摘(zhai)要:渦街(jie)流量計(ji) 是現代(dai)石油化(hua)工行業(ye)中測量(liang)流量的(de)重要工(gong)具之一(yi);簡述了(le)渦街流(liu)量計的(de)測量原(yuan)理和主(zhu)要優點(dian)，提供了(le)渦街流(liu)量計的(de)選型、安(an)裝、使用(yong)和維護(hu)的建議(yi)👄;通過規(gui)🌈範設計(ji)👄、合理選(xuan)型、正确(que)的安裝(zhuang)和維護(hu)，讓渦街(jie)流量計(ji)在石油(you)化工行(hang)業中發(fa)揮更大(da)的作用(yong)。
　　渦街流(liu)量計(VortexStreetFlowmeter，簡(jian)稱VSF)自20世(shi)紀70年代(dai)在工業(ye)上應用(yong)以來🈲，由(you)于💃🏻它具(ju)有一些(xie)突出的(de)特點，受(shou)到用戶(hu)歡迎，并(bing)得到迅(xun)速發展(zhan)。但在實(shi)踐中經(jing)常會出(chu)現一些(xie)預料不(bu)到的問(wen)題，這就(jiu)是用戶(hu)對渦街(jie)流量計(ji)存在一(yi)些疑慮(lü)的的原(yuan)因，它亟(ji)需🏒探索(suo)解決。
1渦(wo)街流量(liang)計的測(ce)量原理(li)
　　在流體(ti)中設置(zhi)旋渦發(fa)生體(阻(zu)流體)，從(cong)旋渦發(fa)生體兩(liang)側交㊙️替(ti)🥵地産生(sheng)有規則(ze)的旋渦(wo)，這種旋(xuan)渦稱爲(wei)卡曼渦(wo)⛱️街，如🌂圖(tu)1所示。
 
　　旋(xuan)渦列在(zai)旋渦發(fa)生體下(xia)遊非對(dui)稱地排(pai)列。設旋(xuan)渦的發(fa)生頻率(lü)爲f，被測(ce)介質來(lai)流的平(ping)均速度(du)爲U，旋渦(wo)發生體(ti)迎面寬(kuan)度爲d，表(biao)體通徑(jing)爲D，根據(ju)卡曼渦(wo)街原理(li)，有如下(xia)關系式(shi):
 
式中:
U1———旋(xuan)渦發生(sheng)體兩側(ce)平均流(liu)速，m/s
Sr———斯特(te)勞哈爾(er)數;
m———旋渦(wo)發生體(ti)兩側弓(gong)形面積(ji)與管道(dao)橫截面(mian)面積之(zhi)😘比
 
管道(dao)内體積(ji)流量qv爲(wei):
qv=πD2U/4=πD2mdf/4Sr(2)
K=f/qv=［πD2md/4Sr］-1(3)
式中:K———流(liu)量計的(de)儀表系(xi)數，脈沖(chong)數/m3(P/m3)
　　K除與(yu)旋渦發(fa)生體、管(guan)道的幾(ji)何尺寸(cun)有關外(wai)，還與斯(si)🔱特勞哈(ha)爾👅數有(you)關。斯特(te)勞哈爾(er)數爲無(wu)量綱參(can)數，它與(yu)旋渦發(fa)生體🚩形(xing)狀及雷(lei)諾數有(you)關。
 
　　圖2所(suo)示爲圓(yuan)柱狀旋(xuan)渦發生(sheng)體的斯(si)特勞哈(ha)爾數與(yu)管道雷(lei)諾數的(de)關系圖(tu)。由圖2可(ke)見，在ReD=2×104～7×106範(fan)圍内，Sr可(ke)視爲🎯常(chang)數，這是(shi)儀表正(zheng)常🌂工作(zuo)範圍。當(dang)測量氣(qi)體流量(liang)時，渦街(jie)流量計(ji)的🈚流量(liang)計算式(shi)爲:
 
式中(zhong):qVn，qV———标準狀(zhuang)态下(0℃或(huo)20℃，101.325kPa)和工況(kuang)下的體(ti)積流量(liang)，m3/h
Pn，P———标準狀(zhuang)态下和(he)工況下(xia)的絕對(dui)壓力，Pa
Tn，T———标(biao)準狀态(tai)下和工(gong)況下的(de)熱力學(xue)溫度，K
