摘要(yào):渦街流量(liang)計 是現代(dai)石油化工(gong)行業中測(ce)量流量的(de)重要工具(jù)之一;簡述(shù)了渦💔街流(liu)量計的測(ce)量原理和(hé)主要優點(diǎn)，提🤩供了渦(wo)街流量計(ji)的選型、安(an)裝、使用和(he)維護的建(jian)議;通過規(gui)範設計、合(he)理選型、正(zhèng)确的安裝(zhuang)和維護，讓(ràng)渦💋街流量(liang)計在石油(yóu)化工行業(yè)中發揮更(geng)大🈲的作用(yong)。
　　渦街流量(liàng)計(VortexStreetFlowmeter，簡稱VSF)自(zì)20世紀70年代(dai)在工業上(shàng)應用以來(lái)，由于🚶‍♀️它具(ju)📧有一些突(tu)出的特點(dian)，受到用戶(hù)歡迎，并得(dé)到迅速發(fa)展。但❌在實(shí)踐中經常(cháng)會出現一(yi)些預料不(bu)到的問♋題(ti)，這就是用(yong)戶對渦街(jiē)👈流量計存(cun)在一些疑(yi)慮的的原(yuan)因，它亟需(xu)探索解決(jue)👣。
1渦街流量(liang)計的測量(liàng)原理
　　在流(liu)體中設置(zhì)旋渦發生(sheng)體(阻流體(tǐ))，從旋渦發(fā)生體兩側(ce)🍉交替地産(chan)生有規則(ze)的旋渦，這(zhe)種旋渦稱(cheng)爲卡曼渦(wō)街，如🌈圖1所(suǒ)示。
 
　　旋渦列(liè)在旋渦發(fā)生體下遊(you)非對稱地(dì)排列。設旋(xuan)渦的發生(sheng)頻率爲f，被(bèi)測介質來(lai)流的平均(jun)速度爲U，旋(xuán)渦發生體(tǐ)迎面寬度(du)爲🤞d，表體通(tōng)徑爲D，根據(jù)卡曼渦街(jie)原理，有如(ru)下關系式(shi):
 
式中:
U1———旋渦(wō)發生體兩(liang)側平均流(liú)速，m/s
Sr———斯特勞(láo)哈爾數;
m———旋(xuán)渦發生體(ti)兩側弓形(xing)面積與管(guǎn)道橫截面(mian)面積之🚶比(bǐ)
 
管道内體(ti)積流量qv爲(wèi):
qv=πD2U/4=πD2mdf/4Sr(2)
K=f/qv=［πD2md/4Sr］-1(3)
式中:K———流量(liang)計的儀表(biao)系數，脈沖(chong)數/m3(P/m3)
　　K除與旋(xuán)渦發生體(tǐ)、管道的幾(jǐ)何尺寸有(you)關外，還與(yǔ)斯特🔴勞哈(hā)㊙️爾數有關(guan)。斯特勞哈(hā)爾數爲無(wu)量綱參數(shu)，它✨與旋🏃🏻‍♂️渦(wō)發生體形(xíng)狀及雷諾(nuò)數有關。
 
　　圖(tú)2所示爲圓(yuán)柱狀旋渦(wo)發生體的(de)斯特勞哈(ha)爾數與管(guan)道雷諾數(shu)的關系圖(tú)。由圖2可見(jian)，在ReD=2×104～7×106範圍内(nèi)，Sr可視爲常(chang)數，這是儀(yí)表正常㊙️工(gōng)作㊙️範圍。當(dāng)測量氣體(tǐ)流量時，渦(wō)街流量計(ji)的流量計(jì)算式爲:
 
式(shì)中:qVn，qV———标準狀(zhuang)态下(0℃或20℃，101.325kPa)和(hé)工況下的(de)體積流量(liàng)，m3/h
Pn，P———标準狀态(tai)下和工況(kuang)下的絕對(dui)壓力，Pa
Tn，T———标準(zhun)狀态下和(hé)工況下的(de)熱力學溫(wen)度，K
Zn，Z———标準狀(zhuàng)态下和工(gōng)況下氣體(ti)壓縮系數(shù)
　　由式(4)可見(jiàn)，渦街流量(liàng)計輸出的(de)脈沖頻率(lǜ)信号不受(shou)流💋體物🛀🏻性(xing)📐和組分變(bian)化的影響(xiǎng)，即儀表系(xì)數在一定(ding)雷諾數範(fan)圍内僅與(yu)旋渦發生(sheng)體及管道(dào)的形狀尺(chǐ)寸等有關(guan)。但是作爲(wèi)流量計在(zai)物料平衡(héng)及能源計(ji)🚶‍♀️量中需檢(jiǎn)👣測質量流(liu)量，這時流(liu)量計的輸(shū)出信号應(ying)同時監測(ce)體積流量(liang)和流體密(mì)度，流體🤟物(wù)性和組分(fen)對流量計(ji)量還是有(you)直接影響(xiǎng)的。
