摘要:針對目(mu)前應力式渦街流(liú)量計 在國内石化(hua)行業使用中存在(zai)的一些問題，介紹(shao)了該流量計的測(cè)量原理和組成結(jie)構，指出渦街發生(shēng)體的幾何結構、尺(chi)寸直接影響儀表(biao)K系數标定結果。從(cong)實際使用的♉角度(dù)分析了介質的流(liú)動狀況及潔😍淨程(cheng)度、溫度等因素✌️變(biàn)化對儀表K系數的(de)🌐影響，并提🈲出相應(ying)對策。讨論了安裝(zhuang)環境、工藝條件以(yi)及管線配置等方(fāng)面應🤟注意的問題(tí)，介🚶紹了 渦街流量(liàng)計 投入使用前在(zài)現場的測試與調(diào)試方法。
　　渦街流量(liàng)計是20世紀70年代發(fa)展起來的一種新(xin)型流量測量儀表(biao)，首先在城市供水(shui)系統中得到應用(yòng)和🌂發展，後逐❤️步進(jin)入煉🧑🏽‍🤝‍🧑🏻油化工系統(tong)。渦街流量計結構(gou)簡單牢固，安裝維(wei)護方💯便。與孔闆流(liu)量計相比，量程🌍範(fàn)圍大可⭐達10:1至20:1),壓力(li)損失小的爲孔闆(pǎn)流量計的1/4-1/2)，精✉️度較(jiào)高一般爲測量值(zhi)的±1%至±2%),适用于液🧡體(tǐ)、氣體和蒸🈲汽等多(duo)種介質的測量。在(zài)一定的雷諾數範(fan)圍🤞内，輸出信号不(bu)受流體物性溫度(dù)、壓力、組👣分、粘度)的(de)影響✍️,已被各行各(ge)業所廣🚶‍♀️泛地采用(yòng)。
　　某煉油廠近年來(lái)先後在70多個水、蒸(zheng)汽、可燃氣體等計(jì)量回路中,使用了(le)不同型号的國産(chan)和進口應力式渦(wo)街流量計。渦街流(liu)量計具有其他流(liu)量計所不📞具備的(de)許多優點，從開♊發(fa)到大❓量生産投放(fang)市場僅20餘年，目前(qian)仍處于發展階段(duàn)，從理論和實踐上(shang)來看💚,基礎都較差(cha)，在日常使用😘中還(hai)存在較多的問題(tí)。通過分析應力式(shi)🆚渦街流量計的測(cè)量原理與結💞構，進(jin)一步讨論在使用(yòng)中存在的問題與(yu)成因以及相應的(de)對策。
1.測量原理與(yǔ)結構
　　渦街流量計(ji)是利用卡門渦街(jiē)原理進行測量的(de)。實驗證🌐明🌏卡門渦(wō)街的釋放頻率與(yu)流體的流動速度(dù)和柱狀體✊的特征(zhēng)寬度有🌏關。卡門渦(wo)街釋放頻率與流(liu)速成正比，因👄此通(tong)過測量卡門渦街(jiē)頻率可以求得瞬(shùn)時流量值。
　　對于儀(yi)表内部形式固定(dìng)的渦街流量計，儀(yí)表管道内徑、旋渦(wō)發生體特征尺寸(cun)及斯特勞哈爾數(shu)已定，儀表系數✍️是(shi)确定的🐪。因此,隻要(yao)正确測得渦街頻(pin)率，就可以正确地(dì)測量管道中介質(zhi)的體積流量。
　　應力(li)式渦街流量計通(tōng)常由旋渦發生體(ti)、檢測元件、儀表表(biǎo)體🏃‍♀️和🤞轉換器四個(ge)部分組成。金陵石(shi)化南京煉油廠使(shi)🈲用的☔應力式渦街(jiē)流量計均采用三(san)角柱旋渦發生體(ti)該💁形狀的旋渦發(fā)生體是目前應用(yòng)最爲廣泛的一種(zhong)),旋渦頻率是利用(yong)封裝在旋渦發生(shēng)體内部的壓電晶(jīng)體作爲檢測元件(jiàn)，借以感受旋渦♈分(fen)離時交替作用于(yu)旋渦發生體上不(bú)斷變化的橫向升(shēng)力，升♈力的變化頻(pín)率就是旋渦頻率(lü)。
