摘要：介紹空(kong)分裝置中液氧、液(ye)氦流量采用渦街(jiē)流量計 測量的方(fāng)法,探讨使用現狀(zhuang)的優點,對不能測(cè)量較大流量以及(jí)渦街流量計小信(xin)号切除量較大的(de)問題進行相關應(yīng)用分析,對空分裝(zhuang)在産品核算、經濟(ji)效益分析、可靠運(yùn)行的方面具有一(yī)定幫助。
　　目前，化工(gong)行業很多生産現(xian)場所使用的流量(liàng)計選型不夠合理(lǐ),有的存在安裝錯(cuò)誤,造成計量誤差(chà)過大,還有些不能(neng)滿足生産或産品(pǐn)交接計量的需要(yao),流量計是化工企(qi)業最常用的儀表(biao)。但僅靠經驗或單(dān)純考慮購置費進(jìn)行選型，可能會失(shi)去選擇最适合儀(yí)表的機會。由此可(kě)見,正确選擇和使(shǐ)用流量計并非易(yi)事。要正确、有效地(dì)選擇合适的流量(liang)計,必須考慮5個方(fāng)面的因素,即性能(neng)要求、介質物性、安(an)裝要求、環境條件(jian)和費用。
　　煤基烯烴(ting)項目建設的空分(fèn)裝置生産氣氧、氣(qi)氮、儀表空氣、工廠(chǎng)空氣、液氧和液氮(dan)。通過對該裝置的(de)液氧、液氮産品流(liú)量計的使用情況(kuàng)進行摸索研究,從(cong)儀表測量原理出(chu)發,進行必要的分(fèn)析和研究,并進行(hang)觀察評估,對實施(shī)效果:提出推廣建(jian)議,從而進一步提(tí)高管理和維護水(shui)平,使該裝置産品(pin)交接計量向更穩(wen)定、更可靠的方向(xiàng)發展。
1空分裝置液(ye)氧、液氨渦街流計(jì)使用現狀
1.1産品流(liu)量的測量方法
　　一(yi)般情況下,煤化工(gōng)配套的空分裝置(zhi)都較大,液氮、液氧(yǎng)産品在工藝系統(tong)負荷較低時可以(yǐ)作爲産品銷售。爲(wei)了準确測量這兩(liang)股産品的流量,保(bao)證貿易交接的準(zhun)确性,考慮到這兩(liǎng)股産品低粘度、低(dī)溫,産品管線口徑(jìng)小(僅爲DN25mm), 以及一次(cì)儀表需安裝于冷(lěng)箱内隔箱而變送(sòng)器需要安裝于冷(leng)箱外部的特點,項(xiàng)目最初選用了 分(fen)體式渦街流量計(ji) 配以轉換器來測(ce)量液氮、液氧流量(liang)。
1.2渦街流量計測量(liàng)液氧、液氮流量
1.2.1測(cè)量原理.
　　渦街流量(liàng)計是一種典型的(de)速度式流量計,可(ke)檢測Re在5 x103~7 x106範圍内的(de)液體、氣體、蒸汽流(liú)體的流量。漩渦分(fen)離的穩定性受漩(xuán)渦發生體上遊流(liú)場畸變、漩渦流等(děng)的影響，所以安裝(zhuang)儀表應根據上遊(yóu)阻流件的不同形(xíng)式,配備不同長度(du)的上、下遊直管段(duan),或安裝流動調整(zhěng)器,爲渦街流量計(jì)提供良好的流場(chang)條件,消除流場對(dui)儀表的不利影響(xiǎng)。渦街流量計是應(ying)用流體振蕩原理(li)來測量流量的,流(liu)體在管道中經過(guò)渦街流量變送器(qì)時,在三角柱的漩(xuán)渦發生體後上下(xià)交替産生正比于(yú)流速的兩列漩渦(wo),稱爲卡曼漩渦。單(dān)側漩渦的釋放頻(pin)率與流過漩渦發(fā)生體的流體平均(jun1)速度及漩渦發生(shēng)體特征寬度有關(guān),表示爲":
f=(Srxv)/d
式中
d一漩(xuán)渦發生 體特征寬(kuan)度,m;
f一漩渦 的釋放(fang)頻率,Hz;
Sr一斯特勞哈(ha)爾數,無量綱， 它的(de)數值範圍爲0.14 ~0.27;
?一流(liú)過漩渦發生體的(de)流體平均速度，m/s。
Sr是(shi)雷諾數的函數,Re與(yǔ)Sr的關系爲Sr =f(l/Re),如圖1所(suo)示。