Zn，Z———标(biao)準狀态(tai)下和工(gong)況下氣(qi)體壓縮(suo)系數
　　由(you)式(4)可見(jian)，渦街流(liu)量計輸(shu)出的脈(mo)沖頻率(lü)信号不(bu)受流體(ti)物性和(he)組分變(bian)化的影(ying)響，即儀(yi)表系數(shu)在一定(ding)雷諾㊙️數(shu)範🙇🏻圍内(nei)僅與旋(xuan)渦發生(sheng)體及管(guan)道的形(xing)狀尺寸(cun)等有關(guan)。但是作(zuo)爲流量(liang)計在🙇‍♀️物(wu)料平衡(heng)及能源(yuan)計量中(zhong)需檢測(ce)質量流(liu)量，這時(shi)流量計(ji)的輸出(chu)信号應(ying)同時監(jian)測體積(ji)流量和(he)流體密(mi)度，流體(ti)物性和(he)組分🌍對(dui)流量計(ji)量還是(shi)有直接(jie)影響的(de)。
2渦街流(liu)量計的(de)主要優(you)點
(1)渦街(jie)流量計(ji)結構簡(jian)單，安裝(zhuang)維護方(fang)便(與節(jie)流式差(cha)壓流量(liang)♍計相比(bi)較，不需(xu)要導壓(ya)管和三(san)閥組等(deng)，在設計(ji)過程中(zhong)👄無需考(kao)慮伴熱(re)、密閉排(pai)放以及(ji)引壓所(suo)需要考(kao)慮🏃‍♂️的一(yi)系✊列問(wen)題📐);
(2)輸出(chu)爲脈沖(chong)頻率，其(qi)頻率與(yu)被測量(liang)流體的(de)實際體(ti)積流量(liang)成正🧡比(bi)，它不受(shou)流體組(zu)分、密度(du)、壓力、溫(wen)度的👨‍❤️‍👨影(ying)響;
(3)量程(cheng)比寬，可(ke)達10∶1或20∶1(适(shi)用于工(gong)藝介質(zhi)流量變(bian)化範圍(wei)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻較🏃大);
(4)壓(ya)損小(約(yue)爲孔闆(pan)流量計(ji)1/4～1/2)，無可動(dong)部件，可(ke)靠性高(gao);
(5)精度爲(wei)中上水(shui)平，可适(shi)用液體(ti)、氣體和(he)蒸汽。
3渦(wo)街流量(liang)計的選(xuan)型
　　根據(ju)SH3005－1999《石油化(hua)工自動(dong)化儀表(biao)選型設(she)計規範(fan)》中規定(ding)渦街流(liu)量計的(de)選用，應(ying)符合下(xia)列規定(ding)［2］:
(1)潔淨氣(qi)體、蒸汽(qi)和液體(ti)的流量(liang)測量。
(2)低(di)流速及(ji)粘度大(da)于20mPa·s液體(ti)的測量(liang)，不宜采(cai)用渦街(jie)流量計(ji)⛹🏻‍♀️。
在工程(cheng)設計中(zhong)宜考慮(lü)下列情(qing)況:
(1)一般(ban)液體平(ping)均流速(su)下限爲(wei)0.5m/s，氣體爲(wei)4～5m/s。渦街流(liu)量計的(de)正常流(liu)量最🌂好(hao)在正常(chang)測量範(fan)圍的1/2～2/3處(chu)。
(2)液體适(shi)合于雷(lei)諾數20000以(yi)上，氣體(ti)和蒸汽(qi)适合于(yu)15000以上。
(3)口(kou)徑不宜(yi)過大，大(da)口徑儀(yi)表系數(shu)較低，頻(pin)率分辨(bian)率低，口(kou)徑愈大(da)愈低。
(4)介(jie)質溫度(du)不宜過(guo)高，影響(xiang)電子元(yuan)件的使(shi)用壽命(ming)。
(5)脈動流(liu)和旋轉(zhuan)流、兩相(xiang)流的情(qing)況不适(shi)合使用(yong)渦街流(liu)量計😄。
