摘要：介紹(shào)空分裝置(zhi)中液氧、液(yè)氦流量采(cǎi)用渦街流(liú)量計 測量(liàng)的方法,探(tan)讨使用現(xiàn)狀的優點(dian),對不能測(cè)量較大流(liú)量以及渦(wō)街流量計(ji)小信号切(qiē)除量較大(da)的問題進(jìn)行相關應(ying)用分析,對(dui)空分裝在(zai)産品核算(suàn)、經濟效益(yì)分析、可靠(kào)運行的方(fāng)面具有一(yī)定幫助。
　　目(mù)前，化工行(hang)業很多生(shēng)産現場所(suo)使用的流(liú)量計選型(xing)不夠合理(lǐ),有的存在(zai)安裝錯誤(wu),造成計量(liang)誤差過大(da),還有些不(bú)能滿足生(shēng)産或産品(pǐn)交接計量(liàng)的需要,流(liú)量計是化(hua)工企業最(zui)常用的儀(yi)表。但僅靠(kào)經驗或單(dan)純考慮購(gou)置費進行(hang)選型，可能(néng)會失去選(xuan)擇最适合(he)儀表的機(jī)會。由此可(ke)見,正确選(xuan)擇和使用(yong)流量計并(bing)非易事。要(yao)正确、有效(xiao)地選擇合(he)适的流量(liàng)計,必須考(kǎo)慮5個方面(miàn)的因素,即(ji)性能要求(qiu)、介質物性(xing)、安裝要求(qiú)、環境條件(jian)和費用。
　　煤(méi)基烯烴項(xiàng)目建設的(de)空分裝置(zhì)生産氣氧(yǎng)、氣氮、儀表(biǎo)空氣、工廠(chǎng)空氣、液氧(yǎng)和液氮。通(tong)過對該裝(zhuang)置的液氧(yang)、液氮産品(pin)流量計的(de)使用情況(kuang)進行摸索(suo)研究,從儀(yi)表測量原(yuán)理出發,進(jìn)行必要的(de)分析和研(yán)究,并進行(hang)觀察評估(gū),對實施效(xiao)果:提出推(tuī)廣建議,從(cóng)而進一步(bù)提高管理(lǐ)和維護水(shui)平,使該裝(zhuāng)置産品交(jiāo)接計量向(xiàng)更穩定、更(gèng)可靠的方(fāng)向發展。
1空(kong)分裝置液(ye)氧、液氨渦(wō)街流計使(shi)用現狀
1.1産(chan)品流量的(de)測量方法(fǎ)
　　一般情況(kuàng)下,煤化工(gong)配套的空(kōng)分裝置都(dou)較大,液氮(dàn)、液氧産品(pǐn)在工藝系(xì)統負荷較(jiao)低時可以(yi)作爲産品(pin)銷售。爲了(le)準确測量(liang)這兩股産(chǎn)品的流量(liang),保證貿易(yì)交接的準(zhun)确性,考慮(lǜ)到這兩股(gǔ)産品低粘(zhān)度、低溫,産(chǎn)品管線口(kǒu)徑小(僅爲(wèi)DN25mm), 以及一次(ci)儀表需安(ān)裝于冷箱(xiāng)内隔箱而(er)變送器需(xū)要安裝于(yu)冷箱外部(bù)的特點,項(xiang)目最初選(xuan)用了 分體(ti)式渦街流(liu)量計 配以(yi)轉換器來(lái)測量液氮(dan)、液氧流量(liang)。
1.2渦街流量(liàng)計測量液(ye)氧、液氮流(liú)量
1.2.1測量原(yuan)理.
　　渦街流(liú)量計是一(yī)種典型的(de)速度式流(liú)量計,可檢(jian)測Re在5 x103~7 x106範圍(wei)内的液體(ti)、氣體、蒸汽(qì)流體的流(liú)量。漩渦分(fen)離的穩定(ding)性受漩渦(wō)發生體上(shàng)遊流場畸(jī)變、漩渦流(liú)等的影響(xiǎng)，所以安裝(zhuāng)儀表應根(gen)據上遊阻(zǔ)流件的不(bu)同形式,配(pèi)備不同長(zhǎng)度的上、下(xia)遊直管段(duàn),或安裝流(liu)動調整器(qì),爲渦街流(liu)量計提供(gòng)良好的流(liú)場條件,消(xiāo)除流場對(duì)儀表的不(bu)利影響。渦(wo)街流量計(ji)是應用流(liu)體振蕩原(yuan)理來測量(liang)流量的,流(liú)體在管道(dao)中經過渦(wo)街流量變(biàn)送器時,在(zài)三角柱的(de)漩渦發生(sheng)體後上下(xià)交替産生(shēng)正比于流(liú)速的兩列(liè)漩渦,稱爲(wèi)卡曼漩渦(wō)。單側漩渦(wō)的釋放頻(pin)率與流過(guò)漩渦發生(sheng)體的流體(tǐ)平均速度(dù)及漩渦發(fā)生體特征(zheng)寬度有關(guan),表示爲":
f=(Srxv)/d
式(shì)中
d一漩渦(wo)發生 體特(te)征寬度,m;
f一(yī)漩渦 的釋(shì)放頻率,Hz;
Sr一(yi)斯特勞哈(ha)爾數,無量(liàng)綱， 它的數(shu)值範圍爲(wei)0.14 ~0.27;
?一流過漩(xuan)渦發生體(tǐ)的流體平(ping)均速度，m/s。
Sr是(shi)雷諾數的(de)函數,Re與Sr的(de)關系爲Sr =f(l/Re),如(rú)圖1所示。

