摘要(yào)：渦街流(liú)量計 因(yin)其儀表(biǎo)系數與(yǔ)流體特(tè)性無關(guān)、精度高(gao)、寬量程(cheng)比和低(di)❌壓損⭐等(deng)優點，在(zài)化工領(ling)域的應(ying)用越來(lái)越廣。以(yǐ)熱解分(fen)級煉制(zhi)新工藝(yi)對煤及(ji)液化殘(cán)渣進行(hang)煉制利(li)用中的(de)産品之(zhi)一熱解(jie)氣爲例(li)，介紹渦(wō)街流量(liàng)計🐇的選(xuǎn)型設計(ji)。
　　我國低(dī)階煤資(zi)源儲藏(cang)豐富，占(zhan)可采儲(chǔ)量40?以上(shàng)。然而它(ta)🌏的高效(xiao)☁️利用一(yī)直是業(ye)内努力(li)攻克的(de)難題。低(di)階📧煤含(hán)水量高(gao)，熱值低(dī)，機械強(qiang)度低，化(huà)學穩定(dìng)性差。采(cai)用熱解(jie)分級煉(liàn)制新工(gong)藝對煤(méi)及液化(hua)殘渣進(jìn)行煉制(zhi)利用，在(zài)溫和的(de)條件下(xia)對原料(liào)進行加(jiā)工處理(lǐ)，分步驟(zhòu)地将其(qí)中有用(yòng)的成分(fèn)充分提(ti)取出來(lái)，得到的(de)♉産品之(zhī)一爲熱(rè)解氣，去(qù)除焦油(yóu)後的熱(rè)解氣組(zu)成見表(biao)1，采用渦(wō)街流量(liang)🈲計對其(qi)進行測(ce)量👨‍❤️‍👨。

1渦街(jiē)流量計(ji)概述
　　渦(wō)街流量(liàng)計是20世(shi)紀70年代(dài)發展起(qǐ)來的一(yī)種新型(xíng)流量儀(yi)表，80年代(dài)🔞制定了(le)渦街流(liu)量計專(zhuān)業标準(zhǔn)（ZBN12008-1989)和檢測(cè)規程❤️（JJG620-1989)。渦(wō)街流量(liang)計目前(qián)已發展(zhan)成爲主(zhǔ)流流量(liang)儀表之(zhī)一，因其(qi)有諸多(duo)優點🚶‍♀️，吸(xī)引了國(guo)内外衆(zhong)多研究(jiu)者和企(qǐ)業的🐕關(guan)注。研究(jiū)者從多(duō)方♻️面對(duì)其進行(háng)深入的(de)研究：①旋(xuán)渦發♈生(sheng)體的研(yan)究[1，2+;②壓電(dian)傳感器(qi)探頭位(wei)置的研(yan)究[3];③數字(zi)信号處(chù)理方法(fa)的研究(jiū)[4];④渦街信(xin)号檢測(cè)方法的(de)研究[5];⑤數(shù)值仿真(zhen)方法🌈的(de)研究[6]。
　　在(zài)衆多流(liú)量計中(zhong)，渦街流(liú)量計的(de)安裝、運(yùn)行、維護(hù)費低于(yu)節流式(shì)、容積式(shi)等，購置(zhi)費低于(yú)容積式(shì)、質量式(shi)等，是一(yi)種實用(yòng)性和經(jing)濟性都(dōu)較好的(de)流量計(jì)，受到用(yong)戶廣泛(fan)歡迎。該(gāi)流量🚩計(jì)優點如(ru)下：
(1)在一(yi)定雷諾(nuo)數Re範圍(wei)内（2X104~2X106)，輸出(chu)頻率信(xin)号不受(shòu)流體物(wu)性🚶（密度(dù)、粘度）和(he)組分變(biàn)化影響(xiǎng)，即儀表(biao)系數僅(jǐn)與旋渦(wo)發生體(ti)的形狀(zhuang)尺寸及(ji)管道的(de)形狀尺(chǐ)寸有關(guan)，可以在(zai)一種典(diǎn)型🌈介質(zhi)中✌️校驗(yan)而适用(yòng)于👄各種(zhong)介質。