由上式可知，在(zai)斯特勞哈爾數Sr爲(wèi)常數時,流量qv與單(dān)側漩渦産生的頻(pín)率?成正比。
　　當雷諾(nuo)數Re在102~ 105範圍内時,Sr值(zhi)約爲0.2,因此,在測量(liàng)中要盡量保證流(liu)體的雷諾數在102~ 105 ,漩(xuán)渦頻率?=0.2×?/d。由此可知(zhi)，通過測量漩渦頻(pin)率就計算出流過(guò)漩渦發生體的流(liú)體平均速度u,再由(you)式qv = ? ×A0求出流量qv,其中(zhōng)A。爲流體流過漩渦(wō)發生體的截面積(jī)。
1.2.2渦街流量計測量(liang)空分裝置液氮、液(yè)氧的優劣
　　通過觀(guān)察裝置開車後近(jìn)一年的使用情況(kuàng)，發現在這兩股産(chǎn)品處使用渦街流(liu)量計各存在一些(xie)優缺點。
1.2.2.1 優點
　　渦街(jie)流量計結構簡單(dan)牢固,安裝維護方(fāng)便,測量元件直接(jiē)安裝于管道上,克(ke)服了管路的洩漏(lou)現象。可根據測量(liàng)對象選擇相應的(de)檢測方式,儀表的(de)适應性強。非常适(shi)用于幹淨介質流(liu)體和部分混相流(liu)體。與其他脈沖輸(shū)出型流量計相比(bi),渦街流量計的儀(yi)表系數K較低,且随(suí)儀表測量管徑D的(de)增大儀表系數K近(jin)似以直徑比的3次(ci)方速率下降(表1)。

　　選(xuǎn)擇流量計的通徑(jing)應按被測管道使(shǐ)用的流量範圍和(he)被選流量計的上(shang)、下限流量來選配(pèi),而不是簡單地按(an)管道通徑選用。通(tōng)常設計管道流體(ti)最大流速是按經(jīng)濟流速來确定的(de),流速選擇過低,則(zé)管徑粗、投資大;而(ér)流速過高則輸送(sòng)功率大,增加運行(hang)費用21。大部分流量(liang)計上限流量的流(liu)速接近或略高于(yú)管道經濟流速,因(yīn)此流量計通徑與(yu)管徑相同的可能(néng)性較大,安裝比較(jiao)方便,如不相同也(yě)不應.相差太多,一(yi)般相鄰一檔規格(gé),采用變徑管連接(jiē)'。
　　若采用 标準孔闆(pan)流量計 來測量液(ye)氮、液氧的流量存(cun)在一些不足之處(chù)，如:壓力損失較大(da);導壓管、 三 (五)閥組(zǔ) 及連接接頭容易(yì)洩漏;導壓管、取壓(ya)口易堵塞;量程範(fan)圍小,一般爲3:1,對流(liu)量波動較大易造(zao)成測量值偏低;液(ye)氮、液氧溫度較低(di)，需要采取複熱措(cuo)施由液态恢複爲(wèi)氣态才可測量，否(fou)則易凍結。
　　量程比(bǐ)相對較寬，可達10:1或(huo)20: 1。使用的情況是實(shí)際最小流量可測(cè)到200Nm'/h,最大可測到1 865Nm'/h及(jí)以，上。實際情況是(shì)最大流量在閥門(men)僅65%開度時就達到(dao)了100% ,最小流量僅可(ke)測到325Nm3/h,尤其上、下極(jí)限測量時基本很(hěn)難用好。大多數渦(wo)街流量計具有較(jiào)好的線性度,渦街(jie)流量計理論最大(da)量程比可達300:1以上(shang)。但由于檢測元件(jiàn)的靈敏度、儀表的(de)壓力損失及其他(ta)方面的限制,要達(da)到這麽高的量程(cheng)比是非常困難的(de)。因此實際大多數(shù)的渦街流量計的(de)量程比僅爲10:1以上(shàng),有的可達到20:1甚至(zhi)30:1。而其他的流量計(jì)如差壓流量計,卻(que)沒有這麽寬的量(liàng)程範圍。一般的渦(wo)街選型,都會把所(suo)測流量範圍放在(zai)其全量程的5%~60%這個(gè)範圍内,如果要求(qiu)的量程太寬,就必(bì)須把常用流量放(fang)在這個範圍的合(hé)适位置以選型。這(zhè)樣選型出來的渦(wō)街才會好用、穩定(ding),精度才能得以保(bao)障.
　　渦街流量計屬(shǔ)測量精度中等偏(pian)上的流量計,通常(chang)測量液體的精度(dù)爲土(0.5% ~1.0%),測量氣體的(de)精度爲土(1.0% ~1.5%),這種精(jing)度比 渦輪流量計(jì) 科氏力質量流量(liàng)計低,但與傳統的(de) 差壓流量計 、 浮子(zi)流量計 相比,測量(liàng)精度較高2]。考慮到(dào)這兩股産品既要(yao)計量總流量,又要(yào)應用在流量控制(zhì)系統中，流量計精(jīng)度的确定要在整(zhěng)個系統控制精度(du)要求下進行，因爲(wei)整個系統不僅有(yǒu)流量檢測的誤差(cha),還包含有信号傳(chuan)輸、控制調節等環(huan)節的誤差和各種(zhǒng)影響因素,對測量(liang)儀表确定過高的(de)精度是不合理和(he)不經濟的,因此綜(zong)合精度、經濟性一(yī)同考慮是選型的(de)要素之一。
　　正常情(qíng)況下壓損約爲 孔(kong)闆流量計 的1/4~1/2，但内(nei)縮徑渦街流量計(ji)不适用于此處。近(jin)似的長期.壓損( PPL)計(jì)算公式爲