由(you)上式可知(zhī)，在斯特勞(láo)哈爾數Sr爲(wèi)常數時,流(liú)量qv與單側(ce)漩渦産生(shēng)的頻率?成(cheng)正比。
　　當雷(léi)諾數Re在102~ 105範(fan)圍内時,Sr值(zhí)約爲0.2,因此(ci),在測量中(zhōng)要盡量保(bao)證流體的(de)雷諾數在(zai)102~ 105 ,漩渦頻率(lǜ)?=0.2×?/d。由此可知(zhi)，通過測量(liang)漩渦頻率(lü)就計算出(chu)流過漩渦(wō)發生體的(de)流體平均(jun)速度u,再由(yóu)式qv = ? ×A0求出流(liu)量qv,其中A。爲(wei)流體流過(guò)漩渦發生(sheng)體的截面(miàn)積。
1.2.2渦街流(liú)量計測量(liàng)空分裝置(zhì)液氮、液氧(yǎng)的優劣
　　通(tong)過觀察裝(zhuāng)置開車後(hòu)近一年的(de)使用情況(kuàng)，發現在這(zhe)兩股産品(pǐn)處使用渦(wo)街流量計(jì)各存在一(yī)些優缺點(diǎn)。
1.2.2.1 優點
　　渦街(jie)流量計結(jié)構簡單牢(lao)固,安裝維(wéi)護方便,測(cè)量元件直(zhí)接安裝于(yú)管道上,克(ke)服了管路(lu)的洩漏現(xian)象。可根據(ju)測量對象(xiàng)選擇相應(ying)的檢測方(fang)式,儀表的(de)适應性強(qiang)。非常适用(yòng)于幹淨介(jie)質流體和(he)部分混相(xiàng)流體。與其(qí)他脈沖輸(shū)出型流量(liàng)計相比,渦(wō)街流量計(ji)的儀表系(xì)數K較低,且(qiě)随儀表測(ce)量管徑D的(de)增大儀表(biao)系數K近似(sì)以直徑比(bǐ)的3次方速(su)率下降(表(biǎo)1)。

