摘要：渦街(jiē)流量計 因(yīn)其儀表系(xi)數與流體(tǐ)特性無關(guan)、精度高、寬(kuan)量程比和(hé)低壓損🚶‍♀️等(děng)🔴優點，在化(hua)工領域的(de)應用越來(lái)越廣。以熱(rè)解分級煉(lian)制新工藝(yì)對煤及液(yè)化殘渣進(jin)行煉制利(lì)用中📞的産(chǎn)品之一熱(rè)解氣爲例(li)，介紹渦街(jiē)流量計♈的(de)選型設計(ji)。
　　我國低階(jie)煤資源儲(chu)藏豐富，占(zhan)可采儲量(liang)40?以上。然而(er)它🏃‍♀️的高效(xiào)利用一直(zhí)是業内努(nǔ)力攻克的(de)難題。低階(jiē)煤含水量(liàng)高，熱🔞值低(dī)，機械👌強度(dù)低，化學穩(wěn)定性差。采(cǎi)💰用熱解分(fèn)級煉制新(xīn)工藝對煤(mei)及液化殘(cán)渣進行煉(liàn)制利用，在(zài)🆚溫和的條(tiáo)🚶‍♀️件下對原(yuan)料進行加(jia)工處理，分(fèn)🌈步驟地将(jiang)其🐅中有用(yòng)的成分充(chong)分提取出(chū)來，得到的(de)産品之一(yi)爲熱解氣(qì)，去除焦油(you)☔後的熱解(jiě)氣組成見(jiàn)表1，采用渦(wō)街流量計(jì)對其進行(háng)測量。

1渦街(jiē)流量計概(gai)述
　　渦街流(liu)量計是20世(shì)紀70年代發(fā)展起來的(de)一種新型(xing)流量儀表(biǎo)，80年代🐇制定(dìng)了渦街流(liú)量計專業(ye)标準（ZBN12008-1989)和檢(jian)測🔞規程（JJG620-1989)。渦(wō)街⭐流量計(jì)目前已發(fa)展成爲主(zhǔ)流流量儀(yí)表之一，因(yin)📧其有諸多(duō)優點，吸引(yin)了國内外(wai)衆多研究(jiū)者和企業(ye)的關注。研(yan)究者從多(duo)方面對其(qí)進行深入(ru)的研究：①旋(xuan)渦發生體(ti)的研究[1，2+;②壓(yā)電傳感器(qì)探頭位置(zhì)的研究[3];③數(shu)字信号處(chù)理方法的(de)研究[4];④渦街(jiē)信号檢🈚測(ce)方🌈法的研(yan)究[5];⑤數值仿(pang)💚真方法的(de)研究[6]。
　　在衆(zhong)多流量計(ji)中，渦街流(liú)量計的安(an)裝、運行、維(wei)護費低于(yú)節流式、容(rong)積式等，購(gòu)置費低于(yu)容積式、質(zhì)量式等，是(shi)一種💜實用(yong)🌏性和經濟(jì)性都較好(hǎo)的流量計(jì)，受到用戶(hu)廣泛歡迎(ying)。該流量計(jì)優點如下(xia)：
(1)在一定雷(léi)諾數Re範圍(wéi)内（2X104~2X106)，輸出頻(pin)率信号不(bu)受流體物(wù)性✊（密☎️度、粘(zhān)度）和組分(fèn)變化影響(xiǎng)，即儀表系(xì)數僅與旋(xuan)渦發生體(ti)的形👉狀尺(chi)🐅寸及管道(dao)的形狀尺(chǐ)寸有關，可(kě)☂️以在一💰種(zhǒng)典型介質(zhi)中校驗而(er)适用于各(ge)種介質。
(2)高(gao)(差壓、計比(bǐ)較）。
(3)量程比(bi)可達10:1或20:1，目(mu)前已有廠(chang)家在研制(zhì)适用于氣(qì)體測量🈲能(neng)達到80S的渦(wō)街流量計(jì)。
(4)壓損小（約(yue)爲孔闆流(liú)量計的25%-50%)，大(da)幅度降低(di)能耗。
(5)結構(gòu)簡單牢固(gu)，安裝維護(hu)方便。
(6)使用(yòng)範圍廣，可(kě)測量液體(tǐ)、氣體、蒸汽(qi)和部分混(hun)相流體。
2渦(wō)街流量計(ji)的參數計(ji)算
2.1工作狀(zhuang)态和标準(zhun)狀态下的(de)體積流量(liang)換算
　　渦街(jie)流量計的(de)輸出信号(hào)是與工作(zuò)狀态的體(tǐ)積流量成(cheng)正比例，氣(qì)體的體積(jī)流量受溫(wēn)度、壓力影(yǐng)響較大，在(zai)流量📧計選(xuǎn)型時，若提(ti)供的流量(liàng)是标準狀(zhuàng)态下的體(tǐ)積💃流量或(huo)質量流❓量(liàng)，應把它換(huàn)算成工作(zuo)狀态下的(de)體積💔流量(liang)。

