摘要:針對(dui)目前應力(li)式渦街流(liú)量計 在國(guó)内石化行(háng)業使用中(zhōng)存在的一(yi)些問題，介(jie)紹了🏃該流(liu)量計的測(ce)量原理和(he)組成結構(gòu)，指出渦街(jie)發生體的(de)幾何結構(gòu)🛀🏻、尺寸直接(jie)💋影響儀表(biao)K系數标定(dìng)結果。從實(shi)際使用的(de)角度分析(xi)了介💞質的(de)流動狀況(kuang)及潔淨程(chéng)度、溫度等(deng)因素㊙️變化(huà)對儀表K系(xì)數的⛹🏻‍♀️影響(xiǎng)，并提出相(xiang)應對策。讨(tao)論了安裝(zhuāng)🐪環境、工藝(yì)條🥵件以及(ji)管線🙇🏻配置(zhi)等方面應(yīng)注意的問(wen)題，介紹了(le) 渦街流量(liàng)計 投入使(shi)用前在現(xian)場的測試(shì)與調試方(fang)法。
　　渦街流(liú)量計是20世(shì)紀70年代發(fa)展起來的(de)一種新型(xíng)流💋量測量(liàng)儀㊙️表，首先(xian)在城市供(gong)水系統中(zhong)得到應用(yòng)和🔞發展，後(hòu)逐步進入(ru)煉油化工(gōng)系統。渦街(jie)流量計結(jié)構簡單牢(láo)固，安裝維(wéi)護方便。與(yǔ)孔闆流量(liàng)計相比，量(liang)程範圍大(dà)可達10:1至20:1),壓(yā)力損失小(xiao)的爲孔闆(pǎn)流量計的(de)1/4-1/2)，精度較高(gao)一般🔅爲測(ce)量值的±1%至(zhi)±2%),适用于液(ye)體、氣體和(hé)蒸汽等多(duō)種介質的(de)測量。在一(yi)定的雷諾(nuo)數範圍🤩内(nèi)，輸♋出信号(hào)不受流體(tǐ)物性溫度(du)、壓力、組分(fèn)、粘度)的影(yǐng)響,已被各(ge)行各業所(suǒ)廣🈲泛地采(cǎi)用。
　　某煉油(yóu)廠近年來(lái)先後在70多(duo)個水、蒸汽(qi)、可燃氣體(tǐ)等🏃🏻計量回(hui)路💋中,使用(yòng)了不同型(xíng)号的國産(chan)和進口應(yīng)力式渦街(jiē)流量計。渦(wo)街流量計(ji)具有其他(ta)流量計所(suǒ)不具備的(de)許多優點(dian)，從開發到(dào)大量生産(chǎn)📐投放市場(chang)僅20餘年，目(mù)前仍處于(yu)發👌展階段(duan)，從理論和(hé)實踐上來(lái)看,基礎都(dōu)較差🈲，在日(ri)常使用💃中(zhōng)還存在較(jiào)多的問題(tí)。通過分析(xī)應力式渦(wo)街流量計(ji)的🙇🏻測量原(yuán)理與結構(gòu)，進一步讨(tǎo)論在使用(yong)中存在的(de)問題與成(cheng)因以及相(xiàng)應的對策(cè)。
1.測量原理(lǐ)與結構
　　渦(wō)街流量計(jì)是利用卡(ka)門渦街原(yuán)理進行測(cè)量的。實驗(yan)證明卡🐅門(mén)渦街的釋(shì)放頻率與(yǔ)流體的流(liu)動速度👉和(he)柱狀體的(de)特☀️征寬度(du)有關。卡門(men)渦街釋放(fang)頻率與🧑🏽‍🤝‍🧑🏻流(liú)速成🔆正比(bi)，因此通過(guò)💞測量卡門(mén)渦街👉頻率(lü)可以求得(dé)瞬時流量(liàng)值。
