)餾方式回(huí)收,需要在(zai)回收處理(lǐ).上選擇合(he)适的流量(liang)計進行正(zhèng)确計量和(he)控制以。結(jie)合我們公(gong)司在回收(shou)DMF項目的應(yīng)用案例,發(fa)現流量計(ji)選型的一(yi)些問題,提(ti)出采用渦(wo)街流量計(ji)來計量的(de)整改方案(an),并得到了(le)很好的應(ying)用。
　　本文針(zhen)對渦街流(liú)量計的特(tè)點,從工作(zuò)原理、儀表(biao)結構和一(yi)些實際安(ān)裝問題探(tan)讨,同時結(jie)合在DMF回收(shou)裝置中的(de)應用等方(fang)面,論述該(gai)流量計的(de)技術特點(dian)和應用範(fàn)圍。
2工作原(yuan)理
　　渦街流(liu)量計是基(jī)于卡曼渦(wō)街原理進(jin)行測量,在(zai)均勻流體(ti)中,垂直設(she)置阻流體(tǐ),在一定流(liu)速範圍内(nei),從阻流體(ti)兩側交替(ti)地釋放方(fang)向相反的(de)旋渦,這種(zhǒng)不對稱漩(xuan)渦稱爲卡(kǎ)曼渦街向(xiang),如圖1所示(shì)。
 
　　通過檢測(cè)元件檢出(chū)漩渦頻率(lü)後,可以推(tui)導出流體(ti)的流量,設(she)被測介質(zhi)的平均速(su)度爲v,漩渦(wo)的發生頻(pin)率爲f,阻流(liu)體迎面寬(kuan)度爲d,根據(jù)卡曼渦街(jie)原理,發生(shēng)頻率和流(liú)體速度成(cheng)正比，如下(xia)式:
f=SrV/d??????(1)
式中:
V一(yī)阻流體兩(liang)側平均流(liu)速,m/s;
Sr一斯特(te)勞哈爾數(shù);
d一阻流體(ti)的寬度,m。
　　斯(si)特勞哈爾(ěr)數Sr爲無量(liàng)綱參數,它(tā)與阻流體(tǐ)的形狀及(jí)雷諾數有(yǒu)關,實驗數(shù)據得知,在(zài)Re=2x104-~7x106範圍内,Sr基(jī).本保持不(bu)變,可視爲(wèi)常數。由.上(shàng)式(1)可見,漩(xuan)渦頻率f不(bú)受流體物(wu)性和組分(fèn)變化的影(yǐng)響。
設管道(dào)内體積流(liu)量爲qr .
qv=πD2V/4=πD2?df/4Sr?????(2)
K=f/qv=[πD2?d/4Sr]-1?????(3)
式中(zhōng):
K一流量計(ji)的儀表,系(xi)數,m³。
　　K除與阻(zu)流體、管道(dao)的幾何尺(chǐ)寸有關外(wài),還與斯特(tè)勞哈爾數(shù)Sr有關。由.上(shang)式(3)可見,流(liú)量qv和漩渦(wō)頻率f成正(zheng)比關系,輸(shū)出信号與(yu)流量成正(zhèng)比,不受流(liú)體的溫度(dù)、壓力、粘度(dù)和密度.的(de)影響,通過(guo)傳感器檢(jiǎn)測前後壓(yā)降和頻率(lǜ)f,将信号送(song)入放大器(qì),再由通過(guo)整形得到(dào)電信号輸(shu)出,就可以(yi)測出qv。
3儀表(biao)結構
 
　　渦街流量(liàng)計在化工(gong)行業應用(yòng)比較廣泛(fan),主流的渦(wō)街流量計(ji)由殼體、傳(chuan)感器和轉(zhuan)換器三部(bu)分組成,如(rú)圖2所示。.