　　以液氮(dàn)産品爲例，經過計(jì)算，DN25mm的渦街流量計(jì)适用于此處,圖2爲(wei)液氮DN25mm渦街流量計(ji)性能對照圖。從圖(tu)2可以看出，在保證(zheng)精度的情況下,壓(yā)損是相當小的。

　　輸出(chu)與流量成正比的(de)脈沖信号,适用于(yú)總量計量,無零點(dian)漂移[4。在一定雷諾(nuo)數範圍内,輸出頻(pín)率信号不受流體(tǐ)物性(密度、粘度)和(he)組分的影.響,即儀(yí)表系數僅與漩渦(wō)發生體和管道的(de)形狀尺寸有關,隻(zhi)需在一種典型介(jiè)質中校驗而适用(yong)于各種介質。在各(ge)種流量計中渦街(jie)流量計是一種較(jiào)有可能成爲僅需(xu)幹式校驗的流量(liàng)計。
　　對流量變化在(zai)一定的雷諾數範(fan)圍内，漩渦分離的(de)頻率僅與流體工(gōng)作狀态下的體積(ji)流量成正比;而對(dui)被測流體壓力、溫(wēn)度、粘度和組分變(biàn)化不敏感。因此，在(zai)幾何相似和動力(lì)相似條件下，渦街(jiē)流量計可用一種(zhong)典型介質(如水或(huo)空氣)标定，就可确(què)定它的儀表系數(shù)，并可在其他介質(zhì)中使用。渦街流量(liàng)計的這一特點，對(dui)生産廠和用戶提(ti)供了很大的便利(lì)。對用于高壓氣體(tǐ)的渦街流量計，使(shǐ)用常壓條件下标(biao)定的儀表系數，用(yong)戶完全可以放心(xin)，生産廠不必爲沒(méi)有高壓标定設備(bèi)而憂慮;用于氣體(ti)的渦街流量計，也(ye)可在水流量标準(zhun)裝置中校驗，提高(gāo)标定精度。渦街流(liú)量計這一特點，爲(wei)它實現幹标定、發(fa)生體标準化提供(gòng)了有利條件。
　　通常(chang)渦街流量計的儀(yi)表系數K是通過液(ye)體或氣體流量校(xiao)準裝置在常溫、常(cháng)壓條件下标定後(hòu)确定的。如果儀表(biao)用于高溫流體(例(lì)如蒸汽)或低雷諾(nuò)數區域的流量測(ce)量時,還照用實驗(yàn)室标定的儀表系(xì)數的話,則會産生(sheng)一定的測量偏差(chà)。因此,當儀表的工(gōng)作條件偏離标定(dìng)條件較遠時,需對(duì)該系數進行修正(zheng)。
　　儀表标定時,根據(ju)校準裝置給出的(de)标準流量、流體密(mi)度ρ、粘度μ和被測渦(wo)街流量計輸出的(de)頻率,計算出儀表(biao)系數K和對應的雷(lei)諾數。先進行雷諾(nuò)數Re>2 x 104的各流量測試(shi)點的标定,再進行(háng)Re≤2x104各點流量的标定(ding)。然後算出Re>2x104各流量(liàng)測試點的平均儀(yi)表系數K,以K作爲标(biao)準儀表系數,再分(fen)别計算Re<2x104各流量測(cè)試點的儀表系數(shu)Ki與K的比值E作爲雷(léi)諾數修正系數,這(zhe)樣就得到與表2相(xiang)似的各雷諾數所(suo)對應的修正系數(shù)，然後把這些數據(ju)寫人儀表中。

