摘要(yào):渦街流量計(jì) 是現代石油(yóu)化工行業中(zhong)測量流量的(de)重要工具之(zhī)一;簡述🌂了渦(wō)街流量計的(de)測量原理和(hé)主要優點，提(tí)供了渦街流(liu)量計的選型(xíng)、安裝、使用和(hé)維護的建議(yì);通過規範設(she)計、合理選🏃‍♂️型(xíng)、正确的安裝(zhuāng)🍓和維護，讓渦(wo)街流量計在(zai)石油化工行(hang)業中發揮更(geng)大的作用。
　　渦(wo)街流量計(VortexStreetFlowmeter，簡(jiǎn)稱VSF)自20世紀70年(nian)代在工業上(shàng)應用以來💜，由(you)❌于它具有🆚一(yī)些突出的特(tè)點，受到用戶(hù)歡迎，并得🔴到(dao)迅速發🔴展。但(dan)在實踐中經(jīng)常會出現一(yi)些預料不到(dào)的問題，這就(jiu)是用戶對渦(wō)街流量計存(cún)在一些疑慮(lü)的的原因，它(tā)亟需探索解(jiě)決。
1渦街流量(liang)計的測量原(yuán)理
　　在流體中(zhong)設置旋渦發(fa)生體(阻流體(tǐ))，從旋渦發生(sheng)體兩側交替(tì)🤩地産生有規(gui)則的旋渦，這(zhe)種旋渦稱爲(wei)卡曼渦街，如(rú)圖1所示。
 
　　旋渦(wō)列在旋渦發(fa)生體下遊非(fēi)對稱地排列(lie)。設旋渦的發(fā)🔞生頻率爲f，被(bèi)測介質來流(liú)的平均速度(du)爲U，旋渦發生(shēng)體迎面寬🔆度(dù)爲d，表體通徑(jing)爲D，根據卡曼(man)渦街原理，有(yǒu)如🤞下關系式(shì):
 
式中:
U1———旋渦發(fā)生體兩側平(píng)均流速，m/s
Sr———斯特(tè)勞哈爾數;
m———旋(xuán)渦發生體兩(liǎng)側弓形面積(jī)與管道橫截(jie)面面積之比(bǐ)
 
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(zhōng):K———流量計的儀(yi)表系數，脈沖(chòng)數/m3(P/m3)
　　K除與旋渦(wō)發生體、管道(dào)的幾何尺寸(cùn)有關外，還與(yǔ)斯特勞♌哈📞爾(ěr)數有關。斯特(tè)勞哈爾數爲(wei)無量綱參數(shu)，它與旋渦發(fā)生體形狀😘及(jí)雷諾數有關(guān)。
 
　　圖2所示爲圓(yuán)柱狀旋渦發(fā)生體的斯特(te)勞哈爾數與(yǔ)🐪管道雷諾數(shu)的關系圖。由(you)圖2可見，在ReD=2×104～7×106範(fan)圍内，Sr可視爲(wei)常數，這是😘儀(yi)表正常工作(zuo)💋範圍。當測量(liang)氣體流量時(shi)🌍，渦街流量計(ji)的流量計算(suàn)式爲:
 
式中:qVn，qV———标(biao)準狀态下(0℃或(huò)20℃，101.325kPa)和工況下的(de)體積流量，m3/h
Pn，P———标(biāo)準狀态下和(he)工況下的絕(jué)對壓力，Pa
Tn，T———标準(zhun)狀态下和工(gōng)況下的熱力(li)學溫度，K
Zn，Z———标準(zhun)狀态下和工(gōng)況下氣體壓(ya)縮系數
　　由式(shi)(4)可見，渦街流(liu)量計輸出的(de)脈沖頻率信(xìn)号不受流體(tǐ)物性和組分(fen)變化的影響(xiang)，即儀表系數(shù)在一定雷諾(nuò)數範圍内僅(jǐn)與旋渦🈲發生(sheng)體及管道的(de)形狀尺寸等(deng)有關。但是💚作(zuo)爲流量計在(zài)物料平衡及(ji)能源計量中(zhōng)需檢測質量(liàng)流量，這時流(liú)量計的輸出(chū)信号應同時(shi)監測體積流(liú)量和流體密(mì)度，流體物性(xìng)和組分對流(liu)量計量還是(shi)有直接影響(xiang)的。