傳(chuan)感器包括(kuo)漩渦發生(sheng)體(阻流體(tǐ))、檢測元件(jian)和儀表表(biǎo)體等,轉換(huàn)器包括前(qián)置放大器(qi)、濾波整形(xing)電路、D/A轉換(huan)電路、輸出(chū)接口電路(lu)、端子、支架(jia)和防護罩(zhào)等。
　　根據卡(kǎ)曼渦街工(gōng)作原理,通(tong)過漩渦發(fa)生體産生(sheng)漩渦,傳感(gǎn)器測量漩(xuan)渦頻率,主(zhu)要采用壓(ya)力傳感器(qi)進行測量(liang),通過檢測(ce)信号,再通(tong)過放大器(qi),信号顯示(shì)并遠程傳(chuan)輸至DCS系統(tong),就可以計(ji)算出流體(tǐ)的流速及(ji)流量,整個(gè)測量過程(cheng)可靠程度(du)高。
4優點和(hé)局限性
4.1優(yōu)點
(1)渦街流(liu)量計結構(gòu)簡單牢固(gù),一體化安(an)裝無可動(dong)機械零件(jian),安裝方便(biàn),水平或垂(chuí)直安裝均(jun1)可,維修費(fei)用低;
(2)信号(hào)輸出與實(shí)際體積流(liu)量成正比(bi),測量幾乎(hu)不受流體(tǐ)參數(溫度(dù)、壓力、密度(du)和粘度等(děng))變化影響(xiǎng);
(3)精度較高(gao)(±0.5 %~±1 %),測量範圍(wei)寬(10: 1),?壓力損(sun)失小;
(4)儀表(biǎo)系數和管(guǎn)道形狀尺(chi)寸有關,傳(chuán)感器不接(jiē)觸介質,校(xiao)驗後可以(yi)适用各種(zhong)流體。
4.2局限(xian)性
(1)不适用(yong)于低雷諾(nuò)數測量(ReD=2x104),故(gu)在高粘度(du)、低密度、低(dī)流速、小口(kǒu)徑情況下(xia)應用受到(dao)限制。
(2)對 管(guan)道機械振(zhen)動較敏感(gan),抗振能力(li)差,不宜用(yong)于強振動(dong)場所,需要(yao)增加防振(zhèn)措施。
(3)當介(jiè)質爲粘附(fu)流體時,檢(jian)測元件易(yì)受流體中(zhong)的污物及(ji)顆粒的影(yǐng)響。
(4)熱敏測(ce)量元件适(shì)用溫度低(dī)于200℃,标準型(xing)壓力等級(jí)低于6.4 MPa.
5流體(ti)适用範圍(wéi)
　　渦街流量(liang)計對于大(dà)多數流體(ti)都是适用(yòng)的,針對一(yī)些特殊的(de)流體,需要(yao)考慮流體(tǐ)的特性對(duì)流量計的(de)幹擾及影(ying)響,下面根(gēn)據不同流(liu)體的适用(yòng)範圍進行(háng)描述:
5.1低雷(lei)諾流體
　　渦(wo)街流量計(jì)不适用于(yú)測量低雷(léi)諾數(Re≤2x104的流(liú)體。流體處(chu)于低雷諾(nuò)數時,斯特(tè)勞哈爾數(shù)Sr随着雷諾(nuo)數而變,儀(yí)表線性度(du)變差,流體(ti)粘度高會(huì)顯著影響(xiang)甚至阻礙(ài)旋渦的産(chǎn)生,選型的(de)一個适用(yong)條件是在(zài)使用于臨(lin)界限雷諾(nuo)數之上。
5.2含(hán)固體微粒(li)流體
　　雖然(ran)适用的流(liu)體比較廣(guang)泛,但對于(yu)含固體微(wēi)粒的流體(ti)要注意。固(gù)體微粒對(dui)漩渦發生(sheng)體沖刷會(huì)産生無關(guān)的噪聲,從(cong)而磨損漩(xuan)渦發生體(tǐ),可在上遊(yóu)安裝過濾(lǜ)器或對儀(yi)表定期校(xiào)驗。
5.3氣液兩(liang)相流體