2渦街流(liú)量計的主(zhǔ)要優點
(1)渦(wō)街流量計(jì)結構簡單(dan)，安裝維護(hù)方便(與節(jie)流式差壓(yā)流量計♋相(xiàng)比較，不需(xū)要導壓管(guǎn)和三閥組(zu)等，在設計(jì)過程中🌍無(wu)需考慮✊伴(bàn)熱、密閉排(pái)放以及引(yin)壓所需要(yào)考慮🌈的一(yī)系列問題(ti));
(2)輸出爲脈(mò)沖頻率，其(qi)頻率與被(bèi)測量流體(tǐ)的實際體(ti)積流♈量成(cheng)正比，它不(bú)受流體組(zǔ)分、密度、壓(yā)力、溫度的(de)影響;
(3)量程(chéng)比寬，可達(dá)10∶1或20∶1(适用于(yu)工藝介質(zhi)流量變化(hua)範圍較大(dà));
(4)壓損小(約(yuē)爲孔闆流(liú)量計1/4～1/2)，無可(kě)動部件，可(ke)靠性高;
(5)精(jīng)度爲中上(shang)水平，可适(shi)用液體、氣(qi)體和蒸汽(qì)。
3渦街流量(liang)計的選型(xíng)
　　根據SH3005－1999《石油(yóu)化工自動(dòng)化儀表選(xuan)型設計規(gui)範》中規定(ding)渦街流☎️量(liang)計的選用(yong)，應符合下(xia)列規定［2］:
(1)潔(jie)淨氣體、蒸(zhēng)汽和液體(ti)的流量測(ce)量。
(2)低流速(sù)及粘度大(dà)于20mPa·s液體的(de)測量，不宜(yi)采用渦街(jiē)流量計。
在(zai)工程設計(ji)中宜考慮(lǜ)下列情況(kuang):
(1)一般液體(ti)平均流速(su)下限爲0.5m/s，氣(qì)體爲4～5m/s。渦街(jie)流量計的(de)正🏃🏻‍♂️常流量(liàng)最好在正(zhèng)常測量範(fan)圍的1/2～2/3處。
(2)液(yè)體适合于(yú)雷諾數20000以(yi)上，氣體和(he)蒸汽适合(he)于15000以上。
(3)口(kǒu)徑不宜過(guo)大，大口徑(jìng)儀表系數(shu)較低，頻率(lü)分辨率💋低(dī)，口🔆徑愈💃🏻大(da)愈低。
(4)介質(zhi)溫度不宜(yi)過高，影響(xiang)電子元件(jian)的使用壽(shou)命。
(5)脈動流(liu)和旋轉流(liu)、兩相流的(de)情況不适(shi)合使用渦(wo)街流量計(ji)。
(6)儀表縮徑(jing)不宜過大(da)，縮徑将流(liú)速提高，同(tong)時也增加(jiā)了阻力和(he)背壓，容易(yi)出現空穴(xué)現象。4
4.渦街(jie)流量計的(de)安裝
4.1渦街(jiē)流量計的(de)安裝要求(qiu)
根據SH/T3104－2000《石油(yóu)化工儀表(biao)安裝設計(ji)規範》中規(guī)定渦街流(liú)量計的安(ān)🛀🏻裝♋要求如(rú)下:
(1)測量液(yè)體時渦街(jiē)流量計應(ying)安裝于被(bèi)測介質完(wán)全充🌂滿的(de)管道上。
(2)渦(wō)街流量計(jì)在水平敷(fū)設的管道(dào)上安裝時(shi)，應充分考(kǎo)㊙️慮介質溫(wēn)度對變送(song)器的影響(xiǎng)。
(3)渦街流量(liang)計在垂直(zhí)管道上安(ān)裝時，應符(fú)合以下規(gui)定:
①測量氣(qì)體時，流體(tǐ)可取任意(yi)流向
②測量(liang)液體時，液(ye)體應自下(xia)而向上流(liu)動。
(4)渦街流(liu)量計下遊(you)應具有不(bú)小于5D(流量(liàng)計直徑)的(de)直管段長(zhang)度，渦街流(liú)量計上遊(you)直管段長(zhang)度應符合(he)以下規定(dìng):
①當工藝管(guan)道直徑大(da)于儀表直(zhí)徑(D)需縮徑(jing)時，不小于(yu)15D;
②當工藝管(guǎn)道直徑小(xiǎo)于儀表直(zhi)徑(D)需擴徑(jìng)時，不小于(yu)18D;
③流量計前(qian)具有一個(ge)90°彎頭或三(sān)通時，不小(xiǎo)于20D;