　　式中，qv、qn分别(bie)爲工作狀(zhuang)态和标準(zhun)狀态下的(de)體積流量(liang)，m3/h;P、Pn分别爲工(gōng)作狀态和(hé)标準狀态(tài)下的絕對(dui)壓力，PaT、Tn、分别(bié)爲工作狀(zhuàng)态和标準(zhǔn)狀态下的(de)熱力學溫(wēn)度，K。
23雷諾數(shù)、壓力損失(shi)和背壓的(de)計算
　　在渦(wō)街流量計(ji)選擇流量(liang)計通徑時(shi)，主要是對(duì)流量下限(xian)值進🏃‍♂️行核(he)算雷諾數(shu)，最小雷諾(nuò)數不應低(dī)于下限雷(lei)諾數，即雷(léi)諾數Re≥2×104。在測(ce)♊量介質爲(wei)液态時，還(hái)應檢查最(zui)小工作壓(ya)力是否高(gāo)于工作溫(wēn)度下的飽(bao)和蒸汽壓(ya)，即是否産(chǎn)生氣穴現(xian)象。
⑴雷諾數(shu)Re是一個表(biao)針流體慣(guan)性力與粘(zhān)性力之比(bi)的無量綱(gāng)量：

式中，Q爲(wei)體積流量(liang)，m3/h;D爲流量計(ji)内徑，mm;v爲運(yùn)動粘度，m2/s。
(2)壓(ya)力損失：選(xuǎn)擇流量計(ji)時，通常可(ke)能會對流(liú)量計的通(tong)徑進行适(shi)當縮小，以(yi)取得較大(dà)流速和合(hé)适的流量(liang)量程。但是(shi)如果縮徑(jing)過💚于嚴重(zhòng)，可能會導(dao)緻較大💋的(de)壓力損失(shī)，能耗會增(zeng)加，因此在(zai)選擇🧑🏾‍🤝‍🧑🏼流量(liang)計的通徑(jìng)時，也需要(yào)适當考慮(lǜ)壓力損🤩失(shi)，盡可能減(jiǎn)小壓力損(sǔn)失。壓力損(sǔn)失ΔP計算：
ΔP=1.1×10-5ρ?V2（3）
　　式(shi)中，ΔP爲壓力(li)損失，kg/m2;ρ爲流(liu)體密度，kg/m3;V爲(wei)流速，m/s。
(3)背壓(ya)：測量液體(ti)的流量時(shí)，要确認工(gong)藝管道的(de)壓力對🔆于(yu)較小的公(gōng)稱通徑而(ér)言有足夠(gòu)大的背壓(ya)，避免氣穴(xué)産生✂️。流量(liàng)計下遊的(de)管道壓力(li)應滿足。
P≥2.7ΔP+1.3P0（4）
式(shi)中，P爲流量(liàng)計下遊3.5~7.5D的(de)最小管道(dao)壓力，kg/cm2（A）；P0爲液(ye)體的飽和(he)蒸🌈汽㊙️壓，kg/cm2。
（4）根(gen)據工藝要(yao)求及現成(cheng)安裝環境(jìng)選擇耐壓(yā)、耐溫等級(ji)🈲、防🏒護等級(jí)、防爆等級(jí)、輸出信号(hào)等。
3測量熱(rè)解氣的渦(wō)街流量計(jì)的選型設(shè)計
　　熱解氣(qì)的組分如(ru)表1所述，其(qi)工藝參數(shu)：操作密度(du)0.63kg/m3，運🍓動粘度(dù)2X10_5m2/s，操作溫度(du)48.9℃，操作壓力(li)7.5kPa，管道DN80，最小(xiao)流量50Nm3/h，正常(cháng)流量100Nm3/h，最大(dà)流量150Nm3/h，儀表(biao)測量範圍(wéi)選擇0?180Nm3/h。
　　在裝(zhuang)置運行的(de)過程中，業(yè)主可能會(hui)根據需要(yào)适當調整(zheng)參數，因此(cǐ)選擇量程(chéng)比寬一些(xiē)的流量計(ji)會有助于(yu)調整後的(de)測量;另外(wài)熱解氣作(zuo)爲産品之(zhī)一，其🛀流量(liang)是📱驗證工(gōng)藝與關鍵(jiàn)設備的工(gong)程可行性(xìng)、優化工藝(yì)參數的關(guān)鍵參數之(zhi)一，因此使(shǐ)用精☂️度高(gāo)一些💘的流(liu)量計也是(shì)有必要的(de)；熱解氣的(de)組分随着(zhe)參數的調(diao)整也可🔞能(néng)會發生變(biàn)化，因此基(ji)于伯努利(lì)方程原理(lǐ)的，如 孔闆(pan)流量計 、噴(pen)嘴、 阿牛巴(bā)流量計 、德(de)爾塔巴流(liu)量計、 平衡(héng)流量計 等(děng)都不能很(hen)好的測量(liàng)，因爲這類(lèi)流量計受(shou)流體物性(xìng)（密度、粘⭐度(du)）和組分變(biàn)化影響，且(qiě)最終的熱(rè)解氣産品(pǐn)或♈多或㊙️少(shao)都有焦✍️油(yóu)的存在，時(shí)間長了可(kě)能堵塞流(liu)量計。楔形(xing)流量計帶(dai)有自清潔(jié)功能✍️，如果(guǒ)采用法蘭(lán)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(xiǎo)， 楔形流量(liàng)計 計算結(jié)果分别見(jian)圖1和圖2。