　　對(duì)于含分散(sàn)、均勻的微(wēi)小氣泡,但(dan)容積含氣(qi)率應小于(yu)7 %的氣、液兩(liǎng)相流,若超(chao)出2 %就應對(duì)儀表系數(shu)進行修正(zhèng)。對于含分(fèn)散、均勻的(de)固體微粒(lì),固體含量(liang)小于2 %的氣(qi)固、液固兩(liǎng)相流;對于(yu)互不溶解(jie)的液液(如(ru)油和水)兩(liang)組分流等(děng),流速需要(yao)保證>0.5 m/s。
5.4 易結(jie)垢流體
　　對(duì)于易結垢(gòu)的流體,污(wu)垢會附着(zhe)漩渦發生(sheng)體表面,影(yǐng)響其形狀(zhuang)和尺寸,從(cong)而使儀表(biao)系數發生(sheng)變化,需要(yào)定期清洗(xǐ)污垢:采用(yong)取壓孔或(huò)插入式檢(jian)測元件感(gan)應漩渦,.-旦(dan)介質雜質(zhì)嵌入縫隙(xi),對信号造(zào)成幹擾和(he)不穩定,影(ying)響其測量(liang)精度。
5.5氣體(tǐ)或者蒸汽(qì)
　　在測量氣(qì)體或者蒸(zhēng)汽時,一定(dìng)要考慮溫(wēn)度和壓力(lì)補償問題(tí),将工況下(xia)的流量轉(zhuan)換成質量(liang)流量或标(biāo)況體積流(liú)量,--般補償(chang)由DCS控制系(xi)統通過專(zhuān)用補償功(gōng)能模塊實(shí)現。
6安裝要(yao)求
6.1 安裝方(fāng)式
　　渦街流(liu)量計分爲(wèi)法蘭式、夾(jiá)持式和插(chā)入式,優先(xiān)選擇法蘭(lan)式,其餘兩(liǎng)者類型精(jing)度受安裝(zhuāng)影響較大(dà)口,正确的(de)選擇安裝(zhuang)方式非常(chang)重要,即使(shi)設計和選(xuan)型都很完(wán)美,若安裝(zhuāng)不合理,同(tóng)樣會影響(xiǎng)測量精度(du),甚至影響(xiǎng)傳感器的(de)使用壽命(mìng),因此合理(li)的選型和(hé)選擇合适(shi)儀表運行(hang)的最佳環(huan)境是至關(guān)重要的。
　　渦(wō)街流量計(ji)在管道上(shang)可以水平(ping)、垂直或傾(qīng)斜安裝,但(dan)測量混相(xiang)流體時,測(ce)量精度得(dé)不到保障(zhàng),需保證測(ce)量流體充(chōng)滿管道,避(bì)免産生混(hun)相流,根據(jù)混相流體(ti)的特點,選(xuǎn)擇合适的(de)安裝方式(shi),具體的安(ān)裝方式如(rú)圖3所示。
 
　　渦(wō)街流量計(ji)必須在穩(wěn)定的流束(shu)場内,有一(yī).定的直管(guan)段要求,直(zhí)管的長度(du)會影響精(jīng)度,必須保(bǎo)證上、下遊(you)直管段有(you)一定的長(zhǎng)度,通常是(shì).上遊直管(guǎn)段>10D,下遊直(zhí)管段> 5D,還要(yao)結合現場(chang)安裝情況(kuang)進行調整(zhěng),如果_上遊(you)有彎頭或(huo)者閥門,直(zhi)管段相應(yīng)的需要加(jiā)長,具體的(de)安裝要求(qiu)如圖4所示(shì)。
 
　　管道振動(dong)是工業生(sheng)産中的普(pǔ)遍現象,如(ru)泵産生的(de)流體壓力(lì)脈沖,大幅(fu)度的開關(guān)閥門引起(qi)的負荷突(tu)變等,由于(yú)所形成的(de)振動幹擾(rǎo)對檢測是(shi)不利的,嚴(yan)重時會影(ying)響儀表使(shi)用壽命,因(yin)此采用有(you)效的減振(zhen)措施非常(chang)重要回。