④流量計(jì)前具有在(zai)同一平面(mian)内的連續(xù)兩個90°彎頭(tou)時，不小于(yú)40D;
⑤流量計前(qián)具有不同(tóng)平面内的(de)連接兩個(ge)90°彎頭時，不(bu)小于40D;
⑥流量(liang)計裝于調(diào)節閥下遊(yóu)時，不小于(yu)50D;
⑦流量計前(qian)裝有不小(xiǎo)于2D長度的(de)整流器，整(zhěng)流器前應(yīng)有2D，整🌈流器(qì)☎️後應有不(bu)小于8D的直(zhi)管段長度(dù)。
(5)被測液體(ti)中可能出(chu)現氣體時(shí)，應安裝除(chu)氣器。
(6)渦街(jie)流量計應(ying)安裝于不(bu)會引起液(ye)體産生氣(qì)化的位🌍置(zhì)☂️。
(7)渦街流量(liàng)計前後直(zhí)管段内徑(jìng)與流量計(jì)内徑的偏(piān)🈲差應🌂不大(dà)🈲于3%。
(8)對有可(ke)能損壞檢(jiǎn)測元件(旋(xuán)渦發生體(ti))的場所，管(guan)道安裝的(de)渦街流量(liang)計應加前(qián)後截止閥(fá)和旁路閥(fa)，插入式☂️渦(wo)街流量計(ji)應安裝🚩切(qie)斷球閥。
(9)渦(wo)街流量計(jì)不宜安裝(zhuang)在有震動(dòng)的場所。
4.2渦(wo)街流量計(ji)的安裝要(yao)求
　　根據GB50093－2002《自(zì)動化儀表(biao)工程施工(gong)及驗收規(guī)範》中規定(dìng)渦街✊流量(liang)計的安裝(zhuāng)要求如下(xia):
　　渦街流量(liang)計信号線(xiàn)應使用屏(ping)蔽線，上下(xià)遊直管段(duàn)的長度💔應(ying)符合設計(ji)文件要求(qiu)，放大器與(yǔ)流量計分(fen)開安裝時(shí)，兩者之間(jiān)的距離不(bú)應超過20m。
在(zai)工程設計(ji)中宜考慮(lǜ)下列情況(kuang):
(1)垂直安裝(zhuāng)時，向上流(liú)動的流體(tǐ)能夠确保(bǎo)儀表總是(shì)滿管，且介(jie)質中的固(gu)态成分能(néng)夠均勻分(fèn)布。
(2)水平安(ān)裝時，液體(ti)避免U型安(an)裝方式，氣(qi)體避免倒(dao)U型安🧑🏽‍🤝‍🧑🏻裝🌈方(fāng)式。不同廠(chǎng)家的産品(pin)分體安裝(zhuāng)有不同的(de)參♈考溫度(du)，還有的廠(chang)家帶散熱(re)片。
(3)在設計(jì)過程中應(ying)根據上遊(you)情況具體(tǐ)要求每台(tai)渦街流量(liàng)計的直管(guǎn)段。
(4)渦街流(liú)量計對安(ān)裝點上下(xia)遊配管的(de)直徑偏差(cha)和同軸度(du)等有相應(ying)要求，配管(guan)内徑d與儀(yi)表的通徑(jing)D相🌍同，滿🔴足(zu)0.95d≤D≤1.1d。配管與流(liu)量計同心(xīn)，同軸度應(ying)小于0.05D。流量(liang)計與法蘭(lan)之間的密(mì)封墊不能(néng)凸入管道(dào)内，其内徑(jing)可☁️比流量(liàng)計🏃内徑略(lue)大。
(5)當需要(yào)将實測壓(ya)力和溫度(dù)信号用于(yú)補償質量(liang)流量或标(biao)準流📧量時(shi)，在渦街流(liú)量計下遊(yóu)安裝壓力(lì)(下遊4D)和溫(wēn)度㊙️變送器(qì)(下遊6D)。
(6)當管(guan)道振動時(shí)，應加裝支(zhi)撐物對管(guǎn)道進行固(gù)定。(7)避免電(diàn)磁幹擾，應(ying)考慮儀表(biao)等電位接(jie)地。
5渦街流(liú)量計的使(shi)用和維護(hù)
　　在使用渦(wō)街流量計(jì)過程中可(ke)能出現以(yǐ)下問題:①指(zhi)示長期不(bu)準;②始終無(wu)指示;③小流(liu)量時無指(zhi)示;④大流量(liang)🐆時指🏃🏻示還(hái)可以☔，小流(liú)量時指示(shì)不準;⑤儀表(biǎo)K系數無法(fǎ)确定。
總結(jie)引起這些(xiē)問題的主(zhu)要原因，主(zhu)要涉及到(dao)以下方面(miàn):