　　當(dāng)H/D比爲0.2時，其(qí)壓力損失(shi)達到4kPa，已經(jīng)大于操作(zuò)壓力的🌈一(yi)半，此種方(fang)案不可可(kě)取，當H/D比爲(wei)0.3時，其壓力(li)損失爲💋1.09kPa，可(kě)以⁉️接受🧑🏽‍🤝‍🧑🏻，但(dan)最小流量(liang)時差壓隻(zhi)有0.11Kpa，甚至正(zhèng)常流量時(shi)的差壓也(ye)有🌂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(fa)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(zhì)量流量計(jì)等，考慮📐到(dào)爲一個實(shí)驗裝置，質(zhi)量流量計(ji)價格昂貴(guì)，因此綜合(hé)考慮介質(zhi)和裝🔴置的(de)特殊性、壓(yā)損、精度和(he)費用等因(yin)素，選用渦(wō)街流量計(ji)測量熱解(jie)氣的流量(liàng)。
由式1可得(de)最小流量(liàng)對應的工(gong)作狀态下(xià)的體積流(liú)量：

　　由上述(shù)計算結果(guǒ)可知，當流(liu)量計縮徑(jing)至DN40時，雷諾(nuò)數即可滿(man)足要求。
按(àn)式（3）可以核(hé)算下DN50和DN40口(kou)徑下的最(zuì)大壓損：
DN50時(shi)：