　　渦(wō)街流量計(jì)對振動很(hen)敏感,振幅(fu)通常是<3%,目(mù)前一些渦(wo)街流量計(ji)采用質量(liàng)平衡傳感(gan)系統和自(zi)适應數字(zì)信号處理(lǐ)技術(ADSP),提供(gong)極佳的抗(kang)振性能,但(dàn)是不能從(cóng)根本解決(jue)消除振動(dong)0。爲了避免(miǎn)管道振動(dòng),在儀表傳(chuán)感器上下(xià)遊2D管道處(chù)設置管道(dao)支撐緊固(gù)或固定架(jia),并設置防(fáng)振支座和(he)防振墊。
　　在(zài)項目施工(gong)安裝過程(chéng)中,渦街流(liu)量計應該(gai)在管道清(qing)洗及吹掃(sao)後再安裝(zhuang),對于連續(xu)生産的管(guan)線建議安(ān)裝旁路,開(kāi)車時物料(liào)走旁路運(yun)行一段時(shi)間,待介質(zhi)幹淨後再(zai)開表,防止(zhi)管道内焊(hàn)渣等異物(wù)對傳感器(qì)造成損壞(huài)。對于需要(yao)調節的管(guan)道,調節閥(fá)一般安裝(zhuang)在流量計(jì)後方,避免(mian)出現射流(liu)的情況;對(duì)于高溫管(guan)道,傳感器(qì)要垂直向(xiàng)下安裝。隻(zhi)要合理的(de)掌握了渦(wo)街流量計(ji)的安裝方(fāng)式,對測量(liang)的準确性(xing)會得到很(hěn)大的提高(gāo)。
6.2故障及維(wéi)護
　　渦街流(liu)量計是-種(zhǒng)免維護儀(yí)表,可長期(qi)穩定可靠(kao)運行,實際(ji)應用中很(hen)多問題來(lái)自安裝方(fāng)式不合理(lǐ),針對産生(sheng)不同現象(xiang)分析原因(yin),在項目建(jian)設和生産(chǎn)過程中,還(hái)會遇到更(gèng)多的問題(tí),需要慢慢(màn)發掘後分(fèn)析原因并(bìng)找到解決(jué)方案,現列(lie)舉目前渦(wo)街流量計(jì)在安裝及(jí)運行過程(cheng)中常見的(de)一些問題(tí)及其處理(lǐ)方法,如表(biao)1所示。
 
7應用(yòng)案例
　　DMF是一(yī)種常見的(de)溶劑,在化(huà)工應用比(bi)較多,而且(qie)回收量也(ye)比較大,一(yi)般采用精(jīng)餾連續回(huí)收方式,要(yào)求控制進(jin)出料和回(huí)流量,這樣(yang)對流量計(ji)選型有一(yī)-定要求,在(zai)DMF回收項目(mu)中,DMF采用精(jing)餾方式回(hui)收,其中對(duì)設計量需(xu)要正确的(de)計量和控(kong)制,由于項(xiang)目前期沒(méi)有選擇合(he)适的流量(liang)計,導緻精(jing)餾塔運行(háng)過程中不(bú)穩定,後來(lái)停車排查(cha)分析原因(yīn),找到問題(ti)是部分流(liú)量計的選(xuǎn)型不合理(lǐ)。
　　DMF回收工藝(yi)過程爲: DMF原(yuán)料進入脫(tuo)水塔,塔頂(ding)脫除.水分(fen),塔釜采出(chu)水分合格(gé)的DMF至DMF精制(zhì)塔,DMF精制塔(ta)塔頂采出(chū)合格的DMF,塔(tǎ)釜排出少(shǎo)量廢液去(qu)處理,工藝(yì)流程見圖(tu)5。
 
