摘要渦街流量計(jì) 因其儀表系數與(yu)流體特性無關、精(jīng)度高、寬量程比🔴和(he)低壓✉️損等優點，在(zài)化工領域的應用(yong)越來越廣。以熱解(jie)分級煉制新工🐇藝(yi)對🌈煤及液化殘渣(zha)進行煉制👣利用中(zhong)的産品之一熱解(jiě)氣爲例，介紹渦街(jie)流量計的選型設(shè)計。
　　我國低階煤資(zi)源儲藏豐富，占可(kě)采儲量40%以上。然而(ér)🈚它的高效利✊用一(yi)直是業内努力攻(gong)克的難題。低階煤(mei)含水量高，熱㊙️值低(di)，機械強度低，化學(xué)穩定性差。爲⚽此，北(bei)京低碳清潔能源(yuan)研究所承擔國家(jia)高技術研究發展(zhan)計劃項目課題“煤(mei)分級煉制清潔💚燃(ran)料關鍵技術研究(jiū)”，采用熱解分級煉(lian)制新工藝對煤及(ji)液化♻️殘渣進行煉(liàn)✉️制利用，在溫和的(de)條件下對原料進(jìn)行加工處理，分步(bù)驟地将其中有用(yong)的成分充分提取(qu)出🚩來，得到的産品(pin)之一爲熱解氣，去(qu)除🐅焦❤️油後的熱解(jiě)氣組成見表1，本工(gōng)程中采用渦街流(liú)量計對其進🍓行測(cè)量。

1渦街流量計概(gai)述
　　渦街流量計是(shì)20世紀70年代發展起(qi)來的一種新型流(liú)🌂量儀表，80年代制定(dìng)了渦街流量計專(zhuan)業标準(ZBN12008－1989)和檢測規(guī)程(JJG620－1989)。渦街流量計目(mù)前已發展成爲主(zhǔ)流流量儀表之一(yi)，因其有諸多優點(diǎn)，吸引了國内外衆(zhōng)多研究者和企業(yè)的🐅關注。研究者從(cong)多方面對其進行(hang)深入的🔴研究:①旋渦(wō)發生體的研究［1，2］;②壓(yā)電傳感器🥵探頭位(wèi)置的☂️研究［3］;③數字信(xìn)号⛱️處理方法的研(yan)究［4］;④渦街信号檢💃測(ce)方法的研究💞［5］;⑤數值(zhi)仿真方法的研究(jiu)［6］
　　在衆多流量計中(zhōng)，渦街流量計的安(ān)裝、運行、維護費低(di)📞于節流式、容積式(shì)等，購置費低于容(róng)積式、質量式等，是(shi)一種實用性和📞經(jīng)濟性都較好的流(liú)量計，受到用戶廣(guǎng)✉️泛歡迎。該流量✊計(ji)優點如下:
(1)在一定(dìng)雷諾數Ｒe範圍内(2×104～2×106)，輸(shu)出頻率信号不受(shòu)流體物性(密😍度、粘(zhān)度)和組分變化影(ying)響，即儀表系數僅(jǐn)與旋渦發生體的(de)形狀尺寸及管道(dao)的形狀尺寸有關(guan)，可以在一種典型(xing)👅介質中校驗而🆚适(shi)用于各種介質。
(2)精(jing)度較高(與差壓式(shi)、浮子式流量計比(bǐ)較)。
(3)量程比可達10∶1或(huo)20∶1，目前已有廠家在(zai)研制适用于氣體(tǐ)測🏃🏻‍♂️量💯能達㊙️到80∶1的渦(wō)街流量計。
(4)壓損小(xiao)(約爲孔闆流量計(jì)的25%～50%)，大幅度降低能(neng)耗。
(5)結構簡單牢固(gu)，安裝維護方便。
(6)使(shi)用範圍廣，可測量(liang)液體、氣體、蒸汽和(hé)部分混相流📱體。
2渦(wō)街流量計的參數(shu)計算
2.1工作狀态和(he)标準狀态下的體(tǐ)積流量換算
　　渦街(jiē)流量計的輸出信(xin)号是與工作狀态(tai)的體積流量☎️成正(zheng)比例，氣體的體積(jī)流量受溫度、壓力(lì)影響較大，在流量(liang)計選📱型時，若提供(gong)的流量是标準狀(zhuang)态下的體積流量(liàng)或質量流量，應把(bǎ)它換算🏃‍♀️成工作狀(zhuang)态下的體積🔞流量(liang)。
qV=qn(PnTZ/PTnZn)?????? (1)
式中，qV、qn分别爲工作(zuò)狀态和标準狀态(tài)下的體積流量，m3/h;P、Pn分(fen)别⭐爲工作狀态和(hé)标準狀态下14的絕(jué)對壓力，Pa;T、Tn分别爲工(gōng)作狀态和标準狀(zhuang)态下的熱力學溫(wēn)度，K。
2.2雷諾數、壓力損(sun)失和背壓的計算(suàn)
　　在渦街流量計選(xuan)擇流量計通徑時(shi)，主要是對流量下(xia)限值🔞進行核算雷(lei)諾數，最小雷諾數(shu)不應低于下🔴限雷(léi)諾數，即雷諾數Ｒe≥2×104。在(zai)測量介質爲液态(tai)時，還應檢🌈查最小(xiǎo)工作壓❤️力是否高(gāo)于工作溫度下的(de)飽和蒸汽壓，即是(shi)否産生氣穴現象(xiang)。
(1)雷諾數Ｒe是一個表(biǎo)針流體慣性力與(yǔ)粘性力之比的無(wu)量綱量:

式中，Q爲體(ti)積流量，m3/h;D爲流量計(ji)内徑，mm;v爲運動粘度(du)，m2/s。
(2)壓力損失:選擇流(liu)量計時，通常可能(néng)會對流量計的通(tōng)徑進🥵行适當縮小(xiǎo)，以取得較大的流(liú)速和合适的流量(liang)量程。但是如果縮(suō)徑過于嚴重，可能(neng)會導緻較大的壓(ya)力損失，能耗會增(zeng)加，因此在選擇流(liu)量計的通徑時，也(yě)需要适當考慮壓(yā)力🐇損失，盡可能減(jian)小壓♌力損失。壓力(lì)損失△P計算:
△P=1.1×10－5ρ·V2　　　　　　　(3)
式中，△P爲(wei)壓力損失，kg/m2;ρ爲流體(tǐ)密度，kg/m3;V爲流速，m/s。
(3)背壓(ya):測量液體的流量(liàng)時，要确認工藝管(guan)道的壓力對🏃‍♀️于🐆較(jiào)小📧的公稱通徑而(ér)言有足夠大的背(bei)壓，避免氣穴産生(shēng)。流量計下遊的管(guan)道壓力應滿足:
P≥2.7△P+1.3P0(4)
式(shì)中，P爲流量計下遊(yóu)3.5～7.5D的最小管道壓力(lì)，kg/cm2(A);P0爲液體的飽和蒸(zhēng)汽壓，kg/cm2。
（4）根據工藝要(yao)求及現場安裝環(huán)境選擇耐壓、耐溫(wen)等級🛀、防護等級、防(fáng)爆等級、輸出信号(hào)等。
3測量熱解氣的(de)渦街流量計的選(xuan)型設計
　　熱解氣的(de)組分如表1所述，其(qí)工藝參數:操作密(mì)度0.63kg/m3，運動粘度2×10－5m2/s，操👣作(zuo)🙇🏻溫度48.9℃，操作壓力7.5kPa，管(guǎn)道DN80，最小流量50Nm3/h，正常(cháng)流量100Nm3/h，最大流📱量150Nm3/h，儀(yí)表測量範圍選擇(zé)0～180Nm3/h。
　　因爲本裝置爲試(shi)驗裝置，在裝置運(yùn)行的過程中，業主(zhu)可能會根據需要(yào)适當調整參數，因(yīn)此選關鍵設備的(de)工程可行☂️性、優化(hua)工藝參數的關鍵(jian)參數之一，因此使(shi)用精度高一些的(de)流量🏃🏻計也是有必(bì)要的;熱解氣的組(zu)分随着參數的調(diào)整也可能會🍉發生(shēng)變化，因此基于伯(bo)🙇🏻努利方程原理的(de)，如孔闆、噴嘴、阿牛(niu)巴、德爾塔巴、平衡(héng)式等都不能很好(hǎo)的測量，因爲這類(lèi)流量計受流體物(wu)🐪性(密度、粘度)和組(zu)分變化影響，且最(zui)終的熱解氣産品(pin)或多或少都有焦(jiao)油的存在，時💘間長(zhang)了可能堵塞流量(liang)計。楔式流量計帶(dài)自清潔的🧑🏽‍🤝‍🧑🏻功能，如(rú)果采用法蘭取壓(ya)，變送器采用隔🥵膜(mó)密封式變送器，其(qi)受焦油的影響較(jiào)小，楔式流量計的(de)計算結果分别見(jiàn)圖1和圖2。


　　當H/D比爲0.2時(shí)，其壓力損失達到(dao)4kPa，已經大于操作壓(yā)力的一半，此種方(fāng)案不可取，當H/D比爲(wei)0.3時，其壓力損失爲(wei)1.09kPa，可以接受，但最小(xiao)💘流量時的差壓隻(zhī)有0.11kPa，甚至正常流量(liang)時的差壓也隻有(yǒu)0.45kPa，由于采用的是隔(ge)膜密封式變送器(qì)，此時的👉精度無法(fǎ)保證;另一類是基(jī)于☎️線性連續方程(chéng)原理的，如渦街流(liu)量計、質量流量計(jì)等，考慮到本裝置(zhi)爲一個實驗裝置(zhì)，質量流量計價格(gé)昂貴，因此綜合考(kao)慮介質☂️和裝置的(de)特殊性、壓損、精度(du)和費用等因素，選(xuan)用渦街流量計測(ce)量熱解氣的流量(liàng)。
由式(1)可得最小流(liú)量對應的工作狀(zhuàng)态下的體積流量(liàng)👌:

由上述計算結果(guǒ)可知，當流量計縮(suō)徑至DN40時，雷諾數即(jí)可👨‍❤️‍👨滿足要✔️求。
按式(shì)(3)可以核算下DN50和DN40口(kǒu)徑下的最大壓損(sun):
DN50時:
△P=1.1×10－5×0.63×262=4.7×10－3kg/m2=0.46kPaDN40時:
△P=1.1×10－5×0.63×402=11.1×10－3kg/m2=1.09kPa
利用橫河公(gōng)司計算軟件計算(suan)出來的結果見圖(tu)3。

　　從圖3可(ke)見，出流量計口徑(jìng)爲DN80時，最小流量無(wú)法測量🈲;流量計口(kǒu)徑🌈縮徑至DN50時，最小(xiǎo)流量可測(此時流(liú)體的雷諾數非🚶常(cháng)接近2×104)，但此時的測(cè)量精度稍微差些(xie);流量計口徑縮徑(jìng)至DN40時，最小流量可(kě)測，且♈精度也能得(de)到保證。用上述公(gōng)式計算的壓損與(yu)軟件計算出來的(de)也基本一緻，差别(bié)來自計算時流速(su)及流量計口徑均(jun1)采用的是😘估算值(zhí)。如果流量計縮徑(jing)至DN25時，流量💜計的壓(ya)損👉已經達到7.6kPa，壓損(sǔn)較大，無法滿足工(gong)藝要求。因此選擇(zé)DN40口徑的流🐕量計能(néng)滿足要求。對于DN50口(kǒu)徑的方案，如果流(liú)量大于54Nm3/h時，流量計(jì)🙇‍♀️的精度爲此款流(liú)量㊙️計的精度，爲1.0%，當(dang)流量爲50Nm3/h時，此時流(liú)量可測，隻是精度(dù)☂️稍差些，約爲1.81%，但流(liu)量計的壓損會小(xiao)很多，從節能降耗(hao)方面考慮，選擇DN50口(kǒu)徑的流量計👉也是(shi)可以的。綜上‼️，選擇(ze)DN40和DN50口❄️徑的渦街流(liu)量計都能滿足要(yào)求。
　　操作溫度爲48.9℃，沒(méi)有特殊性，選擇普(pu)通的渦街流量計(jì)即可;根據現場情(qing)況，流量計爲露天(tiān)安裝，防護等級選(xuan)擇IP65即可;根據《爆炸(zha)危險👅環境電力裝(zhuāng)置設計規範》GB50058－2014，本裝(zhuāng)置中各介質所在(zai)💃組别屬于危險物(wu)料，見表2。因此儀表(biao)的防爆标志選擇(zé)ExiaⅡCT4Gb即能滿足要求。根(gēn)據項目❗統一要求(qiú)輸✔️出信号選擇爲(wèi)4～20mA+HAＲT。

　　至此，渦街流量計(ji)的選型已完成，但(dan)考慮到熱解氣🌈中(zhong)焦油的🛀存在，選擇(zé)渦街流量計時，需(xū)要注意:①不能選用(yòng)因爲技術需要而(ér)在渦街流量計中(zhong)設計了小孔結構(gòu)的流量計，因爲焦(jiāo)油有可能堵💜塞這(zhè)些孔，從而失去其(qí)👅原有的作用;②焦油(yóu)有可能附着💯在旋(xuan)渦發生體上，從而(ér)改變其結構，影響(xiang)測量精度，因此需(xu)要采用帶防粘附(fu)♋作用的發生體，另(lìng)外考慮到熱解氣(qi)中焦油的含量較(jiào)小，且由于旋渦的(de)存在，其有剝離✌️附(fu)着在發生體上的(de)焦油的作用，因此(cǐ)認爲其對測量精(jīng)度的影響比較小(xiao)。
4結語
　　目前項目已(yǐ)經開車成功，渦街(jie)流量計現場使用(yong)效果㊙️特💃别㊙️好，在整(zheng)個實驗的過程中(zhong)，都能很準确地測(cè)出熱解氣的流🐪量(liàng)，深受業☀️主好評。現(xiàn)場的使用結果表(biao)明，在發生體帶防(fáng)粘附作用的情況(kuang)下，低含量的🚶‍♀️焦油(you)對流量計的測🔞量(liang)精度影響不大。目(mù)前化工廠🍓常用的(de)流量計節流裝置(zhì)✊(孔闆等)，其受流體(tǐ)物性影💘響大，量程(cheng)比🔞一般隻有3:1，且容(rong)易出現堵塞，直管(guan)段要求甚至高達(da)50倍管徑，另外導壓(yā)系統還容易出現(xiàn)洩漏。渦街流量計(ji)因其儀表系數與(yǔ)流體特性無關(氣(qì)液通用)、精度高、寬(kuan)量程比和低壓損(sun)等優點，是節流🔞裝(zhuang)置的理想替代品(pin)，但隻有正确設計(jì)、正确選型以及正(zheng)确安裝的條件下(xia)才🏃‍♂️能✌️發揮其應有(yǒu)的作用。

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