　　從圖3可見(jian)，出流量計(ji)口徑爲DN80時(shí)，最小流量(liang)無法測量(liang)；流量計口(kou)徑縮徑至(zhì)DN50時，最小流(liú)量可測（此(ci)時流體的(de)雷諾數非(fēi)常接近2*104），但(dan)此時的流(liu)量精度稍(shao)微差些；流(liu)量計口🔴徑(jing)縮徑至DN40時(shi)，最小流量(liang)可測，且精(jīng)度也能得(dé)到保證。用(yòng)上述公式(shì)計算的壓(yā)損與軟件(jiàn)計算出來(lái)也基本抑(yì)制，差别來(lai)自計算值(zhí)。如果流✊量(liàng)計縮徑至(zhi)✉️DN25時，流量計(ji)的壓損已(yi)經達到7.6kpa，壓(ya)♈損較大，無(wú)法滿足工(gong)藝要求。因(yīn)此選擇DN40口(kou)徑的流量(liang)計能滿足(zú)要求。對于(yu)DN50口徑的方(fang)案，如果流(liu)🔅量大于54Nm3/h時(shi)，流量計的(de)精度爲此(ci)款流量計(ji)的精度，
　　爲(wèi)1.0%，當流量爲(wèi)50Nm3/h時，此時流(liú)量可測，隻(zhī)是精度稍(shao)差寫，約爲(wei)📧1.81%，但流量計(ji)的壓損會(huì)小很多，從(cong)節能降耗(hao)方面考慮(lǜ)，選擇DN50口徑(jìng)的流量計(ji)也是可以(yi)的，綜上，選(xuan)擇DN40口徑和(hé)DN50口徑的渦(wo)街💋流量計(ji)都能滿足(zu)要求。
　　操作(zuò)溫度爲48.9℃，沒(méi)有特殊性(xìng)，選擇普通(tong)的渦街流(liu)量計即可(ke)🤩；根據現🏃場(chang)情況，流量(liàng)計爲露天(tiān)安裝，防護(hù)等級選擇(ze)🌏IP65即可；根據(jù)《爆炸危險(xian)環境電力(lì)裝置設計(jì)規範》GB50058-2014，各介(jiè)質👄所在組(zǔ)别屬于危(wēi)險物料，見(jiàn)表2.因此儀(yi)表防爆标(biao)志選擇ExiaIICT4Gb即(jí)能滿足要(yao)求。根🤟據項(xiàng)目統一要(yao)求輸出信(xin)号選擇爲(wèi)4~20mA+HART。

　　至此，渦街(jiē)流量計的(de)選型已經(jīng)完成，但考(kǎo)慮到熱解(jie)氣中焦油(you)的存在，選(xuǎn)擇渦街流(liu)量計時，需(xu)要注意：1不(bu)能選用因(yin)爲技術需(xu)要而在渦(wō)街流量計(jì)中設計了(le)小孔結構(gou)的流量計(jì)，因爲焦油(yóu)🌏有可能堵(du)塞這些孔(kǒng)，從而失去(qu)🈲其原有的(de)作用；2焦油(yóu)有可能附(fu)着在漩渦(wo)發生體上(shàng)，從而改變(biàn)其結🤟構，影(ying)響測量精(jīng)度，因此需(xū)要采用帶(dai)防粘附作(zuo)用的發生(sheng)體，另外考(kao)慮到熱解(jiě)💃氣中焦油(you)含量較小(xiao)，且由于漩(xuán)渦的存在(zài)，其有剝離(li)附着發生(shēng)體上的焦(jiāo)🚶油作用，因(yīn)此認爲對(dui)流量精度(du)的影響較(jiao)小。
4結語
　　目(mu)前項目已(yi)經開車成(cheng)功，渦街流(liú)量計現場(chǎng)使用效果(guo)特别好🍉，在(zài)🚶整個實驗(yàn)過程中，都(dou)能很好的(de)測出熱✂️解(jie)氣的流量(liàng)。現場的使(shǐ)用結果表(biao)明，在發生(shēng)體帶防粘(zhān)附作用情(qíng)況下，低含(hán)量的焦油(yóu)對流量計(ji)的測量精(jing)度影響不(bu)大。目前化(hua)工廠常用(yòng)的流量計(ji)節流裝置(zhi)孔闆等，其(qí)受流體物(wù)性影響大(dà)，量程比一(yi)般隻有3:1，且(qie)容易出現(xiàn)堵♻️塞，直管(guan)段要求甚(shèn)至高達50倍(bèi)管徑，另外(wai)導壓系統(tǒng)還容易出(chū)現洩露。渦(wo)街流量計(jì)因其儀🈲表(biǎo)系數與流(liu)體特性🍉無(wu)關（氣液通(tong)用）、精度高(gao)、寬量程比(bi)和低壓損(sǔn)等優點，是(shì)節流裝置(zhì)的理想替(tì)代品，但隻(zhi)有正确設(shè)計、正确選(xuan)型☔以及正(zhèng)确安裝的(de)條件下🌈才(cai)能發揮其(qí)🔞應有的作(zuò)用。

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