(2)高(gāo)(差壓、計(ji)比較）。
(3)量(liàng)程比可(ke)達10:1或20:1，目(mu)前已有(you)廠家在(zai)研制适(shi)用于氣(qi)體測✂️量(liàng)能達到(dào)80S的渦街(jie)流量計(ji)。
(4)壓損小(xiao)（約爲孔(kong)闆流量(liang)計的25%-50%)，大(da)幅度降(jiàng)低能耗(hao)。
(5)結構簡(jiǎn)單牢固(gù)，安裝維(wéi)護方便(biàn)。
(6)使用範(fan)圍廣，可(ke)測量液(ye)體、氣體(ti)、蒸汽和(he)部分混(hun)相流體(tǐ)。
2渦街流(liú)量計的(de)參數計(jì)算
2.1工作(zuò)狀态和(he)标準狀(zhuang)态下的(de)體積流(liú)量換算(suan)
　　渦街流(liú)量計的(de)輸出信(xìn)号是與(yu)工作狀(zhuang)态的體(tǐ)積流量(liang)成正比(bǐ)例，氣體(tǐ)的體積(jī)流量受(shou)溫度、壓(ya)力影響(xiang)較大，在(zai)流量計(jì)選型時(shi)，若提☔供(gòng)的流量(liàng)是标準(zhun)狀态下(xià)的體積(jī)流量或(huo)質量流(liu)🐉量，應把(bǎ)它換算(suan)成工作(zuò)狀态下(xià)的體積(jī)流量。

　　式(shi)中，qv、qn分别(bié)爲工作(zuò)狀态和(he)标準狀(zhuang)态下的(de)體積流(liú)量🤟，m3/h;P、Pn分别(bie)爲工作(zuo)狀态和(hé)标準狀(zhuàng)态下的(de)絕對壓(ya)力，PaT、Tn、分别(bie)爲工作(zuò)狀态和(hé)标準🐅狀(zhuàng)态💚下的(de)熱力學(xué)溫度，K。
23雷(léi)諾數、壓(yā)力損失(shi)和背壓(yā)的計算(suan)
　　在渦街(jie)流量計(ji)選擇流(liu)量計通(tong)徑時，主(zhǔ)要是對(dui)流量下(xià)限值進(jìn)行🤩核算(suàn)雷諾數(shu)，最小雷(lei)諾數不(bu)應低于(yú)下限雷(léi)諾數，即(jí)雷諾數(shù)Re≥2×104。在測量(liàng)介質爲(wei)液态時(shi)，還應檢(jiǎn)查最小(xiǎo)工作壓(ya)力是否(fou)高于工(gōng)作溫度(dù)下的飽(bao)和蒸汽(qì)壓，即是(shi)否産生(sheng)氣穴現(xian)象。
⑴雷諾(nuo)數Re是一(yī)個表針(zhēn)流體慣(guàn)性力與(yu)粘性力(lì)之比的(de)無㊙️量綱(gang)☎️量：

式中(zhong)，Q爲體積(jī)流量，m3/h;D爲(wèi)流量計(jì)内徑，mm;v爲(wei)運動粘(zhān)度，m2/s。
(2)壓力(lì)損失：選(xuan)擇流量(liàng)計時，通(tong)常可能(neng)會對流(liu)量計的(de)🍓通🥰徑進(jìn)行✍️适當(dang)縮小，以(yǐ)取得較(jiao)大流速(su)和合适(shi)的流量(liang)量程。但(dan)是如👉果(guo)縮徑過(guò)于嚴重(zhòng)，可能會(huì)導緻較(jiào)大的壓(yā)力損失(shī)，能♊耗會(huì)增加，因(yin)此🔆在選(xuan)擇🐪流量(liang)計的通(tong)徑時，也(yě)需🔞要适(shì)當考慮(lü)壓力損(sun)失，盡可(ke)能💋減小(xiǎo)壓力損(sǔn)失。壓力(lì)損失ΔP計(jì)算：
