摘要(yào)渦街流量(liàng)計 因其儀(yí)表系數與(yu)流體特性(xing)無關、精度(du)高、寬量程(cheng)比㊙️和✔️低壓(ya)損等優點(diǎn)，在化工領(ling)域的應用(yòng)越來越廣(guang)。以熱解分(fèn)級煉制新(xin)工藝對煤(méi)及液化殘(cán)渣進行煉(lian)制利用中(zhōng)的産品🏒之(zhi)一熱解氣(qì)爲例，介紹(shào)渦街流量(liang)計⛷️的選型(xing)設計。
　　我國(guo)低階煤資(zi)源儲藏豐(feng)富，占可采(cǎi)儲量40%以上(shàng)。然而它的(de)高效利用(yòng)一直是業(ye)内努力攻(gong)克的難題(ti)。低階煤含(han)水量高，熱(re)值低，機械(xiè)強度低，化(hua)學穩定性(xing)差。爲此，北(běi)京低碳清(qīng)潔能源研(yan)究所承擔(dān)國家高技(ji)術研🐕究發(fā)展計🏒劃項(xiang)目課✊題“煤(mei)分級煉制(zhì)清潔📐燃料(liao)關鍵❤️技術(shu)研究”，采用(yong)熱解分級(ji)煉制新工(gong)藝對煤及(jí)液化殘渣(zha)進行煉制(zhi)利用，在溫(wēn)和的條件(jiàn)下對原料(liào)進行加工(gōng)處理☎️，分步(bù)驟地将其(qi)中有用的(de)👣成分充分(fen)提取出來(lái)，得到的産(chǎn)品之🤩一爲(wèi)熱解氣，去(qù)除焦油後(hòu)的熱🔞解氣(qì)組成見表(biao)1，本工程中(zhong)采用渦街(jie)流量計對(duì)其進行測(ce)量。

1渦街流(liu)量計概述(shù)
　　渦街流量(liang)計是20世紀(jì)70年代發展(zhan)起來的一(yī)種新型流(liu)量儀🔞表，80年(nian)代制定了(le)渦街流量(liang)計專業标(biāo)準(ZBN12008－1989)和檢測(ce)規程(JJG620－1989)。渦街(jie)流量計目(mu)前已發展(zhǎn)成爲主流(liú)流量儀表(biao)👉之一，因其(qi)有諸多優(yōu)點，吸引了(le)國内外衆(zhong)多研究者(zhe)和企業的(de)👌關注。研究(jiū)者從多方(fang)📧面對其進(jìn)行深入的(de)研究:①旋渦(wō)發生體的(de)研究👨‍❤️‍👨［1，2］;②壓電(dian)傳感器探(tan)頭位置的(de)‼️研究［3］;③數字(zì)信号處理(lǐ)方法的研(yán)究［4］;④渦街信(xìn)号檢測方(fang)法的研究(jiū)🏃‍♂️［5］;⑤數值仿真(zhēn)方法✏️的研(yán)究［6］
　　在衆多(duo)流量計中(zhōng)，渦街流量(liang)計的安裝(zhuang)、運行、維護(hu)費低于節(jiē)流式、容積(jī)式等，購置(zhì)費低于容(rong)積式、質量(liang)式等，是一(yī)種實用性(xìng)和經濟性(xing)都較好的(de)流量計，受(shòu)到用戶廣(guang)泛歡迎。該(gāi)流量計優(you)點如下:
(1)在(zai)一定雷諾(nuò)數Ｒe範圍内(nei)(2×104～2×106)，輸出頻率(lǜ)信号不受(shou)流體物性(xing)💰(密度、粘度(du)♍)和組分變(bian)化影響，即(jí)儀表系數(shu)僅與旋渦(wo)發生體的(de)形狀尺✂️寸(cùn)及管道的(de)形狀尺寸(cùn)有關，可以(yǐ)在一種典(diǎn)型介質中(zhong)校驗而适(shi)用于各種(zhǒng)介質。
(2)精度(dù)較高(與差(cha)壓式、浮子(zi)式流量計(ji)比較)。
(3)量程(cheng)比可達10∶1或(huò)20∶1，目前已有(yǒu)廠家在研(yán)制适用于(yú)氣體測量(liang)能🐕達到80∶1的(de)渦街流量(liang)計。
(4)壓損小(xiǎo)(約爲孔闆(pan)流量計的(de)25%～50%)，大幅度降(jiàng)低能耗。
(5)結(jie)構簡單牢(lao)固，安裝維(wei)護方便。
(6)使(shi)用範圍廣(guǎng)，可測量液(ye)體、氣體、蒸(zheng)汽和部分(fen)混相流體(tǐ)🌈。
2渦街流量(liang)計的參數(shu)計算
2.1工作(zuò)狀态和标(biāo)準狀态下(xia)的體積流(liu)量換算
　　渦(wo)街流量計(ji)的輸出信(xin)号是與工(gōng)作狀态的(de)體積流量(liàng)成正比🔞例(lì)，氣體的體(ti)積流量受(shou)溫度、壓力(li)影響較大(dà)，在流量計(jì)選型時🔞，若(ruo)提供的流(liu)量是标準(zhǔn)狀态下的(de)體積㊙️流量(liàng)或㊙️質量流(liu)量，應把它(tā)換算成工(gong)作狀态🔞下(xia)的體積流(liu)量。
qV=qn(PnTZ/PTnZn)?????? (1)
式中，qV、qn分(fèn)别爲工作(zuo)狀态和标(biao)準狀态下(xià)的體積流(liú)量，m3/h;P、Pn分别爲(wèi)工作狀态(tài)和标準狀(zhuàng)态下14的絕(jué)對壓力，Pa;T、Tn分(fèn)别爲工作(zuo)狀态和标(biāo)準狀态下(xia)的熱力學(xue)溫度，K。
2.2雷諾(nuo)數、壓力損(sǔn)失和背壓(ya)的計算
　　在(zài)渦街流量(liang)計選擇流(liú)量計通徑(jìng)時，主要是(shì)對流量下(xià)限值🧡進行(háng)核算雷諾(nuò)數，最小雷(lei)諾數不應(yīng)低于下限(xiàn)雷諾數，即(jí)雷諾數Ｒe≥2×104。在(zài)測🌈量介質(zhì)爲液态時(shí)，還應檢查(cha)最小🈚工作(zuo)壓力是否(fou)高于工作(zuo)溫度♋下的(de)飽和蒸汽(qi)壓，即是㊙️否(fǒu)産生氣穴(xue)現象。
(1)雷諾(nuo)數Ｒe是一個(gè)表針流體(tǐ)慣性力與(yu)粘性力之(zhi)比的無🔱量(liàng)綱💃🏻量:

式中(zhong)，Q爲體積流(liu)量，m3/h;D爲流量(liang)計内徑，mm;v爲(wèi)運動粘度(dù)，m2/s。
(2)壓力損失(shī):選擇流量(liang)計時，通常(cháng)可能會對(duì)流量計的(de)通徑進行(hang)适當縮小(xiao)，以取得較(jiào)大的流速(su)和合适的(de)流量量程(cheng)。但是如果(guo)縮徑過于(yú)嚴重，可能(neng)會導緻較(jiào)大的壓⭕力(lì)損失，能耗(hao)會增加，因(yin)此在選擇(ze)流量計的(de)通徑時，也(ye)需要适當(dang)考慮壓力(li)📱損失，盡可(kě)能減小壓(ya)🛀力損失。壓(ya)力損失△P計(jì)算:
△P=1.1×10－5ρ·V2　　　　　　　(3)
式中，△P爲(wei)壓力損失(shī)，kg/m2;ρ爲流體密(mì)度，kg/m3;V爲流速(sù)，m/s。
(3)背壓:測量(liàng)液體的流(liú)量時，要确(que)認工藝管(guǎn)道的壓力(lì)對于較小(xiao)的公稱通(tōng)徑而言有(yǒu)足夠大的(de)背壓，避免(miǎn)🔴氣穴産生(sheng)。流量計下(xià)遊的管道(dào)壓力應滿(man)足:
P≥2.7△P+1.3P0(4)
式中，P爲(wei)流量計下(xia)遊3.5～7.5D的最小(xiǎo)管道壓力(li)，kg/cm2(A);P0爲液體的(de)飽和蒸汽(qi)壓，kg/cm2。
（4）根據工(gōng)藝要求及(ji)現場安裝(zhuang)環境選擇(zé)耐壓、耐溫(wēn)等級、防護(hu)等級、防爆(bao)等級、輸出(chu)信号等。
3測(cè)量熱解氣(qi)的渦街流(liú)量計的選(xuan)型設計
　　熱(re)解氣的組(zu)分如表1所(suǒ)述，其工藝(yi)參數:操作(zuo)密度0.63kg/m3，運動(dong)粘度2×10－5m2/s，操🔱作(zuò)溫度48.9℃，操作(zuò)壓力7.5kPa，管道(dào)DN80，最小流量(liàng)50Nm3/h，正常流量(liàng)100Nm3/h，最大流量(liang)150Nm3/h，儀🚶‍♀️表測量(liàng)範❗圍選擇(zé)0～180Nm3/h。
　　因爲本裝(zhuāng)置爲試驗(yàn)裝置，在裝(zhuang)置運行的(de)過程中，業(ye)主可♍能會(hui)根💘據需要(yào)适當調整(zheng)參數，因此(cǐ)選關鍵設(she)備的✉️工程(cheng)可行性、優(you)化工藝參(cān)數的關鍵(jian)參數之一(yi)，因此使用(yòng)精度高一(yī)些的流量(liàng)計也是有(yǒu)必要的;熱(rè)解氣的組(zu)分随着參(can)數的調整(zhěng)🌈也可能會(huì)🚶發生變化(huà)，因此基于(yú)伯努利方(fāng)程原✂️理的(de)，如孔闆、噴(pēn)嘴、阿牛巴(ba)🌍、德爾塔巴(bā)、平衡式等(deng)都不能很(hěn)好的測量(liàng)，因爲這類(lei)流量計受(shòu)流體物🥵性(xing)(密度、粘度(dù))和組分變(biàn)化影響，且(qie)最終的熱(rè)解氣産品(pǐn)或多或少(shǎo)都有焦油(yóu)的存在，時(shi)間長了可(ke)🙇‍♀️能堵塞流(liu)量⚽計。楔式(shì)流量計帶(dài)自清潔的(de)💰功能，如果(guo)采用法🔅蘭(lan)取壓🏒，變送(sòng)器采用隔(gé)膜密封式(shì)📧變送器，其(qi)受焦油的(de)影響較📐小(xiao)，楔式流量(liang)計的計算(suan)結果分别(bie)見圖1和圖(tu)2。