1.2.2.2缺點(dian)
　　渦街流量計小信(xìn)号切除量較大,使(shǐ)下限流量不能太(tài)低，因此不能滿足(zú)較小流量測量的(de)要求。渦街流量計(jì)的下限流量受雷(léi)諾數和檢測元件(jian)靈敏度的制約。
　　雷(lei)諾數的影響。渦街(jie)流量計不适用于(yú)低雷諾數測量(Re≥2 x104),故(gu)在高粘度、低流速(su)、小口徑情況下應(yīng)用受到限制。大多(duō)數渦街流量計的(de)下限雷諾數爲(1 ~2) x104 ,隻(zhī)有當儀表工作在(zai)下限雷諾數以.上(shàng)區域時,斯特勞哈(hā)爾數Sr或儀表系數(shù)K才進人平直區,儀(yi)表也才能進人線(xiàn)性工作區域，否則(ze)當雷諾數Re低于渦(wo)街流量計線性工(gōng)作區的臨界雷諾(nuò)數時,儀表系數K将(jiāng)出現嚴重的非線(xian)性,産生非線性誤(wu)差。在粘度高、口徑(jing)小的工作條件下(xià)工作的渦街流量(liàng)計，下限流量不能(neng)太低。以液氮産品(pǐn)爲例,經過計算,DN25mm的(de)渦街流量計所測(cè)流量爲全量程流(liú)量的15%及以下時,流(liu)速下降迅速,已經(jīng)不能保證精度了(le)， 即使滿足了可測(cè)量程上限的要求(qiú)也滿足不了可測(ce)較小流量的需要(yào)(表3)。

　　另外,從圖3還可(kě)以清楚地看到,流(liu)量達到量程上限(xian)以後精度和壓損(sǔn)明顯呈比例上升(sheng)。這也就不難解釋(shì)爲什麽渦街流量(liàng)計往往未用到全(quan)量程就很難用好(hǎo)了

　　檢測元件靈(ling)敏度的限制。漩渦(wo)強度越強對信号(hao)檢測越有利。而漩(xuan)渦強度與流速平(ping)方是成正比的，所(suǒ)以在量程下限的(de)低速區，漩渦信号(hào)很微弱，能否有效(xiao)地檢測出漩渦信(xin)号,取決于檢測元(yuan)件的靈敏度[2]
　　受以(yǐ)上兩方面因素的(de)制約，渦街流量計(jì)的下限流速不能(neng)太低，這點可以參(cān)考表3。一般情況下(xià),測量液體流量時(shí),下限流速爲0.3 ~0. 5m/s;測量(liàng)氣體時下限流速(sù)爲3.0 ~5.0m/s。不能采用内縮(suō)徑渦街流量計測(ce)量較小流量，否則(ze)無法保證流體的(de)穩定狀态，畢竟渦(wō)街靠的是穩流才(cái)能準确測量,内縮(suo)徑多少會造成壓(ya)損增加,影響渦街(jiē)的測量,尤其測到(dao)70%以上很難保證精(jīng)度,特點是精度随(suí)流量增大而産生(sheng)偏差。
　　正常情況下(xia)渦街流量計壓損(sun)僅比差壓流量計(jì)小(約爲孔闆流量(liang)計1/4~1/2),但是由于這兩(liǎng)股産品的正常壓(yā)力都在0.5MPa以下，因此(ci)測量值達不到精(jing)度偏離點就壓損(sun)太高無法使用了(le)。以液氮産品爲例(li),經過計算,DN15mm的内縮(suō)徑渦街流量計不(bu)适用于此處，流量(liang)爲全量程50%及以上(shàng)時,壓損上升迅速(su),如圖4所示。但是優(you)點是可以滿足較(jiào)小流量測量的需(xu)要,這時幾乎沒有(yǒu)壓損(表4)。.


2結束(shù)語
　　對空分裝置的(de)液氧、液氮産品流(liú)量測量結合實際(jì)使用情況進行了(le)研究與分析,對其(qi)測量原理技術難(nan)點以及優缺點等(deng)進行了全面的統(tong)計、綜述和評價。當(dāng)然對于量程比适(shi)中、隻保證流量上(shàng)限其中一端即可(ke)的液氧、液氮産品(pin)流量測量,使用這(zhe)類低溫型分體式(shì)渦街流量計還是(shì)相當可靠的。

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