　　選擇流量(liang)計的通徑(jìng)應按被測(cè)管道使用(yòng)的流量範(fan)圍和被選(xuan)流量計的(de)上、下限流(liu)量來選配(pèi),而不是簡(jian)單地按管(guǎn)道通徑選(xuan)用。通常設(shè)計管道流(liú)體最大流(liú)速是按經(jing)濟流速來(lái)确定的,流(liu)速選擇過(guo)低,則管徑(jìng)粗、投資大(da);而流速過(guò)高則輸送(song)功率大,增(zēng)加運行費(fèi)用21。大部分(fèn)流量計上(shàng)限流量的(de)流速接近(jin)或略高于(yu)管道經濟(ji)流速,因此(cǐ)流量計通(tong)徑與管徑(jing)相同的可(kě)能性較大(dà),安裝比較(jiào)方便,如不(bu)相同也不(bú)應.相差太(tai)多,一般相(xiang)鄰一檔規(guī)格,采用變(bian)徑管連接(jie)'。
　　若采用 标(biāo)準孔闆流(liu)量計 來測(ce)量液氮、液(yè)氧的流量(liàng)存在一些(xiē)不足之處(chù)，如:壓力損(sun)失較大;導(dǎo)壓管、 三 (五(wǔ))閥組 及連(lian)接接頭容(róng)易洩漏;導(dǎo)壓管、取壓(ya)口易堵塞(sāi);量程範圍(wei)小,一般爲(wèi)3:1,對流量波(bo)動較大易(yì)造成測量(liang)值偏低;液(yè)氮、液氧溫(wen)度較低，需(xu)要采取複(fu)熱措施由(you)液态恢複(fú)爲氣态才(cái)可測量，否(fou)則易凍結(jie)。
　　量程比相(xiang)對較寬，可(kě)達10:1或20: 1。使用(yong)的情況是(shì)實際最小(xiao)流量可測(cè)到200Nm'/h,最大可(ke)測到1 865Nm'/h及以(yi)，上。實際情(qíng)況是最大(dà)流量在閥(fa)門僅65%開度(du)時就達到(dao)了100% ,最小流(liu)量僅可測(ce)到325Nm3/h,尤其上(shàng)、下極限測(ce)量時基本(ben)很難用好(hao)。大多數渦(wo)街流量計(ji)具有較好(hao)的線性度(dù),渦街流量(liang)計理論最(zui)大量程比(bi)可達300:1以上(shang)。但由于檢(jian)測元件的(de)靈敏度、儀(yi)表的壓力(lì)損失及其(qí)他方面的(de)限制,要達(da)到這麽高(gāo)的量程比(bǐ)是非常困(kùn)難的。因此(ci)實際大多(duō)數的渦街(jie)流量計的(de)量程比僅(jin)爲10:1以上,有(you)的可達到(dào)20:1甚至30:1。而其(qí)他的流量(liàng)計如差壓(ya)流量計,卻(que)沒有這麽(me)寬的量程(cheng)範圍。一般(bān)的渦街選(xuǎn)型,都會把(ba)所測流量(liàng)範圍放在(zai)其全量程(cheng)的5%~60%這個範(fan)圍内,如果(guǒ)要求的量(liang)程太寬,就(jiu)必須把常(chang)用流量放(fàng)在這個範(fàn)圍的合适(shì)位置以選(xuan)型。這樣選(xuǎn)型出來的(de)渦街才會(hui)好用、穩定(dìng),精度才能(néng)得以保障(zhang).
　　渦街流量(liang)計屬測量(liang)精度中等(deng)偏上的流(liú)量計,通常(chang)測量液體(ti)的精度爲(wèi)土(0.5% ~1.0%),測量氣(qì)體的精度(dù)爲土(1.0% ~1.5%),這種(zhǒng)精度比 渦(wo)輪流量計(jì) 科氏力質(zhì)量流量計(jì)低,但與傳(chuan)統的 差壓(ya)流量計 、 浮(fú)子流量計(ji) 相比,測量(liàng)精度較高(gao)2]。考慮到這(zhe)兩股産品(pin)既要計量(liang)總流量,又(yòu)要應用在(zài)流量控制(zhi)系統中，流(liú)量計精度(du)的确定要(yào)在整個系(xi)統控制精(jing)度要求下(xia)進行，因爲(wèi)整個系統(tong)不僅有流(liú)量檢測的(de)誤差,還包(bāo)含有信号(hào)傳輸、控制(zhì)調節等環(huan)節的誤差(chà)和各種影(ying)響因素,對(dui)測量儀表(biao)确定過高(gao)的精度是(shi)不合理和(hé)不經濟的(de),因此綜合(he)精度、經濟(jì)性一同考(kǎo)慮是選型(xíng)的要素之(zhī)一。
　　正常情(qíng)況下壓損(sǔn)約爲 孔闆(pǎn)流量計 的(de)1/4~1/2，但内縮徑(jing)渦街流量(liang)計不适用(yòng)于此處。近(jin)似的長期(qi).壓損( PPL)計算(suan)公式爲

　　以(yi)液氮産品(pǐn)爲例，經過(guò)計算，DN25mm的渦(wo)街流量計(jì)适用于此(cǐ)處,圖2爲液(ye)氮DN25mm渦街流(liú)量計性能(néng)對照圖。從(cóng)圖2可以看(kàn)出，在保證(zheng)精度的情(qing)況下,壓損(sun)是相當小(xiao)的。