ΔP=1.1×10-5ρ?V2（3）
　　式中(zhong)，ΔP爲壓力(lì)損失，kg/m2;ρ爲(wei)流體密(mi)度，kg/m3;V爲流(liu)速，m/s。
(3)背壓(yā)：測量液(ye)體的流(liu)量時，要(yào)确認工(gong)藝管道(dao)的壓力(lì)對于較(jiào)小的公(gong)稱通徑(jing)而言有(yǒu)足夠大(dà)的背壓(ya)，避免🐇氣(qì)穴産生(sheng)🈚。流量計(jì)下🐇遊的(de)管道壓(ya)力應滿(man)足。
P≥2.7ΔP+1.3P0（4）
式中(zhong)，P爲流量(liang)計下遊(you)3.5~7.5D的最小(xiǎo)管道壓(ya)力，kg/cm2（A）；P0爲液(ye)體的飽(bǎo)和蒸汽(qi)壓，kg/cm2。
（4）根據(jù)工藝要(yao)求及現(xian)成安裝(zhuāng)環境選(xuan)擇耐壓(yā)、耐溫等(děng)級、防護(hù)等級♍、防(fáng)爆等級(jí)、輸出信(xìn)号等。
3測(cè)量熱解(jiě)氣的渦(wo)街流量(liang)計的選(xuǎn)型設計(jì)
　　熱解氣(qì)的組分(fen)如表1所(suǒ)述，其工(gong)藝參數(shù)：操作密(mì)度0.63kg/m3，運動(dong)🥵粘度2X10_5m2/s，操(cāo)作溫度(dù)48.9℃，操作壓(ya)力7.5kPa，管道(dao)DN80，最小流(liú)量50Nm3/h，正常(chang)流量100Nm3/h，最(zuì)大流量(liang)150Nm3/h，儀表測(ce)量範圍(wéi)選擇0?180Nm3/h。
　　在(zài)裝置運(yùn)行的過(guo)程中，業(ye)主可能(néng)會根據(ju)需要适(shi)當調整(zhěng)參數，因(yin)此選擇(zé)量程比(bǐ)寬一些(xie)的流量(liàng)計會有(yǒu)助于調(diào)整🤟後的(de)測量;另(lìng)外熱解(jie)氣作爲(wèi)産品之(zhi)一，其㊙️流(liu)量是驗(yàn)證工藝(yi)與關鍵(jian)設備的(de)工程🈲可(ke)行性、優(yōu)化✏️工藝(yì)參數的(de)關鍵參(cān)🔞數之一(yī)，因此使(shǐ)用精度(du)高一些(xie)的流量(liàng)計也是(shi)有必要(yào)的；熱解(jiě)氣的組(zǔ)分随着(zhe)參數的(de)調整也(ye)可能會(huì)發生變(biàn)化，因此(ci)基于伯(bo)努利方(fāng)程原理(lǐ)的，如 孔(kong)闆流量(liàng)計 、噴嘴(zuǐ)、 阿牛巴(bā)流量計(ji) 、德爾塔(ta)巴流量(liàng)計、 平衡(héng)流量計(ji) 等都不(bú)能很好(hǎo)的測量(liang)，因爲這(zhè)類流量(liang)計受流(liú)體物性(xing)（密度、粘(zhan)度🏃🏻）和組(zu)分變化(huà)影響，且(qie)最終的(de)熱解氣(qì)産✉️品或(huò)多或少(shao)都有焦(jiao)油的存(cun)在，時間(jian)長了可(ke)能堵塞(sai)流量計(ji)。楔形流(liú)量計帶(dai)有自清(qīng)潔功能(néng)，如果采(cai)用法蘭(lán)取壓，變(bian)送器采(cai)用☔隔膜(mó)密封式(shi)變送器(qi)，其受焦(jiao)油的影(ying)響較小(xiao)， 楔形流(liú)量計 計(jì)算結果(guǒ)分别見(jiàn)圖1和圖(tú)2。