　　對于儀(yi)表内部形(xing)式固定的(de)渦街流量(liàng)計，儀表管(guǎn)道内徑、旋(xuán)渦✏️發生體(tǐ)特征尺寸(cùn)及斯特勞(lao)哈爾數已(yǐ)定，儀表💃系(xi)數是确定(dìng)的♊。因此,隻(zhī)要正确測(cè)得渦街頻(pin)率📧，就可以(yi)正确地測(ce)量管道中(zhong)介🌂質的體(ti)積流量。
　　應(ying)力式渦街(jie)流量計通(tōng)常由旋渦(wō)發生體、檢(jian)測元件、儀(yí)表🌈表體和(he)轉換器四(sì)個部分組(zǔ)成。金陵石(shi)化南京煉(liàn)油廠使用(yong)的應力式(shì)渦🏃🏻街流量(liang)計均采用(yong)三角柱旋(xuan)渦發生體(ti)該形狀的(de)旋渦發生(sheng)體是目前(qián)應用最爲(wèi)廣泛的一(yī)種),旋渦頻(pín)率是利用(yong)封裝在👉旋(xuán)渦發生體(ti)内部的壓(yā)電晶體作(zuò)爲檢測元(yuan)件，借❤️以感(gan)受旋渦分(fen)離時交替(tì)作用于旋(xuan)渦發生♉體(tǐ)上不斷變(bian)化的橫向(xiang)升力，升力(li)的變化頻(pin)率就是旋(xuán)渦頻率。
根(gen)據壓電效(xiao)應原理，壓(ya)電晶體上(shang)産生的電(diàn)荷強度與(yu)橫向升力(lì)成正比，即(ji)在旋渦發(fā)生體的形(xing)狀、尺寸以(yǐ)及支承方(fāng)式一定的(de)情況下，壓(ya)電電荷強(qiang)度與被測(cè)介質的密(mi)度⭐和流速(sù)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼的平方成(chéng)正比。
　　應力(li)式渦街流(liu)量計分爲(wèi)滿管式和(hé)插入式兩(liǎng)種:滿管式(shì)有法🏃‍♂️蘭型(xing)、夾持型兩(liǎng)種安裝類(lèi)型;插入式(shì)可帶❓球閥(fá)或不帶球(qiu)閥安💋裝。
　　不(bu)同廠家的(de)轉換器電(diàn)路也不同(tong)，但其基本(ben)功能及思(sī)路是一緻(zhì)的。交變電(dian)荷信号被(bei)檢出後，首(shǒu)先經高阻(zǔ)抗電荷放(fàng)大器進行(hang)放大,再經(jing)噪聲濾波(bo),并由斯密(mì)特觸發器(qi)檢波及整(zhěng)形，其頻率(lü)信号即可(kě)直接作爲(wèi).信号輸出(chu);也可根據(ju)用戶要🏃‍♂️求(qiu)進行f/V和V/f的(de)轉換，産📱生(shēng)與頻率成(chéng)🌍正比的4-20mA模(mó)拟信号輸(shū)出。
2問題及(ji)對策
(1)僅表(biao)系數K的标(biao)定及其影(ying)響因素與(yǔ)對策儀表(biǎo)系數K雖然(rán)受㊙️流體流(liú)速和粘度(dù)等的影響(xiǎng)，但産生影(ying)響效果的(de)卻是♊這些(xiē)參數的組(zǔ)合一雷諾(nuò)數Re,它決定(ding)了儀表系(xì)數K的線性(xing)範圍。
