[摘要]渦街流量計(jì) 是一種重要的速(su)度型流量計,由于(yu)測量不受介質物(wu)性參數的影響,輸(shu)出信号與流量成(chéng)正比,目前工業管(guǎn)道流體主流的流(liú)量測量裝置是渦(wo)街流量計,其具有(you)測量精度高、結構(gou)簡單、安裝維護方(fāng)便等優勢。本文從(cóng)闡述渦街流量計(jì)的測量原理着手(shou),分析渦街流量計(jì)的優缺點,提出合(hé)理的适用範圍和(hé)安裝基本要求,以(yi)及在DMF回收裝置的(de)應用,提供一定的(de)實踐參考價值。
1引(yin)言
　　随着化工行業(ye)智能化水平和要(yao)求的不斷提高,流(liu)量監測的重要性(xing)更加明顯,爲了有(you)效的控制和監測(ce)生産過程,需要檢(jian)測生産過程中各(ge)種流體的流量,便(biàn)于管理和控制工(gōng)藝參數。同時各車(chē)間對物料的轉運(yùn)需要正确的計量(liang),以作爲經濟核算(suàn)的依據,各種類型(xing)流量計層出不窮(qióng),亟需測量精度高(gao),适用範圍廣:,儀表(biao)參數長期穩定,維(wei)修方便的流量計(jì),因此需要選擇合(hé)适的流量計,在實(shi)際生産中是至關(guān)重要。
　　渦街流量計(jì)在化工行業應用(yong)相當廣泛,由于設(shè)備内沒有可動機(jī)械零件,降低了維(wei)護成本和人力成(chéng)本,提高了整體可(ke)靠性。無論國内外(wai)皆已開發出多品(pǐn)種,實際應用中渦(wo)街流量計也存在(zài)一-些問題,大部分(fèn)都是安裝和選型(xíng)問題,亟需探索解(jie)決。
　　DMF(NN二甲基甲酰胺(an))是一種無色透明(míng)有機溶劑,化學式(shi)爲C3HNO,主要應用于化(hua)工行業,車間回收(shou)量較大且難度高(gao),一般采用連續精(jīng)餾方式回收,需要(yao)在回收處理.上選(xuan)擇合适的流量計(jì)進行正确計量和(he)控制以。結合我們(men)公司在回收DMF項目(mù)的應用案例,發現(xiàn)流量計選型的一(yi)些問題,提出采用(yong)渦街流量計來計(ji)量的整改方案,并(bìng)得到了很好的應(ying)用。
　　本文針對渦街(jiē)流量計的特點,從(cong)工作原理、儀表結(jie)構和一些實際安(ān)裝問題探讨,同時(shi)結合在DMF回收裝置(zhi)中的應用等方面(miàn),論述該流量計的(de)技術特點和應用(yòng)範圍。
2工作原理
　　渦(wō)街流量計是基于(yu)卡曼渦街原理進(jin)行測量,在均勻流(liú)體中,垂直設置阻(zǔ)流體,在一定流速(sù)範圍内,從阻流體(ti)兩側交替地釋放(fàng)方向相反的旋渦(wo),這種不對稱漩渦(wō)稱爲卡曼渦街向(xiàng),如圖1所示。
 
　　通過檢(jian)測元件檢出漩渦(wo)頻率後,可以推導(dǎo)出流體的流量,設(shè)被測介質的平均(jun1)速度爲v,漩渦的發(fā)生頻率爲f,阻流體(ti)迎面寬度爲d,根據(ju)卡曼渦街原理,發(fā)生頻率和流體速(sù)度成正比，如下式(shi):
f=SrV/d??????(1)
式中:
V一阻流體兩(liang)側平均流速,m/s;
Sr一斯(si)特勞哈爾數;
d一阻(zǔ)流體的寬度,m。
　　斯特(tè)勞哈爾數Sr爲無量(liàng)綱參數,它與阻流(liú)體的形狀及雷諾(nuò)數有關,實驗數據(jù)得知,在Re=2x104-~7x106範圍内,Sr基(jī).本保持不變,可視(shì)爲常數。由.上式(1)可(kě)見,漩渦頻率f不受(shòu)流體物性和組分(fen)變化的影響。
設管(guan)道内體積流量爲(wei)qr .
qv=πD2V/4=πD2?df/4Sr?????(2)
K=f/qv=[πD2?d/4Sr]-1?????(3)
式中:
K一流量計的(de)儀表,系數,m³。
　　K除與阻(zu)流體、管道的幾何(hé)尺寸有關外,還與(yǔ)斯特勞哈爾數Sr有(yǒu)關。由.上式(3)可見,流(liú)量qv和漩渦頻率f成(chéng)正比關系,輸出信(xin)号與流量成正比(bǐ),不受流體的溫度(dù)、壓力、粘度和密度(du).的影響,通過傳感(gǎn)器檢測前後壓降(jiang)和頻率f,将信号送(sòng)入放大器,再由通(tong)過整形得到電信(xìn)号輸出,就可以測(cè)出qv。
3儀表結構
 
　　渦街流量計在(zai)化工行業應用比(bi)較廣泛,主流的渦(wō)街流量計由殼體(ti)、傳感器和轉換器(qì)三部分組成,如圖(tú)2所示。.