(6)儀(yi)表縮徑(jing)不宜過(guo)大，縮徑(jing)将流速(su)提高，同(tong)時也增(zeng)加了阻(zu)力和背(bei)⛹🏻‍♀️壓，容易(yi)出現空(kong)穴現象(xiang)。4
4.渦街流(liu)量計的(de)安裝
4.1渦(wo)街流量(liang)計的安(an)裝要求(qiu)
根據SH/T3104－2000《石(shi)油化工(gong)儀表安(an)裝設計(ji)規範》中(zhong)規定渦(wo)街流量(liang)計的安(an)🏃‍♀️裝要求(qiu)如下:
(1)測(ce)量液體(ti)時渦街(jie)流量計(ji)應安裝(zhuang)于被測(ce)介質完(wan)全充滿(man)的管道(dao)上。
(2)渦街(jie)流量計(ji)在水平(ping)敷設的(de)管道上(shang)安裝時(shi)，應充分(fen)考慮介(jie)質溫💚度(du)對變送(song)器的影(ying)響。
(3)渦街(jie)流量計(ji)在垂直(zhi)管道上(shang)安裝時(shi)，應符合(he)以下規(gui)定:
①測量(liang)氣體時(shi)，流體可(ke)取任意(yi)流向
②測(ce)量液體(ti)時，液體(ti)應自下(xia)而向上(shang)流動。
(4)渦(wo)街流量(liang)計下遊(you)應具有(you)不小于(yu)5D(流量計(ji)直徑)的(de)直管段(duan)長👣度，渦(wo)街流量(liang)計上遊(you)直管段(duan)長度應(ying)符合以(yi)下規定(ding):
①當工藝(yi)管道直(zhi)徑大于(yu)儀表直(zhi)徑(D)需縮(suo)徑時，不(bu)小于15D;
②當(dang)工藝管(guan)道直徑(jing)小于儀(yi)表直徑(jing)(D)需擴徑(jing)時，不小(xiao)于18D;
③流量(liang)計前具(ju)有一個(ge)90°彎頭或(huo)三通時(shi)，不小于(yu)20D;
④流量計(ji)前具有(you)在同一(yi)平面内(nei)的連續(xu)兩個90°彎(wan)頭時🏃，不(bu)小🐇于40D;
⑤流(liu)量計前(qian)具有不(bu)同平面(mian)内的連(lian)接兩個(ge)90°彎頭時(shi)，不小🔱于(yu)🆚40D;
⑥流量計(ji)裝于調(diao)節閥下(xia)遊時，不(bu)小于50D;
⑦流(liu)量計前(qian)裝有不(bu)小于2D長(zhang)度的整(zheng)流器，整(zheng)流器前(qian)應🈲有⭐2D，整(zheng)流器後(hou)應有不(bu)小于8D的(de)直管段(duan)長度。
(5)被(bei)測液體(ti)中可能(neng)出現氣(qi)體時，應(ying)安裝除(chu)氣器。
(6)渦(wo)街流量(liang)計應安(an)裝于不(bu)會引起(qi)液體産(chan)生氣化(hua)的位置(zhi)。
(7)渦街流(liu)量計前(qian)後直管(guan)段内徑(jing)與流量(liang)計内徑(jing)的偏差(cha)應不大(da)⭐于🐅3%。
(8)對有(you)可能損(sun)壞檢測(ce)元件(旋(xuan)渦發生(sheng)體)的場(chang)所，管道(dao)安裝🌈的(de)渦街👈流(liu)量計應(ying)加前後(hou)截止閥(fa)和旁路(lu)閥，插入(ru)式渦街(jie)流量❌計(ji)應安裝(zhuang)切斷球(qiu)閥。
(9)渦街(jie)流量計(ji)不宜安(an)裝在有(you)震動的(de)場所。
4.2渦(wo)街流量(liang)計的安(an)裝要求(qiu)
　　根據GB50093－2002《自(zi)動化儀(yi)表工程(cheng)施工及(ji)驗收規(gui)範》中規(gui)定渦街(jie)流量🌐計(ji)的💃🏻安裝(zhuang)要求如(ru)下:
　　渦街(jie)流量計(ji)信号線(xian)應使用(yong)屏蔽線(xian)，上下遊(you)直管段(duan)㊙️的📧長度(du)應🏒符合(he)設計文(wen)件要求(qiu)，放大器(qi)與流量(liang)計分開(kai)安😄裝時(shi)，兩者之(zhi)間的距(ju)離不應(ying)超過20m。
在(zai)工程設(she)計中宜(yi)考慮下(xia)列情況(kuang):
(1)垂直安(an)裝時，向(xiang)上流動(dong)的流體(ti)能夠确(que)保儀表(biao)總是滿(man)管，且㊙️介(jie)質中的(de)固态成(cheng)分能夠(gou)均勻分(fen)布。
(2)水平(ping)安裝時(shi)，液體避(bi)免U型安(an)裝方式(shi)，氣體避(bi)免倒U型(xing)安裝方(fang)🔴式。不同(tong)廠家的(de)産品分(fen)體安裝(zhuang)有不同(tong)的參考(kao)溫度，還(hai)有的廠(chang)家🔞帶散(san)熱片。
(3)在(zai)設計過(guo)程中應(ying)根據上(shang)遊情況(kuang)具體要(yao)求每台(tai)渦街流(liu)量計的(de)直管段(duan)。
(4)渦街流(liu)量計對(dui)安裝點(dian)上下遊(you)配管的(de)直徑偏(pian)差和同(tong)軸度等(deng)有相應(ying)要求，配(pei)管内徑(jing)d與儀表(biao)的通徑(jing)D相同，滿(man)足0.95d≤D≤1.1d。配管(guan)與流量(liang)😍計同心(xin)，同軸度(du)應小于(yu)0.05D。流量計(ji)與法蘭(lan)🐆之間的(de)密封墊(nian)❌不能凸(tu)入管道(dao)内，其内(nei)徑可比(bi)流量計(ji)内徑略(lue)大。
(5)當需(xu)要将實(shi)測壓力(li)和溫度(du)信号用(yong)于補償(chang)質量流(liu)量❄️或标(biao)準流量(liang)時，在渦(wo)街流量(liang)計下遊(you)安裝壓(ya)力(下遊(you)4D)和👈溫度(du)變送器(qi)(下遊6D)。
(6)當(dang)管道振(zhen)動時，應(ying)加裝支(zhi)撐物對(dui)管道進(jin)行固定(ding)。(7)避免電(dian)磁幹擾(rao)，應考慮(lü)儀表等(deng)電位接(jie)地。
5渦街(jie)流量計(ji)的使用(yong)和維護(hu)
　　在使用(yong)渦街流(liu)量計過(guo)程中可(ke)能出現(xian)以下問(wen)題:①指👣示(shi)長期不(bu)準;②始終(zhong)無指示(shi);③小流量(liang)時無指(zhi)示;④大流(liu)量時指(zhi)示還可(ke)以♊，小流(liu)量時🌂指(zhi)示不準(zhun);⑤儀表K系(xi)數無法(fa)确定。
總(zong)結引起(qi)這些問(wen)題的主(zhu)要原因(yin)，主要涉(she)及到以(yi)下方🙇‍♀️面(mian)💋:
(1)選型方(fang)面的問(wen)題。有些(xie)渦街傳(chuan)感器在(zai)口徑選(xuan)型上或(huo)者在設(she)計選型(xing)之後由(you)于工藝(yi)條件變(bian)動，使得(de)選擇大(da)了—個規(gui)格，實際(ji)選型應(ying)選擇盡(jin)可能小(xiao)的口徑(jing)，以提高(gao)測量精(jing)度，這方(fang)面的原(yuan)💜因主要(yao)同問題(ti)①、②、③、④有關。例(li)如，一條(tiao)渦街管(guan)線設計(ji)上供幾(ji)個設備(bei)使用，由(you)于工藝(yi)部分設(she)備有時(shi)候不使(shi)用，造成(cheng)目🌈前實(shi)際使用(yong)流量減(jian)小，實際(ji)使用造(zao)成原設(she)計選型(xing)口徑過(guo)大，相當(dang)于提高(gao)💃🏻了可測(ce)的流量(liang)下限，工(gong)藝🔆管道(dao)小流量(liang)時指示(shi)無法保(bao)證，流量(liang)大時還(hai)可以使(shi)用。