根據壓電效應原(yuán)理，壓電晶體上産(chǎn)生的電荷強度🌏與(yǔ)橫向升🛀🏻力成正比(bi)，即在旋渦發生體(ti)的形狀、尺寸以及(ji)支承方式一定的(de)情😍況下，壓電電荷(hé)強度與被測介質(zhì)的密度和流速的(de)平方⛱️成正比♈。
　　應力(lì)式渦街流量計分(fèn)爲滿管式和插入(ru)式兩種:滿管式有(you)法蘭型、夾持型兩(liǎng)種安裝類型;插入(rù)式可帶球閥或不(bu)帶球㊙️閥安裝。
　　不同(tong)廠家的轉換器電(diàn)路也不同，但其基(ji)本功能及思路✨是(shì)一緻的。交變電荷(hé)信号被檢出後，首(shǒu)先經高阻抗電荷(hé)㊙️放大器進行放大(dà),再經噪聲濾波,并(bìng)由斯密特觸發器(qi)檢波及整🐆形，其頻(pín)率信号即可直接(jie)作爲.信号輸出;也(ye)可根據用戶要求(qiú)進行f/V和V/f的轉換，産(chǎn)生與頻率成🧑🏾‍🤝‍🧑🏼正比(bǐ)的4-20mA模拟信号輸出(chu)。
2問題及對策
(1)僅表(biao)系數K的标定及其(qi)影響因素與對策(cè)儀表系數K雖然受(shou)流體流速和粘度(dù)等的影響，但産生(shēng)影響效果的卻是(shi)這些參數的組合(hé)一雷諾數Re,它決定(dìng)了儀表系數K的線(xian)性範圍。
　　當Re≥2x104時，在理(lǐ)論上儀表系數K是(shi)一個僅由儀表幾(ji)何結✌️構、尺寸所🐅決(jue)👅定的常數,不受流(liú)體溫度、壓力、密度(du)、粘💃🏻度、成分等性質(zhì)變化的影響，對于(yu)各種液體、氣體、蒸(zhēng)汽都有相同的👄數(shù)值。所☁️以，理論上儀(yí)表的标定系數在(zài)基本誤🛀差範圍内(nei)保持一緻，具有通(tōng)用性。
　　由于目前國(guó)内許多生産廠家(jiā)生産方式不規範(fan)，無标定條件，使得(de)生産的渦街流量(liang)計的K值無法得到(dào)保證且與實際值(zhi)相差較大。實際使(shi)用中，影響儀表系(xi)數的因素及解決(jué)方法叙述如下:
①流(liu)速和粘度的變化(hua)
　　工業管道中絕大(da)多數流體Re>2x104，滿足渦(wō)街流量計的正常(cháng)測量範圍。如因某(mou)種原因使流體🌏的(de)流速降低和成)運(yun)動粘度升高，都将(jiāng)導緻Re下降🌈。當Re<2x104時，K值(zhi)會發生較大的變(biàn)化，出現了非線性(xing)誤☎️差。這在儀表選(xuan)型、安裝上可以✨通(tong)過縮管來提高流(liu)速以增大Re值。當管(guan)徑縮小爲原來的(de)1/n,Re可提高n倍。其次🐪,因(yīn)液體運動粘度是(shi)溫度⛱️的函數，當溫(wēn)度升高時粘度下(xià)降，同樣♊可使Re增大(da)，從而确保正常流(liú)量落在儀表量程(cheng)下限之上。
②堆積
　　如(ru)果被測介質中存(cun)在粘性顆粒物質(zhi)或夾雜較多纖維(wei)狀物質，則可能會(huì)逐漸堆積在三角(jiao)柱發生體迎流面(miàn)上,使其⛷️幾何形狀(zhuàng)尺寸發生變化,使(shǐ)儀表系數K也随💋之(zhi)變化,産生附加測(cè)量誤差。爲了減小(xiǎo)這個誤差，在條件(jian)允許的☀️情況下,可(ke)🚩定期清除堆積物(wu)或對被測介質進(jin)行預處理。