　　當Re≥2x104時(shí)，在理論上(shàng)儀表系數(shu)K是一個僅(jǐn)由儀表幾(jǐ)何結構、尺(chǐ)寸所決定(ding)的常數,不(bu)受流體溫(wen)度、壓力、密(mi)度、粘度、成(cheng)分等性質(zhì)🆚變化的影(yǐng)響，對于各(gè)種液體、氣(qi)體、蒸🔴汽都(dou)有🧑🏽‍🤝‍🧑🏻相同的(de)數值。所以(yi)，理論上儀(yí)表的标定(ding)系數在基(ji)本誤差範(fan)圍内保持(chí)一緻，具有(yǒu)通用性。
　　由(yóu)于目前國(guo)内許多生(sheng)産廠家生(shēng)産方式不(bu)規範，無标(biāo)定條件，使(shi)得生産的(de)渦街流量(liàng)計的K值無(wú)法得到保(bǎo)證且與實(shí)際♍值相差(chà)較大。實際(ji)使用中，影(ying)響儀表系(xi)數的因素(sù)及解決方(fāng)🌈法叙述😄如(rú)下:
①流速和(he)粘度的變(biàn)化
　　工業管(guan)道中絕大(da)多數流體(tǐ)Re>2x104，滿足渦街(jiē)流量計的(de)正常測量(liang)範圍。如因(yin)某種原因(yīn)使流體的(de)⛱️流速降低(di)和成)運動(dong)粘度升高(gao)，都将導緻(zhi)✌️Re下降。當Re<2x104時(shí)，K值會發生(shēng)😍較大的變(biàn)化，出現了(le)非線性誤(wù)差。這在儀(yi)表選型、安(an)裝💋上可以(yǐ)通過縮管(guan)來提高流(liú)速以增大(dà)❌Re值。當管徑(jing)縮小爲原(yuán)🙇🏻來的1/n,Re可提(ti)高n倍。其次(ci),因液體運(yùn)動📧粘度是(shi)溫度的函(han)數，當溫度(dù)升高時粘(zhān)🚶‍♀️度下降，同(tóng)樣可使Re增(zeng)大，從而确(que)保正常流(liú)量落🚩在儀(yí)表量程下(xià)✔️限之上。
②堆(duī)積
　　如果被(bèi)測介質中(zhong)存在粘性(xìng)顆粒物質(zhì)或夾雜較(jiào)多🔆纖維狀(zhuang)物📞質，則可(kě)能會逐漸(jiàn)堆積在三(san)角柱發生(shēng)體迎流面(miàn)上,使其幾(ji)何形狀尺(chi)寸發生變(biàn)化,使儀表(biǎo)系數K也随(suí)之變化,産(chan)生附加測(cè)量誤差。爲(wèi)了減小這(zhe)個誤差，在(zài)條件允許(xǔ)的情況下(xia),可定期清(qing)除堆積物(wù)或對被測(cè)介質進行(hang)預處理。
③磨(mó)損
　　如果三(sān)角柱發生(shēng)體兩棱邊(biān)因某種被(bei)測介質作(zuò)用而‼️受到(dào)🐉磨損，雖然(ran)儀表系數(shù)K對邊緣尖(jian)銳度的變(bian)化不像孔(kǒng)闆流量🌈計(ji)那⛷️樣敏感(gǎn)，但也會引(yǐn)起附加誤(wù)差。這就要(yào)🚶求定期校(xiao)驗或更換(huan)一次表。
④溫(wen)度變化
　　儀(yi)表系數K通(tōng)常在常溫(wēn)20℃左右)下标(biāo)定,如果被(bèi)測介質的(de)溫度較💜高(gao)或較低,與(yu)常溫相差(cha)較大，造成(cheng)流通面積(ji)變♊化而引(yǐn)起附加誤(wù)差，因此對(dui)儀表系數(shù)K必須進行(háng)補償修正(zheng)。根據固體(ti)熱膨脹🔴定(dìng)律可得到(dào)修正系數(shu)K,的表達式(shi):