　　輸出(chu)與流量成(cheng)正比的脈(mò)沖信号,适(shì)用于總量(liàng)計量,無零(líng)點漂移[4。在(zai)一定雷諾(nuo)數範圍内(nèi),輸出頻率(lü)信号不受(shou)流體物性(xìng)(密度、粘度(du))和組分的(de)影.響,即儀(yi)表系數僅(jǐn)與漩渦發(fa)生體和管(guan)道的形狀(zhuàng)尺寸有關(guān),隻需在一(yi)種典型介(jiè)質中校驗(yan)而适用于(yu)各種介質(zhì)。在各種流(liu)量計中渦(wō)街流量計(jì)是一種較(jiào)有可能成(chéng)爲僅需幹(gan)式校驗的(de)流量計。
　　對(dui)流量變化(huà)在一定的(de)雷諾數範(fan)圍内，漩渦(wō)分離的頻(pín)率僅與流(liu)體工作狀(zhuàng)态下的體(tǐ)積流量成(chéng)正比;而對(duì)被測流體(ti)壓力、溫度(dù)、粘度和組(zǔ)分變化不(bú)敏感。因此(ci)，在幾何相(xiàng)似和動力(lì)相似條件(jian)下，渦街流(liu)量計可用(yong)一種典型(xíng)介質(如水(shui)或空氣)标(biao)定，就可确(què)定它的儀(yi)表系數，并(bing)可在其他(ta)介質中使(shǐ)用。渦街流(liú)量計的這(zhè)一特點，對(dui)生産廠和(hé)用戶提供(gòng)了很大的(de)便利。對用(yong)于高壓氣(qi)體的渦街(jiē)流量計，使(shi)用常壓條(tiáo)件下标定(ding)的儀表系(xì)數，用戶完(wán)全可以放(fang)心，生産廠(chǎng)不必爲沒(mei)有高壓标(biao)定設備而(er)憂慮;用于(yú)氣體的渦(wō)街流量計(ji)，也可在水(shuǐ)流量标準(zhǔn)裝置中校(xiao)驗，提高标(biāo)定精度。渦(wo)街流量計(jì)這一特點(diǎn)，爲它實現(xiàn)幹标定、發(fa)生體标準(zhun)化提供了(le)有利條件(jian)。
　　通常渦街(jiē)流量計的(de)儀表系數(shu)K是通過液(yè)體或氣體(tǐ)流量校準(zhǔn)裝置在常(chang)溫、常壓條(tiáo)件下标定(dìng)後确定的(de)。如果儀表(biao)用于高溫(wēn)流體(例如(rú)蒸汽)或低(dī)雷諾數區(qu)域的流量(liàng)測量時,還(hai)照用實驗(yàn)室标定的(de)儀表系數(shu)的話,則會(huì)産生一定(ding)的測量偏(pian)差。因此,當(dang)儀表的工(gōng)作條件偏(pian)離标定條(tiao)件較遠時(shi),需對該系(xi)數進行修(xiū)正。
　　儀表标(biāo)定時,根據(jù)校準裝置(zhì)給出的标(biao)準流量、流(liú)體密度ρ、粘(zhān)度μ和被測(ce)渦街流量(liàng)計輸出的(de)頻率,計算(suan)出儀表系(xì)數K和對應(ying)的雷諾數(shù)。先進行雷(léi)諾數Re>2 x 104的各(ge)流量測試(shì)點的标定(dìng),再進行Re≤2x104各(ge)點流量的(de)标定。然後(hòu)算出Re>2x104各流(liú)量測試點(dian)的平均儀(yí)表系數K,以(yǐ)K作爲标準(zhun)儀表系數(shu),再分别計(ji)算Re<2x104各流量(liàng)測試點的(de)儀表系數(shu)Ki與K的比值(zhí)E作爲雷諾(nuò)數修正系(xi)數,這樣就(jiu)得到與表(biao)2相似的各(ge)雷諾數所(suǒ)對應的修(xiu)正系數，然(rán)後把這些(xie)數據寫人(ren)儀表中。