2渦街流量(liang)計的主要優(yōu)點
(1)渦街流量(liang)計結構簡單(dān)，安裝維護方(fāng)便(與節流式(shi)差壓流量計(jì)相🐪比較，不需(xu)要導壓管和(hé)三閥組等，在(zài)設計過程中(zhong)無需🧑🏽‍🤝‍🧑🏻考慮伴(ban)熱🏃‍♀️、密閉排放(fang)以及引壓所(suo)需要考慮的(de)一系列問題(tí));
(2)輸出爲脈沖(chòng)頻率，其頻率(lǜ)與被測量流(liu)體的實際體(ti)積流♈量成正(zheng)比，它不受流(liú)體組分、密度(dù)、壓力、溫度的(de)影響;
(3)量程比(bǐ)寬，可達10∶1或20∶1(适(shi)用于工藝介(jiè)質流量變化(huà)範圍較大);
(4)壓(yā)損小(約爲孔(kǒng)闆流量計1/4～1/2)，無(wú)可動部件，可(ke)靠性高;
(5)精度(du)爲中上水平(ping)，可适用液體(tǐ)、氣體和蒸汽(qi)。
3渦街流量計(jì)的選型
　　根據(ju)SH3005－1999《石油化工自(zi)動化儀表選(xuan)型設計規範(fàn)》中規定渦街(jie)流量計的選(xuǎn)用，應符合下(xia)列規定［2］:
(1)潔淨(jing)氣體、蒸汽和(hé)液體的流量(liang)測量。
(2)低流速(su)及粘度大于(yú)20mPa·s液體的測量(liàng)，不宜采用渦(wo)街流量計。
在(zài)工程設計中(zhōng)宜考慮下列(lie)情況:
(1)一般液(yè)體平均流速(su)下限爲0.5m/s，氣體(tǐ)爲4～5m/s。渦街流量(liàng)計的❄️正常流(liu)量🚶最好在正(zhèng)常測量範圍(wei)的1/2～2/3處。
(2)液體适(shì)合于雷諾數(shù)20000以上，氣體和(he)蒸汽适合于(yú)15000以上。
(3)口徑不(bú)宜過大，大口(kou)徑儀表系數(shu)較低，頻率分(fèn)辨率低，口徑(jing)愈大愈低。
(4)介(jie)質溫度不宜(yí)過高，影響電(diàn)子元件的使(shi)用壽命。
(5)脈動(dong)流和旋轉流(liu)、兩相流的情(qíng)況不适合使(shǐ)用渦街流♌量(liang)計。
(6)儀表縮徑(jing)不宜過大，縮(suo)徑将流速提(tí)高，同時也增(zeng)加了阻力和(hé)背壓，容易出(chu)現空穴現象(xiàng)。4
4.渦街流量計(jì)的安裝
4.1渦街(jie)流量計的安(ān)裝要求
根據(jù)SH/T3104－2000《石油化工儀(yí)表安裝設計(jì)規範》中規定(ding)渦街流量計(jì)的安裝要求(qiu)如下:
(1)測量液(ye)體時渦街流(liú)量計應安裝(zhuāng)于被測介質(zhì)完全充滿的(de)管道上。
(2)渦街(jie)流量計在水(shui)平敷設的管(guǎn)道上安裝時(shí)，應充分考慮(lü)介質溫度對(duì)變送器的影(yǐng)響。
(3)渦街流量(liang)計在垂直管(guan)道上安裝時(shi)，應符合以下(xia)規定:
①測量氣(qì)體時，流體可(ke)取任意流向(xiang)
②測量液體時(shí)，液體應自下(xià)而向上流動(dong)。
(4)渦街流量計(jì)下遊應具有(yǒu)不小于5D(流量(liang)計直徑)的直(zhi)管段長度，渦(wo)街流量計上(shàng)遊直管段長(zhang)度應符合以(yǐ)下規定:
①當工(gōng)藝管道直徑(jìng)大于儀表直(zhí)徑(D)需縮徑時(shi)，不小于15D;
②當工(gong)藝管道直徑(jìng)小于儀表直(zhí)徑(D)需擴徑時(shi)，不小于18D;
③流量(liàng)計前具有一(yi)個90°彎頭或三(san)通時，不小于(yú)20D;