　　當H/D比爲0.2時(shi)，其壓力損(sǔn)失達到4kPa，已(yi)經大于操(cao)作壓力的(de)一半，此🚶種(zhong)⛱️方案不可(kě)取，當H/D比爲(wei)0.3時，其壓力(lì)損失爲1.09kPa，可(ke)以接受，但(dan)最小流量(liang)⭐時的差壓(ya)隻有0.11kPa，甚至(zhì)正常流量(liàng)時的差🆚壓(ya)也隻有0.45kPa，由(you)于采用的(de)是隔膜密(mi)封式變送(song)🐕器，此時的(de)精度無法(fǎ)保證;另一(yi)類是基于(yú)線性連續(xù)方程原理(lǐ)的♻️，如渦街(jie)流量💃🏻計、質(zhi)量流量計(ji)等，考慮到(dao)本裝置爲(wei)一😘個實驗(yàn)裝置，質量(liang)⭕流量計價(jià)格昂貴，因(yin)此綜合考(kao)慮介質和(he)裝置的特(te)殊性、壓損(sun)、精度和費(fei)🌈用等因素(sù)，選用渦街(jiē)流量計測(cè)量熱解氣(qì)的流量。
由(yóu)式(1)可得最(zui)小流量對(dui)應的工作(zuò)狀态下的(de)體積流量(liang):

由上述計(ji)算結果可(ke)知，當流量(liàng)計縮徑至(zhi)DN40時，雷諾數(shu)即可滿足(zu)👉要求。
按式(shì)(3)可以核算(suan)下DN50和DN40口徑(jìng)下的最大(dà)壓損:
DN50時:
△P=1.1×10－5×0.63×262=4.7×10－3kg/m2=0.46kPaDN40時(shí):
△P=1.1×10－5×0.63×402=11.1×10－3kg/m2=1.09kPa
利用橫河(hé)公司計算(suàn)軟件計算(suàn)出來的結(jie)果見圖3。