　　DMF回收項目(mu)運行一段(duan)時間後,部(bù)分流量計(ji)顯示不正(zhèng)常,波動性(xìng)比較大,針(zhēn)對存在的(de)問題對流(liu)量計進行(háng)改造更換(huàn),最終将部(bu)分流量計(jì)換成渦街(jie)流量計,DCS可(ke)以正常顯(xian)示,流量測(cè)量曲線更(geng)穩定,波動(dong)性更小,生(shēng)産可以正(zheng)常穩定運(yùn)行,渦街流(liu)量計在該(gāi)DMF回收項目(mù)中發揮其(qi)重要作用(yòng),項目如期(qi)正常運轉(zhuan),主要的改(gai)進點分析(xī)如下。
　　脫水(shui)塔釜采出(chū)流量計(F103)之(zhi)前采用轉(zhuǎn)子流量計(ji),由于轉子(zǐ)流量計測(cè)量的波動(dòng)性比較大(da),而且浮子(zi)經常容易(yì)卡死,測量(liang)誤差偏大(dà),使用效果(guǒ)不佳,經過(guo)改造後換(huan)成渦街流(liú)量計後,流(liú)量顯示更(geng)穩定可靠(kao)。
　　DMF精制塔回(huí)流流量計(ji)(F104)輸送介質(zhì)的主要成(cheng)分是DMF,之前(qián)采用電磁(cí)流量計一(yī)直顯示不(bú)正常,一直(zhí)沒找到原(yuan)因,後來取(qǔ)樣測電導(dao)率<5 us/cm,?沒有達(dá)到電磁流(liu)量計電導(dao)率最低要(yào)求指标,後(hòu)來換成渦(wō)街流量計(ji)後,流量可(kě)以正常顯(xian)示。
　　DMF精制塔(tǎ)塔釜流量(liàng)計(F105)之前采(cǎi)用渦輪流(liu)量計,由于(yú)内部采用(yòng)葉輪機械(xiè)零件,随着(zhe)使用時間(jiān)長,渦輪葉(ye)片經常會(huì)卡死,流量(liàng)顯示不正(zheng)常,需要經(jīng)常拆下維(wei)修清理,改(gai)造後換成(cheng)渦街流量(liang)計,設備運(yùn)行穩定,故(gu)障率比較(jiao)低。
　　整個DMF回(huí)收車間經(jīng)過改造後(hòu),采用渦街(jiē)流量計替(tì)代了部分(fen)流量計,更(geng)新後的DMF回(hui)收工藝流(liú)程的PFD圖如(rú)圖6所示。
 
　　通(tong)過上述項(xiàng)目案例分(fèn)析,可以判(pàn)斷不同類(lei)型的流量(liàng)計适用于(yu)不同的場(chang)合,要根據(jù)流體特性(xìng)來選擇合(hé)适的流量(liàng)計。在DMF回收(shōu)工藝中,渦(wo)街流量計(jì)發揮其卓(zhuó)越的性能(néng),完全契合(hé)該流體特(te)性,正确的(de)控制工藝(yì)參數。隻要(yao)對流量計(ji)的性能和(hé)特點全面(miàn)掌握,在實(shi)際生産中(zhong)才能應對(dui)自如并解(jie)決問題。
8結(jié)束語
　　在衆(zhong)多的流量(liang)計中,渦街(jie)流量計是(shì)-.種經濟實(shí)用的流量(liang)計,可在很(hěn)寬的流量(liàng)範圍内測(ce)量流體。基(ji)本性能處(chù)于中等偏(piān)上水平,購(gou)置費低于(yu)電磁式、質(zhì)量式、容積(ji)式等,而安(ān)裝、長期處(chù)于複雜的(de)環境中,應(yīng)充分分析(xī)導緻其腐(fu)蝕的原因(yin)采取合理(li)有效的防(fang)腐措施來(lái)減少腐蝕(shi)的程度,進(jìn)而延長其(qí)使用壽命(ming),提高電力(lì)系統運行(háng)的安全性(xìng),在提出表(biao)面防腐措(cuo)施的同時(shi)考慮節能(neng)技術以及(jí)材料的經(jing)濟性進行(háng)實施方案(an),對于燃煤(méi)電廠電力(li)系統本身(shēn)更具普遍(biàn)價值。

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