Kt,=1-ax10-5(t-20)
　　式中:t-被測(ce)流體的溫(wēn)度;a-儀表發(fā)生體材質(zhi)對應的系(xi)數(不🍉鏽鋼(gang)🔴、鑄鐵a=4.88,哈氏(shi)合金鋼C2a=3.40,钛(tài)a=2.62)。
修正後的(de)儀表系數(shù)爲
K'=KtK=K[1-ax10-5(t-20)]
計算表(biao)明，當t>100℃或t<100℃時(shí),有必要.進(jin)行此項修(xiu)正。
(2)安裝中(zhōng)存在的問(wèn)題及其對(duì)策
　　應力式(shì)渦街流量(liang)計是依據(jù)流體力學(xue)振動現象(xiang)中振💰動頻(pín)率與流速(su)的對應關(guān)系工作。它(ta)對管道流(liu)速分布🥰畸(ji)變🍉、流動脈(mo)動及旋轉(zhuǎn)流十分敏(min)感，同時由(you)于其感.測(cè)元件爲壓(ya)電晶🔅體，各(ge)種㊙️機械振(zhen)動對輸出(chū)信号幹擾(rǎo)較⁉️大,僅表(biao)抗振性差(chà)。因此現場(chǎng)安裝條件(jian)要求較高(gao)。
　　爲了達到(dao)測量精度(dù)，渦街流量(liàng)計必須保(bǎo)證一定的(de)前後直管(guǎn)段,并盡量(liang)避免在靠(kao)近調節閥(fá)、半開閥和(he).截止閥後(hòu)安裝📐流量(liang)計;測壓點(diǎn)和測溫點(dian)應分别在(zài)下遊側距(ju)流量計中(zhong)心線3.5D~5.5D和6D-8D;。
　　渦(wo)街流量計(jì)的表體安(an)裝不良，如(rú)接管偏大(da)、偏小、偏移(yi)有台階)或(huò)墊片突入(rù)管道都會(huì)引起測量(liang)誤差。配管(guǎn)内徑一般(bān)應等于或(huo)略大于流(liú)量計的内(nei)徑。如配管(guan)的實際内(nèi)徑♍略小于(yu)流量計的(de)内徑5%以内(nei)),雖不會影(yǐng)響僅表的(de)固有K系數(shù)，但因流通(tōng)面積突變(bian)引起表觀(guān)流速變化(huà)而産生附(fu)加測量誤(wu)差，這可以(yi)通過修正(zhèng)K系數來補(bǔ)償。修正後(hou)的儀表系(xì)數爲
K"=K（D2/D1）2
式中(zhōng):Dt-儀表實際(jì)内徑;D2-配管(guǎn)實際内徑(jìng)。
　　當測量容(rong)易汽化的(de)液體或工(gōng)作條件接(jie)近臨界狀(zhuàng)态的液體(tǐ)時,爲防止(zhǐ)氣穴現象(xiang)出現，設計(jì)安裝時必(bì)須确認管(guan)道内的最(zui)低壓力P'，這(zhè)樣才能保(bǎo)證渦街流(liu)✍️量計正常(cháng)工作。p由下(xià)式🧑🏾‍🤝‍🧑🏼計算:
p≥2.7△p+1.3po
△p≈1.1x10-6ρv2
　　式(shi)中:p-管道内(nèi)流體絕對(dui)壓力，MPa;△p-流體(tǐ)在.發生體(tǐ)前後的壓(yā)差🔆，MPa;po-在工作(zuo)溫度下流(liu)體的飽和(he)蒸汽壓，MPa;ρ--工(gong)作條件下(xia)流體的密(mì)度，kg/m³，V-流動流(liu)體的流速(sù),m/s.