③磨損
　　如(ru)果三角柱發生體(ti)兩棱邊因某種被(bei)測介質作用而受(shòu)到磨損，雖然儀表(biao)系數K對邊緣尖銳(rui)度的變化不像孔(kong)闆流量🤟計那樣敏(mǐn)感，但也會引起附(fù)加誤差。這就要求(qiu)定期♌校驗或🐅更換(huàn)一😄次表。
④溫度變化(hua)
　　儀表系數K通常在(zài)常溫20℃左右)下标定(dìng),如果被測介質的(de)溫🈲度較高或較低(di),與常溫相差較大(da)，造成流通面積變(bian)化而引起附加誤(wù)差，因此對儀表系(xi)數K必須進🌈行補償(cháng)修正。根據固體熱(re)膨脹定律可得到(dao)修正系數K,的表達(dá)式:
Kt,=1-ax10-5(t-20)
　　式中:t-被測流體(tǐ)的溫度;a-儀表發生(sheng)體材質對應的系(xì)數(不鏽📱鋼、鑄鐵a=4.88,哈(hā)氏合金鋼C2a=3.40,钛a=2.62)。
修正(zheng)後的儀表系數爲(wèi)
K'=KtK=K[1-ax10-5(t-20)]
計算表明，當t>100℃或t<100℃時(shí),有必要.進行此項(xiang)修正。
(2)安裝中存在(zài)的問題及其對策(cè)
　　應力式渦街流量(liàng)計是依據流體力(li)學振動現象中振(zhèn)動⚽頻率與💜流速的(de)對應關系工作。它(ta)對管道流速分布(bù)畸變、流動脈動🎯及(ji)旋轉流十分敏感(gǎn)，同時由于⭐其感.測(cè)元件爲壓電晶體(ti)，各種機械振動對(duì)輸出信号幹擾較(jiao)大,僅表抗振性差(cha)。因此現場安裝條(tiao)件要求較高。
　　爲了(le)達到測量精度，渦(wo)街流量計必須保(bao)證一定的前後直(zhi)管段‼️,并盡量避免(mian)在靠近調節閥、半(bàn)開閥和.截止📞閥後(hòu)安裝流量👅計;測壓(yā)點和測溫點應分(fen)别在‼️下遊側☀️距流(liú)量⭐計中心線3.5D~5.5D和6D-8D;。
　　渦(wo)街流量計的表體(tǐ)安裝不良，如接管(guǎn)偏大、偏小、偏移有(you)台階)或墊片突入(ru)管道都會引起測(ce)量誤差。配管内徑(jing)一般應🔆等于🔴或略(lue)大于流量計的内(nei)徑。如配管的實👄際(jì)内徑略小于📐流量(liang)計的内徑5%以内),雖(sui)不會影響僅表的(de)固有K系數，但因流(liú)通面積突變引起(qi)表👉觀流速變化而(er)産生附加測量誤(wu)差，這可以通過修(xiū)正K系數來補償。修(xiu)正後的儀表系數(shù)爲
K"=K（D2/D1）2
式中:Dt-儀表實際(jì)内徑;D2-配管實際内(nei)徑。
　　當測量容易汽(qi)化的液體或工作(zuò)條件接近臨界狀(zhuang)态的👨‍❤️‍👨液☂️體時,爲防(fang)止氣穴現象出現(xian)，設計安裝時必須(xu)确認管👣道内的最(zuì)低壓♍力P'，這樣才能(neng)保證渦街流量計(ji)正常工作🔴。p由下式(shì)計算:
p≥2.7△p+1.3po
△p≈1.1x10-6ρv2
　　式中:p-管道内(nei)流體絕對壓力，MPa;△p-流(liu)體在.發生體前後(hou)的壓差，MPa;po-在工作溫(wen)度下流體的飽和(hé)蒸汽壓，MPa;ρ--工作條件(jian)下流👨‍❤️‍👨體的密度，kg/m³，V-流(liú)動流體的流速,m/s.