　　從圖(tu)3可見，出流(liú)量計口徑(jing)爲DN80時，最小(xiǎo)流量無法(fa)測量;流量(liang)計口徑縮(suo)徑至DN50時，最(zui)小流量可(ke)測(此時流(liú)體的雷諾(nuo)🏃‍♀️數非☎️常接(jie)近2×104)，但❤️此時(shí)✊的測量精(jing)度稍微差(cha)些;流量計(ji)口徑縮徑(jing)至DN40時，最小(xiao)流量可測(ce)，且精度也(yě)能得到保(bao)證。用上述(shù)公式計算(suàn)的壓損與(yǔ)軟件計算(suàn)出來的也(ye)基本一緻(zhi)，差别來自(zì)計算時流(liu)速及流量(liàng)計口徑均(jun1)采用的💃是(shi)估算值。如(ru)果流量計(ji)縮徑至DN25時(shí)，流量計的(de)壓損已經(jing)達到7.6kPa，壓損(sǔn)較大，無法(fǎ)滿足工藝(yi)要求。因此(ci)選擇DN40口徑(jìng)的流量計(jì)能滿足要(yao)求。對于DN50口(kǒu)徑的方案(an)，如果流量(liang)大于54Nm3/h時，流(liú)量計的精(jīng)度爲此款(kuan)流量計的(de)精度，爲1.0%，當(dāng)流量爲50Nm3/h時(shi)，此時流量(liang)可測，隻是(shì)精度🈚稍差(chà)些，約爲💛1.81%，但(dàn)流量計的(de)壓損會小(xiǎo)很多，從節(jiē)能降💚耗方(fang)面考慮，選(xuǎn)擇DN50口徑的(de)流量計也(ye)是可以的(de)。綜上，選擇(ze)DN40和DN50口徑的(de)渦街流量(liang)計都能滿(man)足🌂要求。
　　操(cao)作溫度爲(wei)48.9℃，沒有特殊(shū)性，選擇普(pǔ)通的渦街(jiē)流量計即(ji)可;根據現(xian)場情況，流(liu)量計爲露(lu)天安裝，防(fang)護等級選(xuan)擇IP65即可✊;根(gēn)據《爆炸危(wēi)險♌環境電(dian)力裝置設(she)計規範》GB50058－2014，本(ben)裝置中各(gè)介⭕質所在(zài)組别屬于(yu)危險物料(liao)，見表2。因此(ci)儀表的防(fang)爆标志選(xuan)擇ExiaⅡCT4Gb即能滿(man)足要求。根(gēn)據項目🐕統(tong)一要求輸(shu)出信号選(xuǎn)擇爲4～20mA+HAＲT。

　　至此(cǐ)，渦街流量(liàng)計的選型(xing)已完成，但(dan)考慮到熱(re)解氣中焦(jiāo)油的存♋在(zai)，選擇渦街(jie)流量計時(shí)，需要注意(yì):①不能選用(yong)因爲技術(shu)需要而在(zai)渦街流量(liàng)計中設計(ji)了小孔結(jié)構的流量(liang)計，因爲焦(jiāo)油有可能(néng)堵塞這些(xiē)孔，從而失(shī)去其原有(you)的作💛用;②焦(jiāo)油有可能(neng)附着在旋(xuán)渦發生體(ti)上，從而改(gǎi)變其結構(gòu)👨‍❤️‍👨，影響測量(liang)精度，因此(ci)需要采用(yòng)帶防粘附(fù)作用的發(fa)生體，另外(wài)考慮到熱(re)解氣中焦(jiao)油的含量(liàng)較小，且由(yóu)于旋渦的(de)存在，其有(yǒu)剝離附着(zhe)在發生體(ti)上的焦油(you)的作用，因(yīn)此認爲其(qí)對測🌈量精(jīng)度的影響(xiǎng)比較小。
4結(jie)語
　　目前項(xiang)目已經開(kai)車成功，渦(wo)街流量計(jì)現場使用(yong)效果特别(bie)好，在整個(ge)實驗的過(guo)程中，都能(néng)很準确地(di)測出熱解(jie)氣❄️的流量(liang)，深受業🔞主(zhǔ)好評。現場(chang)的使用結(jie)果表明，在(zài)🌐發生體帶(dai)防粘附作(zuò)用的情況(kuang)下，低含量(liàng)的焦油對(dui)流量計的(de)測量精度(du)影響不大(da)。目❗前化工(gōng)廠🆚常用的(de)流量計節(jiē)流裝置🐕(孔(kǒng)闆等)，其受(shòu)流體物性(xìng)影響大，量(liang)程比一般(ban)隻有3:1，且容(rong)易出現堵(du)塞，直管段(duàn)要求甚至(zhi)高達50倍管(guǎn)😄徑，另外💜導(dǎo)壓系統還(hái)容易出現(xian)洩漏。渦街(jie)流量計因(yin)其🍓儀表系(xi)數與流體(ti)特性無關(guan)(氣液通用(yòng))、精度高、寬(kuān)量程比和(he)低壓損等(děng)優點，是㊙️節(jie)流裝置的(de)理想替代(dai)🌍品，但隻有(yǒu)正确設計(jì)、正确選型(xíng)以✊及正确(què)安裝的條(tiao)件下才能(neng)發揮其應(ying)有的作用(yong)。

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