(1)選型方面(mian)的問題。有(yǒu)些渦街傳(chuan)感器在口(kǒu)徑選型上(shang)或者在設(she)計選型之(zhi)後由于工(gong)藝條件變(biàn)動，使得選(xuǎn)🎯擇大了—個(gè)規格，實際(ji)選型應選(xuan)擇盡可能(neng)小的口徑(jìng)，以提高測(ce)量精度，這(zhe)方面的原(yuán)因主要同(tong)問題①、②、③、④有關(guan)。例如，一條(tiao)渦街管線(xiàn)🚶設計上供(gòng)幾個設備(bei)使用，由于(yú)工藝部分(fen)設備有時(shi)候不使用(yòng)，造成目前(qián)實際使用(yong)流量減小(xiǎo)，實際⛷️使用(yòng)造成原設(she)計選型口(kǒu)徑過大，相(xiang)當于提高(gao)了可測的(de)流量下限(xian)，工藝管道(dào)小流量時(shí)指示無法(fǎ)保證，流量(liang)大時還可(kě)以使用。宜(yi)👨‍❤️‍👨使用縮徑(jing)🥵型渦街流(liú)量計。(2)安裝(zhuang)方📐面的問(wen)題。主要是(shi)傳感器前(qian)面的直管(guǎn)段長度不(bú)夠，影🐕響測(ce)量精度，這(zhe)😄方面的原(yuán)🎯因主要同(tóng)問題①有關(guan)。例如:當傳(chuán)感器前面(mian)直管段明(ming)💃🏻顯不足，用(yong)于控制時(shí)精度下降(jiang)，用于計量(liàng)時誤差較(jiào)大。應使用(yong)整流器。
(3)工(gong)藝參數的(de)問題。由于(yu)參數錯誤(wu)，導緻儀表(biǎo)指示有誤(wu).這方🚶面🛀的(de)原因主要(yao)同問題①有(you)關。應與工(gong)藝系統❌專(zhuān)業協商🛀，對(dui)選型參數(shu)進行核實(shí)。由于理論(lùn)工況與實(shi)際工🏃況不(bu)可能完全(quan)✊一緻，故小(xiao)範圍的誤(wu)差是有可(ke)能的。
(4)線路(lu)連接的問(wèn)題。部分回(huí)路表面上(shang)看線路連(lian)接很好，仔(zǎi)細檢🙇‍♀️查，有(you)的接頭實(shí)際已松動(dong)造成回路(lù)中斷，有的(de)接頭雖連(lian)☁️接很‼️緊但(dàn)緊固螺釘(ding)卻緊固在(zài)線皮上，也(yě)使🌐得回路(lù)🐕中斷，這👣部(bù)分原因主(zhǔ)要同問題(ti)②有關。宜選(xuan)擇業績好(hǎo)的産品
(5)使(shi)用環境的(de)問題。尤其(qí)是安裝在(zai)地井中的(de)傳感器部(bu)分，由于環(huán)境濕度大(dà)，造成線路(lu)闆受潮，這(zhe)部分原🤟因(yīn)主要同☀️問(wen)題②有關。應(yīng)使用分體(tǐ)式安裝方(fāng)式。
(6)K系數标(biāo)定的問題(ti)。K系數隻能(neng)依據廠家(jiā)提供的資(zī)料🙇‍♀️，由于廠(chang)家本身的(de)一些變動(dong)，造成提供(gong)的幾處資(zī)料上K系數(shù)不🏃‍♂️—緻，影響(xiang)了問題解(jie)決。建議供(gong)貨商提供(gòng)最🔞終的标(biāo)💋定校核書(shū)，并根據标(biāo)定校核書(shu)㊙️對相應的(de)儀表量程(cheng)範圍做最(zui)後❌修訂(最(zuì)好🌐寫到标(biāo)書中，要求(qiú)标🐕定校核(hé)書随供貨(huò)清單一起(qi)發到施工(gōng)現場)。
6結語(yǔ)
　　通過多個(ge)工程項目(mù)的實踐證(zhèng)明，隻要對(dui)渦街流量(liang)計🐆的性能(néng)、特點有了(le)全面深入(ru)的了解，有(yǒu)了應付各(gè)種情況的(de)方法，渦街(jie)🈲流量計一(yi)定會成爲(wei)流量測量(liang)中的得力(li)助手;選用(yòng)渦街流量(liang)計或其它(ta)管道式流(liu)💘量計，具有(yǒu)相當的合(hé)理性，可以(yǐ)有效的減(jiǎn)少設計的(de)工程量和(he)提🐪高整體(tǐ)水平。

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