宜🌏使(shi)用縮徑(jing)型渦街(jie)流量計(ji)。(2)安裝方(fang)面的問(wen)題。主要(yao)是傳感(gan)器前面(mian)的直管(guan)段長度(du)不夠，影(ying)響測量(liang)精度，這(zhe)方面的(de)原🐪因主(zhu)要同問(wen)題①有關(guan)。例如:當(dang)傳感器(qi)前面直(zhi)管段明(ming)顯不足(zu)，用于控(kong)制時精(jing)度下降(jiang)，用👣于計(ji)量時誤(wu)差較大(da)。應使用(yong)整流器(qi)。
(3)工藝參(can)數的問(wen)題。由于(yu)參數錯(cuo)誤，導緻(zhi)儀表指(zhi)示有誤(wu)🔱.這方🏃‍♀️面(mian)的原因(yin)主要同(tong)問題①有(you)關。應與(yu)工藝系(xi)統專業(ye)協商，對(dui)選型參(can)🆚數進☁️行(hang)核實。由(you)于理論(lun)工況與(yu)🔅實際工(gong)況不可(ke)能完全(quan)一緻，故(gu)小範圍(wei)的誤差(cha)是有可(ke)能的。
(4)線(xian)路連接(jie)的問題(ti)。部分回(hui)路表面(mian)上看線(xian)路連接(jie)很❤️好，仔(zai)♈細檢查(cha)，有的接(jie)頭實際(ji)已松動(dong)造成回(hui)路中斷(duan)，有的接(jie)頭雖連(lian)接很緊(jin)但緊固(gu)螺釘卻(que)緊固在(zai)線皮上(shang)，也使得(de)回路中(zhong)斷，這💃部(bu)分原因(yin)主要同(tong)問題②有(you)關。宜選(xuan)擇業績(ji)好的産(chan)⭐品
(5)使用(yong)環境的(de)問題。尤(you)其是安(an)裝在地(di)井中的(de)傳感器(qi)💃🏻部分🌐，由(you)于環境(jing)濕度大(da)，造成線(xian)路闆受(shou)潮，這部(bu)分原因(yin)主要同(tong)🈲問題②有(you)關。應使(shi)用分體(ti)式安裝(zhuang)方式。
(6)K系(xi)數标定(ding)的問題(ti)。K系數隻(zhi)能依據(ju)廠家提(ti)供的資(zi)料，由于(yu)廠📞家本(ben)身的一(yi)些變動(dong)，造成提(ti)供的幾(ji)處資料(liao)上K系數(shu)不—緻，影(ying)響了🚶問(wen)題🔆解決(jue)。建議供(gong)貨商提(ti)供最終(zhong)的标定(ding)校核書(shu)，并根據(ju)标定校(xiao)核書對(dui)相應的(de)儀❗表量(liang)程範圍(wei)做最後(hou)修訂(最(zui)好寫到(dao)标書中(zhong)，要求标(biao)定校核(he)書随供(gong)貨清單(dan)一起發(fa)到施工(gong)現場)。
6結(jie)語
　　通過(guo)多個工(gong)程項目(mu)的實踐(jian)證明，隻(zhi)要對渦(wo)街流量(liang)💋計👣的性(xing)能、特點(dian)有了全(quan)面深入(ru)的了解(jie)，有了應(ying)付各種(zhong)情況的(de)方法✨，渦(wo)街流量(liang)😘計一定(ding)會成爲(wei)流量測(ce)量中的(de)得力助(zhu)手❌;選用(yong)渦街流(liu)量計或(huo)其它管(guan)道式流(liu)量計，具(ju)有🌈相當(dang)的合理(li)性，可以(yi)有效的(de)減🈚少設(she)計的工(gong)程量和(he)提高整(zheng)體水平(ping)。

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