儀表使用(yòng)中還要注(zhù)意以下問(wèn)題:
①安裝渦(wō)街流量計(jì)的位置要(yao)遠離動力(li)設備和變(biàn)化頻🛀🏻繁的(de)閥門，如管(guan)線振動較(jiao)大，應在流(liú)量計前、後(hou)2D處加裝固(gù)定支架以(yǐ)鹹🚩振;
②如管(guǎn)道流體的(de)流速不穩(wen)，可考慮在(zài)管線上增(zeng)加穩壓裝(zhuang)置或整流(liu)器來消除(chu)流速分布(bù)的不均勻(yún)現象;
③由于(yu)壓電晶體(tǐ)的靈敏度(dù)随溫度升(sheng)高而大幅(fú)度下😍降♉，應(yīng)🥰避免🛀在測(ce)量高溫介(jie)質（≤250℃),特别是(shi)高低溫頻(pín)繁變化的(de)介質中使(shǐ)用;
④流量計(jì)的安裝位(wei)置應避開(kai)較強的熱(re)源、電場及(ji)磁場,盡量(liang)選擇較好(hao)的工作環(huán)境。
(3)現場調(diao)試中存在(zai)的問題及(ji)對策
　　由于(yu)應力式渦(wo)街流量計(ji)使用時受(shòu)現場安裝(zhuang)條件、環🔞境(jing)條件、所♈測(cè)介質的實(shí)際流動狀(zhuàng)況和流量(liàng)計的自身(shen)因素等各(ge)方面影響(xiǎng)很大,必須(xū)進行現場(chǎng)調試🏃‍♀️,把各(ge)種因素的(de)⭐影響降到(dao)最低。方法(fa)如下:
①應力(lì)式渦街流(liú)量計發生(shēng)體中封裝(zhuāng)的壓電晶(jing)體有㊙️單片(pian)和雙🔅片裝(zhuang)兩種，它們(men)通過專用(yong)引線接入(rù)到轉☔換器(qì)輸入端。斷(duan)開接點，用(yòng)萬用表檢(jian)測每兩根(gen)引線之間(jian)、每根引線(xian)與表殼之(zhi)間的電阻(zǔ)值應≥20MQ.若有(you)電阻值則(zé)說明探頭(tóu)性能下降(jiàng);若爲電阻(zu)值爲幾十(shí)千歐以下(xià)，則說明探(tàn)頭可能損(sun)💃🏻壞或專用(yòng)引線受潮(chao)、被腐蝕。
②上(shang)述檢測均(jun1)正常,再用(yòng)物體輕敲(qiao)探頭或表(biao)體，用示波(bō)🏃🏻器可🤞觀🐆察(cha)✊到不規則(zé)正弦波，或(huo)用萬用表(biao)交流電壓(ya)擋可測量(liàng)到幅值100~200mV的(de)交變信号(hao)，則說明探(tàn)頭完好。
③NB調(diào)整時使用(yòng)示波器一(yī)邊觀察電(dian)荷放大器(qi)輸出端的(de)信号波形(xing)🌏，一邊進行(hang)調整。在流(liu)量爲零時(shi)最易調整(zheng),在小流⁉️量(liàng)時🐪皎體流(liú)速<0.5m/s,氣體或(huò)蒸汽流速(sù)<8m/s)調整也可(kě)行。如用萬(wàn)用表調整(zheng)，在流量爲(wèi)零時使脈(mò)沖輸出爲(wèi)零或電流(liú)輸出爲4mA。
④TLA調(diào)整起抑制(zhi)振動等幹(gàn)擾的作用(yòng)。在NB調整效(xiao)果不明🤞顯(xian)📧時🍓，需進行(hang)💚TLA調整。TLA調整(zheng)原則上使(shi)用示波器(qì)一邊觀🏃‍♀️察(chá)有源濾波(bo)電路的輸(shū)出端及脈(mò)沖放大電(dian)路的輸出(chu)端的🌈信号(hào)波⁉️形，一邊(biān)進行調整(zhěng);在流量爲(wei)零時調整(zhěng)至脈沖輸(shū)出爲零✉️;在(zài)小流量時(shi)液體流速(sù)<0.5m/s,氣體或💯蒸(zhēng)汽流速<8m/s)調(diao)整至脈沖(chòng)輸🈲出爲規(guī)則的🐇方波(bo)。
　　現場調整(zhěng)非常重要(yao)，同時也應(yīng)該注意檢(jiǎn)查儀表的(de)接🧑🏽‍🤝‍🧑🏻地♻️是否(fou)🤩完🧑🏽‍🤝‍🧑🏻好，電源(yuán)的電壓是(shi)否在規定(dìng)的範圍内(nei)，負載電阻(zu)🌐大小，電纜(lǎn)線連接和(he)絕緣性是(shì)否符合要(yào)求等。

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