　　當H/D比爲(wèi)0.2時，其壓(ya)力損失(shi)達到4kPa，已(yi)經大于(yu)操作壓(yā)力的一(yī)半，此種(zhǒng)方案不(bú)可可取(qu)，當H/D比爲(wei)0.3時，其壓(ya)力損失(shi)爲🏃‍♀️1.09kPa，可以(yi)接受🧑🏽‍🤝‍🧑🏻，但(dan)最小流(liu)量時差(chà)壓隻有(yǒu)0.11Kpa，甚至正(zheng)常流量(liàng)時的差(cha)壓也有(you)隻有0.45kpa，由(you)于采用(yong)🎯的是隔(gé)膜密封(feng)式變送(sòng)器，此時(shi)的精度(du)無法保(bao)證；另一(yī)類是基(jī)于線性(xìng)連🛀🏻續方(fang)程原理(li)的，如渦(wō)街流量(liàng)計、質量(liàng)流量計(ji)等，考慮(lü)到爲一(yī)個實驗(yàn)裝置，質(zhì)量流量(liàng)計價格(gé)昂貴，因(yīn)此綜合(hé)考慮介(jie)質和裝(zhuāng)置的特(tè)🌐殊性、壓(ya)損☎️、精度(du)和費用(yòng)等因素(sù)，選用渦(wo)街流量(liang)計測量(liàng)熱解氣(qi)的♋流量(liang)。
由式1可(kě)得最小(xiao)流量對(duì)應的工(gong)作狀态(tài)下的體(tǐ)積流☀️量(liang)：

　　由上述(shu)計算結(jié)果可知(zhi)，當流量(liàng)計縮徑(jìng)至DN40時，雷(lei)諾數即(jí)可滿足(zú)要求。
按(an)式（3）可以(yi)核算下(xia)DN50和DN40口徑(jìng)下的最(zuì)大壓損(sun)：
DN50時：

　　從圖(tú)3可見，出(chu)流量計(jì)口徑爲(wei)DN80時，最小(xiao)流量無(wú)法測量(liàng)🍓；流量計(ji)口徑縮(suo)徑至DN50時(shi)，最小流(liú)量可測(ce)（此時流(liu)體的雷(lei)諾👉數非(fei)常接近(jin)2*104），但此時(shi)的流量(liàng)精度稍(shāo)微差些(xiē)；流量計(ji)口徑縮(suo)徑至DN40時(shi)，最小流(liú)量可測(ce)，且精度(du)也能得(de)到保證(zhèng)。用上述(shù)公式計(ji)算的壓(ya)損與軟(ruan)件計算(suàn)出來也(ye)基本抑(yi)制，差别(bie)來自計(ji)😄算值。如(rú)果流量(liàng)計縮徑(jing)至DN25時，流(liú)量計的(de)壓損已(yǐ)經達到(dao)7.6kpa，壓損較(jiào)大，無法(fa)滿足工(gōng)藝要求(qiu)。因此選(xuan)擇DN40口徑(jìng)的流量(liàng)計能滿(man)足要求(qiú)。對于DN50口(kou)徑的方(fāng)案，如果(guo)流⛷️量大(da)于54Nm3/h時，流(liú)量計的(de)精度爲(wèi)此🎯款流(liú)量計🐪的(de)精度，
　　爲(wèi)1.0%，當流量(liàng)爲50Nm3/h時，此(ci)時流量(liang)可測，隻(zhī)是精度(dù)稍差寫(xiě)，約爲1.81%，但(dan)流量計(ji)的壓損(sun)會小很(hen)多，從節(jiē)能降耗(hao)方面考(kǎo)👌慮，選擇(zé)DN50口徑的(de)流量計(ji)也是可(ke)以的，綜(zōng)上，選擇(ze)DN40口徑和(he)DN50口徑的(de)渦街流(liu)量計都(dou)能滿足(zú)要求❌。