④流量計前具(jù)有在同一平(píng)面内的連續(xu)兩個90°彎頭時(shi)，不㊙️小于40D;
⑤流量(liàng)計前具有不(bu)同平面内的(de)連接兩個90°彎(wan)頭時，不小❓于(yu)40D;
⑥流量計裝于(yú)調節閥下遊(you)時，不小于50D;
⑦流(liú)量計前裝有(you)不小于2D長度(du)的整流器，整(zhěng)流器前應有(you)2D，整流器後㊙️應(ying)有不小于8D的(de)直管段長度(dù)。
(5)被測液體中(zhong)可能出現氣(qi)體時，應安裝(zhuāng)除氣器。
(6)渦街(jie)流量計應安(ān)裝于不會引(yin)起液體産生(shēng)氣化的位置(zhì)。
(7)渦街流量計(jì)前後直管段(duàn)内徑與流量(liang)計内徑的偏(piān)差應不大于(yú)3%。
(8)對有可能損(sun)壞檢測元件(jian)(旋渦發生體(tǐ))的場所，管道(dào)✏️安裝的渦街(jie)流量計應加(jiā)前後截止閥(fa)和旁路閥，插(chā)入式渦街流(liu)量計應安裝(zhuang)切斷球閥。
(9)渦(wō)街流量計不(bú)宜安裝在有(yǒu)震動的場所(suo)。
4.2渦街流量計(jì)的安裝要求(qiu)
　　根據GB50093－2002《自動化(huà)儀表工程施(shi)工及驗收規(guī)範》中規定渦(wō)街♍流量計🏃‍♂️的(de)安裝要求如(rú)下:
　　渦街流量(liàng)計信号線應(yīng)使用屏蔽線(xian)，上下遊直管(guan)段的長度應(yīng)符🆚合設計文(wen)件要求，放大(da)器與流量計(ji)分🤟開安⛹🏻‍♀️裝時(shí)，兩者之間的(de)距離不應超(chāo)過20m。
在工程設(she)計中宜考慮(lü)下列情況:
(1)垂(chuí)直安裝時，向(xiang)上流動的流(liu)體能夠确保(bǎo)儀表總是滿(mǎn)管，且介質中(zhong)的固态成分(fèn)能夠均勻分(fen)布。
(2)水平安裝(zhuāng)時，液體避免(miǎn)U型安裝方式(shì)，氣體避免倒(dao)U型💛安裝方㊙️式(shì)。不🤞同廠家的(de)産品分體安(an)裝有不同的(de)參考溫度，還(hái)有的廠家帶(dài)散熱片。
(3)在設(shè)計過程中應(ying)根據上遊情(qing)況具體要求(qiu)每台渦🔴街流(liú)量👈計💃的直管(guan)段。
(4)渦街流量(liàng)計對安裝點(diǎn)上下遊配管(guan)的直徑偏差(cha)和📐同💛軸度等(děng)有相應要求(qiú)，配管内徑d與(yǔ)儀表的通徑(jìng)D相同，滿足0.95d≤D≤1.1d。配(pei)管與流量計(jì)同心，同軸度(du)應小于0.05D。流量(liàng)計與法蘭之(zhī)間的密封墊(nian)不能凸入管(guan)道内，其内徑(jing)可🌂比流量計(ji)💯内徑略大👄。
(5)當(dāng)需要将實測(cè)壓力和溫度(dù)信号用于補(bǔ)償質量流量(liang)或标準⚽流量(liàng)時，在渦街流(liu)量計下遊安(an)裝壓力(下遊(you)4D)和溫度變送(song)器(下♌遊6D)。
(6)當管(guǎn)道振動時，應(ying)加裝支撐物(wu)對管道進行(háng)固定。(7)避免電(diàn)磁幹擾，應考(kao)慮儀表等電(dian)位接地。
5渦街(jiē)流量計的使(shǐ)用和維護
　　在(zai)使用渦街流(liu)量計過程中(zhong)可能出現以(yi)下問題:①指示(shì)長期不準💚;②始(shi)終無指示;③小(xiao)流量時無指(zhǐ)示;④大流量時(shí)指示還可以(yǐ)，小流量時指(zhi)示不準;⑤儀表(biao)K系數無法确(què)定。
總結引起(qi)這些問題的(de)主要原因，主(zhǔ)要涉及到以(yǐ)下方面:
(1)選型(xíng)方面的問題(ti)。有些渦街傳(chuan)感器在口徑(jing)選型上或☎️者(zhe)在設計選型(xing)之後由于工(gōng)藝條件變動(dòng)，使得選擇大(dà)了—個規格，實(shi)際選型💔應選(xuǎn)擇盡可能小(xiao)的口徑，以提(ti)高測量精度(du)，這方面的原(yuan)因主要同問(wen)題①、②、③、④有關。例如(ru)，一條渦街管(guǎn)線設計上供(gòng)幾個設備使(shi)用，由于📱工藝(yi)部分設備有(yǒu)時候不使用(yòng)，造成目前實(shi)際使用流量(liàng)減小，實🐕際使(shǐ)用造成原設(she)計選型口徑(jìng)過大，相當于(yu)提高了可測(ce)🔞的流量下限(xian)，工藝㊙️管道小(xiǎo)流量時指示(shi)無法保證，流(liu)量🤞大時還可(ke)以使用。宜使(shi)用縮徑型渦(wō)街流量計。(2)安(an)裝方㊙️面的問(wen)題。主要是傳(chuan)感器前面的(de)直管段長度(du)不夠，影響測(ce)量精度，這方(fāng)面的原因主(zhǔ)要同問題①有(you)關。例如:當傳(chuan)感器前面直(zhí)管段明顯不(bu)足，用于控制(zhì)時精度🌈下降(jiàng)🌈，用于計量時(shi)誤差較大。應(yīng)使用整流器(qi)。
(3)工藝參數的(de)問題。由于參(can)數錯誤，導緻(zhi)儀表指示有(you)誤.這方⚽面的(de)原因主要同(tóng)問題①有關。應(ying)與工藝系統(tǒng)專業協商，對(dui)選🤩型參🙇🏻數進(jin)🚶行核實。由于(yú)理論工況與(yu)實際工👅況不(bu)可能完全一(yī)緻，故小範圍(wei)的誤差是有(yǒu)⭐可能的。
(4)線路(lu)連接的問題(ti)。部分回路表(biǎo)面上看線路(lù)連接很好🧑🏽‍🤝‍🧑🏻，仔(zǎi)細檢查，有的(de)接頭實際已(yǐ)松動造成回(hui)路中斷，有的(de)接頭💛雖連接(jie)很緊但緊固(gù)螺釘卻緊固(gu)在線皮上，也(yě)使得回路中(zhōng)斷，這部分原(yuan)因主要同問(wen)題②有關㊙️。宜選(xuan)擇業績好的(de)産品
(5)使用環(huan)境的問題。尤(you)其是安裝在(zai)地井中的傳(chuan)感器部分，由(you)于⛹🏻‍♀️環境濕度(dù)大，造成線路(lu)闆受潮，這部(bù)分原因主要(yao)同問題②有關(guan)♻️。應使用分體(tǐ)式安裝方式(shì)。
(6)K系數标定的(de)問題。K系數隻(zhi)能依據廠家(jiā)提供的資料(liao)🔞，由于廠❄️家本(běn)身的一些變(biàn)動，造成提供(gòng)的幾處資料(liao)✉️上K系數不—緻(zhi)，影響了🙇‍♀️問題(ti)解決。建議供(gong)貨商提供最(zui)終的标定校(xiao)核書，并根據(ju)标定校核書(shū)對相應的儀(yi)表量程範圍(wei)做最後修訂(ding)(最好寫到标(biāo)書中，要求标(biāo)🈚定校核書随(suí)供貨清單一(yi)🏃🏻起發到施工(gōng)現場)。
6結語
　　通(tōng)過多個工程(cheng)項目的實踐(jiàn)證明，隻要對(duì)渦街流量計(jì)的性能、特點(dian)有了全面深(shēn)入的了解，有(you)了應付各種(zhong)情況的方法(fa)，渦街流量計(ji)一定會成爲(wei)流量測量中(zhōng)的得力助手(shǒu);選用渦街流(liú)量計或其它(tā)管道式流量(liang)計，具有相當(dāng)的合理性，可(kě)以有效的減(jiǎn)少設計的👌工(gong)程量和提高(gao)整體水平。

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