儀(yí)表使用中還要注(zhù)意以下問題:
①安裝(zhuāng)渦街流量計的位(wèi)置要遠離動力設(she)備和變化頻繁的(de)閥門💃🏻，如管線振動(dong)較大，應在流量計(jì)前、後2D處加裝固定(dìng)支架以鹹振;
②如管(guǎn)道流體的流速不(bu)穩，可考慮在管線(xiàn)上增加穩壓裝置(zhi)或🔞整流器來消除(chú)流速分布的不均(jun1)勻現象❌;
③由于壓電(diàn)晶體的靈敏度随(suí)溫度升高而大幅(fu)度下🏃🏻降，應㊙️避免在(zài)🤞測量高溫介質（≤250℃),特(te)别是高低溫頻繁(fán)變化的介質中使(shi)用;
④流量計的安裝(zhuāng)位置應避開較強(qiáng)的熱源、電場及磁(ci)場,盡量選擇較好(hao)的工作環境。
(3)現場(chang)調試中存在的問(wen)題及對策
　　由于應(ying)力式渦街流量計(jì)使用時受現場安(ān)裝條件、環❗境條件(jian)、所測介質的實際(ji)流動狀況和流量(liàng)計的自身因素🚶‍♀️等(deng)各♋方面影響❓很大(dà),必須進行現場調(diao)試,把各種因素的(de)影響降到最低。方(fāng)法如下:
①應力式渦(wo)街流量計發生體(ti)中封裝的壓電晶(jīng)體有單片⭐和雙片(pian)裝兩種，它們通過(guo)專用引線接入到(dào)轉換器輸入端。斷(duàn)⛹🏻‍♀️開接點，用萬用表(biǎo)檢測每兩根引線(xian)之間、每👄根引線與(yu)表殼之間的電阻(zu)值應≥20MQ.若有電阻值(zhí)則說明探頭性能(neng)📱下降;若爲電阻值(zhí)爲幾十千歐💛以下(xia)，則說明探頭可能(néng)損壞或專用引線(xiàn)受潮、被腐蝕。
②上述(shù)檢測均正常,再用(yòng)物體輕敲探頭或(huo)表體，用示‼️波器🧑🏾‍🤝‍🧑🏼可(kě)觀察到不規則正(zhèng)弦波，或用萬用表(biao)交流電壓擋可測(ce)量到幅值100~200mV的交變(biàn)信号，則說明探頭(tou)完好。
③NB調整時使用(yòng)示波器一邊觀察(chá)電荷放大器輸出(chu)端的信号波👈形，一(yi)邊進行調整。在流(liú)量爲零時最易調(diào)❄️整,在小流量時🧡皎(jiao)體流速<0.5m/s,氣體或蒸(zheng)汽流速<8m/s)調整也可(kě)行。如用萬用表調(diào)整🔱，在流量爲零時(shi)使脈沖輸出爲零(ling)或電👈流輸出爲4mA。
④TLA調(diao)整起抑制振動等(deng)幹擾的作用。在NB調(diào)整效果不明🙇🏻顯時(shí)，需進行🌂TLA調整。TLA調整(zheng)原則上使用示波(bō)器一邊觀察有源(yuán)濾波電路的輸出(chū)端及脈沖放大電(dian)路的輸👨‍❤️‍👨出端的信(xìn)号波形，一邊進行(hang)調整;在流量爲零(líng)時調整至脈沖輸(shū)出爲零🐇;在小流量(liàng)時液體流速<0.5m/s,氣體(ti)或💞蒸汽流速<8m/s)調整(zheng)至脈沖輸出爲規(guī)則的方波。
　　現場調(diào)整非常重要，同時(shí)也應該注意檢查(chá)儀表的🏃‍♂️接地是否(fǒu)🔴完❌好，電源的電壓(ya)是否在規定的範(fan)圍内，負載電阻大(dà)小，電纜線連接和(he)絕緣性是否符合(he)要💃求等。

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