　　操(cao)作溫度(du)爲48.9℃，沒有(yǒu)特殊性(xing)，選擇普(pǔ)通的渦(wō)街流量(liàng)計即可(ke)；根據現(xian)場情況(kuàng)，流量計(jì)爲露天(tian)安裝，防(fang)護等級(ji)選擇IP65即(jí)可；根據(ju)《爆炸危(wēi)險環境(jing)電力裝(zhuāng)置設計(ji)規範》GB50058-2014，各(ge)介質所(suo)在組别(bie)屬于危(wei)險物料(liao)，見表2.因(yīn)此儀表(biao)防爆标(biao)志選🌏擇(ze)ExiaIICT4Gb即能滿(man)足要求(qiú)。根據項(xiang)目統一(yi)要求輸(shū)❌出信号(hào)選擇爲(wèi)4~20mA+HART。

　　至此，渦(wo)街流量(liang)計的選(xuan)型已經(jīng)完成，但(dan)考慮到(dao)熱解氣(qì)中焦👅油(yóu)🤩的存在(zai)，選擇渦(wo)街流量(liàng)計時，需(xū)要注意(yì)：1不能選(xuan)用因爲(wèi)技術需(xu)要而📧在(zai)渦街流(liú)量計中(zhōng)設計了(le)小孔結(jié)📧構的流(liú)🚩量計，因(yīn)爲焦油(yóu)有可能(neng)💚堵塞這(zhè)些孔💚，從(cóng)而失去(qù)🙇‍♀️其原有(you)的作用(yong)；2焦油有(yǒu)可能附(fu)着在漩(xuán)渦發生(sheng)體上，從(cong)而改變(biàn)其結㊙️構(gou)，影響測(cè)量精度(dù)，因此需(xū)要采用(yong)帶防粘(zhan)附作用(yòng)的發生(sheng)體，另外(wài)考慮到(dao)熱解氣(qì)中焦油(yóu)含量較(jiao)小，且由(you)于漩渦(wo)的存在(zài)，其有剝(bao)離附着(zhe)發生體(ti)上的焦(jiāo)油作用(yòng)，因此認(ren)爲對流(liu)量精度(du)的影響(xiǎng)較✨小。
4結(jié)語
　　目前(qian)項目已(yi)經開車(che)成功，渦(wō)街流量(liàng)計現場(chang)使用效(xiào)㊙️果特别(bie)好，在整(zhěng)個實驗(yàn)過程中(zhōng)，都能很(hěn)好的測(ce)出熱解(jie)氣㊙️的流(liú)量。現場(chǎng)的使用(yong)❓結果表(biao)明，在發(fa)生體帶(dai)防粘附(fù)作用情(qing)況下，低(di)含🧑🏽‍🤝‍🧑🏻量的(de)焦油對(duì)流量計(ji)的測量(liang)🥵精度影(yǐng)響不大(da)。目前化(huà)工廠常(chang)🌐用的流(liú)量計節(jiē)流裝置(zhì)孔闆等(deng)，其受流(liu)體物性(xìng)影響大(da)，量程比(bǐ)一般隻(zhī)有3:1，且容(rong)易出現(xian)🏃‍♂️堵塞，直(zhi)管段要(yào)求甚至(zhì)高達50倍(bèi)管🈲徑，另(ling)外導壓(ya)系統還(hái)容易出(chū)現☀️洩露(lu)。渦街流(liu)量計因(yin)其儀表(biao)系數與(yǔ)流體特(tè)性無關(guan)（氣液通(tong)用）、精度(du)高、寬量(liang)程🐪比和(he)低壓💋損(sǔn)等優點(diǎn)，是節流(liu)裝✍️置的(de)理想替(ti)代品，但(dàn)🛀隻有正(zheng)确設計(ji)、正确選(xuan)型以及(ji)正确安(ān)裝的條(tiáo)件下才(cái)能發揮(hui)其應有(yǒu)的作用(yòng)。

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