1.2.2.2缺(quē)點
　　渦街流(liú)量計小信(xìn)号切除量(liàng)較大,使下(xià)限流量不(bu)能太低，因(yīn)此不能滿(man)足較小流(liu)量測量的(de)要求。渦街(jie)流量計的(de)下限流量(liang)受雷諾數(shù)和檢測元(yuán)件靈敏度(du)的制約。
　　雷(lei)諾數的影(ying)響。渦街流(liú)量計不适(shi)用于低雷(léi)諾數測量(liàng)(Re≥2 x104),故在高粘(zhan)度、低流速(su)、小口徑情(qing)況下應用(yòng)受到限制(zhì)。大多數渦(wo)街流量計(jì)的下限雷(lei)諾數爲(1 ~2) x104 ,隻(zhi)有當儀表(biao)工作在下(xia)限雷諾數(shu)以.上區域(yu)時,斯特勞(lao)哈爾數Sr或(huo)儀表系數(shù)K才進人平(píng)直區,儀表(biao)也才能進(jin)人線性工(gong)作區域，否(fǒu)則當雷諾(nuo)數Re低于渦(wō)街流量計(jì)線性工作(zuo)區的臨界(jie)雷諾數時(shi),儀表系數(shù)K将出現嚴(yan)重的非線(xiàn)性,産生非(fei)線性誤差(cha)。在粘度高(gao)、口徑小的(de)工作條件(jian)下工作的(de)渦街流量(liang)計，下限流(liu)量不能太(tài)低。以液氮(dàn)産品爲例(lì),經過計算(suàn),DN25mm的渦街流(liu)量計所測(ce)流量爲全(quan)量程流量(liang)的15%及以下(xia)時,流速下(xià)降迅速,已(yi)經不能保(bao)證精度了(le)， 即使滿足(zú)了可測量(liang)程上限的(de)要求也滿(man)足不了可(ke)測較小流(liu)量的需要(yao)(表3)。

　　另外,從(cóng)圖3還可以(yǐ)清楚地看(kan)到,流量達(dá)到量程上(shang)限以後精(jing)度和壓損(sun)明顯呈比(bi)例上升。這(zhe)也就不難(nán)解釋爲什(shí)麽渦街流(liú)量計往往(wǎng)未用到全(quan)量程就很(hen)難用好了(le)

　　檢(jian)測元件靈(ling)敏度的限(xiàn)制。漩渦強(qiáng)度越強對(dui)信号檢測(ce)越有利。而(er)漩渦強度(du)與流速平(píng)方是成正(zheng)比的，所以(yǐ)在量程下(xià)限的低速(sù)區，漩渦信(xìn)号很微弱(ruò)，能否有效(xiao)地檢測出(chū)漩渦信号(hào),取決于檢(jiǎn)測元件的(de)靈敏度[2]
　　受(shou)以上兩方(fang)面因素的(de)制約，渦街(jiē)流量計的(de)下限流速(sù)不能太低(di)，這點可以(yǐ)參考表3。一(yī)般情況下(xià),測量液體(ti)流量時,下(xia)限流速爲(wèi)0.3 ~0. 5m/s;測量氣體(tǐ)時下限流(liu)速爲3.0 ~5.0m/s。不能(neng)采用内縮(suō)徑渦街流(liu)量計測量(liang)較小流量(liang)，否則無法(fǎ)保證流體(ti)的穩定狀(zhuàng)态，畢竟渦(wō)街靠的是(shì)穩流才能(néng)準确測量(liang),内縮徑多(duō)少會造成(chéng)壓損增加(jia),影響渦街(jie)的測量,尤(you)其測到70%以(yi)上很難保(bao)證精度,特(tè)點是精度(du)随流量增(zēng)大而産生(shēng)偏差。
　　正常(chang)情況下渦(wō)街流量計(jì)壓損僅比(bǐ)差壓流量(liang)計小(約爲(wei)孔闆流量(liang)計1/4~1/2),但是由(you)于這兩股(gu)産品的正(zhèng)常壓力都(dōu)在0.5MPa以下，因(yīn)此測量值(zhi)達不到精(jīng)度偏離點(diǎn)就壓損太(tai)高無法使(shi)用了。以液(yè)氮産品爲(wèi)例,經過計(ji)算,DN15mm的内縮(suo)徑渦街流(liu)量計不适(shì)用于此處(chu)，流量爲全(quán)量程50%及以(yǐ)上時,壓損(sun)上升迅速(su),如圖4所示(shì)。但是優點(dian)是可以滿(mǎn)足較小流(liú)量測量的(de)需要,這時(shi)幾乎沒有(you)壓損(表4)。.


2結(jie)束語
　　對空(kong)分裝置的(de)液氧、液氮(dan)産品流量(liàng)測量結合(hé)實際使用(yòng)情況進行(hang)了研究與(yǔ)分析,對其(qi)測量原理(li)技術難點(diǎn)以及優缺(que)點等進行(háng)了全面的(de)統計、綜述(shù)和評價。當(dāng)然對于量(liàng)程比适中(zhōng)、隻保證流(liú)量上限其(qi)中一端即(jí)可的液氧(yǎng)、液氮産品(pǐn)流量測量(liang),使用這類(lèi)低溫型分(fèn)體式渦街(jiē)流量計還(hái)是相當可(ke)靠的。

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