傳感器包括(kuò)漩渦發生體(阻流(liú)體)、檢測元件和儀(yí)表表體等,轉換器(qì)包括前置放大器(qì)、濾波整形電路、D/A轉(zhuǎn)換電路、輸出接口(kou)電路、端子、支架和(he)防護罩等。
　　根據卡(ka)曼渦街工作原理(li),通過漩渦發生體(ti)産生漩渦,傳感器(qì)測量漩渦頻率,主(zhu)要采用壓力傳感(gan)器進行測量,通過(guò)檢測信号,再通過(guò)放大器,信号顯示(shi)并遠程傳輸至DCS系(xì)統,就可以計算出(chū)流體的流速及流(liú)量,整個測量過程(cheng)可靠程度高。
4優點(diǎn)和局限性
4.1優點
(1)渦(wō)街流量計結構簡(jiǎn)單牢固,一體化安(an)裝無可動機械零(líng)件,安裝方便,水平(píng)或垂直安裝均可(kě),維修費用低;
(2)信号(hào)輸出與實際體積(ji)流量成正比,測量(liàng)幾乎不受流體參(cān)數(溫度、壓力、密度(dù)和粘度等)變化影(ying)響;
(3)精度較高(±0.5 %~±1 %),測量(liàng)範圍寬(10: 1),?壓力損失(shī)小;
(4)儀表系數和管(guǎn)道形狀尺寸有關(guān),傳感器不接觸介(jiè)質,校驗後可以适(shi)用各種流體。
4.2局限(xian)性
(1)不适用于低雷(léi)諾數測量(ReD=2x104),故在高(gāo)粘度、低密度、低流(liú)速、小口徑情況下(xià)應用受到限制。
(2)對(duì) 管道機械振動較(jiao)敏感,抗振能力差(cha),不宜用于強振動(dong)場所,需要增加防(fang)振措施。
(3)當介質爲(wei)粘附流體時,檢測(cè)元件易受流體中(zhōng)的污物及顆粒的(de)影響。
(4)熱敏測量元(yuan)件适用溫度低于(yú)200℃,标準型壓力等級(jí)低于6.4 MPa.
5流體适用範(fan)圍
　　渦街流量計對(dui)于大多數流體都(dōu)是适用的,針對一(yi)些特殊的流體,需(xū)要考慮流體的特(te)性對流量計的幹(gan)擾及影響,下面根(gēn)據不同流體的适(shì)用範圍進行描述(shù):
5.1低雷諾流體
　　渦街(jiē)流量計不适用于(yu)測量低雷諾數(Re≤2x104的(de)流體。流體處于低(di)雷諾數時,斯特勞(láo)哈爾數Sr随着雷諾(nuò)數而變,儀表線性(xing)度變差,流體粘度(du)高會顯著影響甚(shen)至阻礙旋渦的産(chan)生,選型的一個适(shi)用條件是在使用(yong)于臨界限雷諾數(shù)之上。
5.2含固體微粒(lì)流體
　　雖然适用的(de)流體比較廣泛,但(dan)對于含固體微粒(lì)的流體要注意。固(gu)體微粒對漩渦發(fā)生體沖刷會産生(sheng)無關的噪聲,從而(ér)磨損漩渦發生體(ti),可在上遊安裝過(guò)濾器或對儀表定(dìng)期校驗。
5.3氣液兩相(xiàng)流體
　　對于含分散(sàn)、均勻的微小氣泡(pao),但容積含氣率應(ying)小于7 %的氣、液兩相(xiàng)流,若超出2 %就應對(duì)儀表系數進行修(xiū)正。對于含分散、均(jun)勻的固體微粒,固(gu)體含量小于2 %的氣(qì)固、液固兩相流;對(dui)于互不溶解的液(ye)液(如油和水)兩組(zǔ)分流等,流速需要(yào)保證>0.5 m/s。
5.4 易結垢流體(tǐ)
　　對于易結垢的流(liu)體,污垢會附着漩(xuán)渦發生體表面,影(yǐng)響其形狀和尺寸(cùn),從而使儀表系數(shu)發生變化,需要定(ding)期清洗污垢:采用(yòng)取壓孔或插入式(shì)檢測元件感應漩(xuán)渦,.-旦介質雜質嵌(qian)入縫隙,對信号造(zào)成幹擾和不穩定(ding),影響其測量精度(dù)。
5.5氣體或者蒸汽
　　在(zai)測量氣體或者蒸(zhēng)汽時,一定要考慮(lü)溫度和壓力補償(cháng)問題,将工況下的(de)流量轉換成質量(liang)流量或标況體積(jī)流量,--般補償由DCS控(kòng)制系統通過專用(yòng)補償功能模塊實(shí)現。
6安裝要求
6.1 安裝(zhuāng)方式
　　渦街流量計(jì)分爲法蘭式、夾持(chi)式和插入式,優先(xiān)選擇法蘭式,其餘(yu)兩者類型精度受(shòu)安裝影響較大口(kou),正确的選擇安裝(zhuang)方式非常重要,即(ji)使設計和選型都(dōu)很完美,若安裝不(bú)合理,同樣會影響(xiǎng)測量精度,甚至影(ying)響傳感器的使用(yòng)壽命,因此合理的(de)選型和選擇合适(shi)儀表運行的最佳(jia)環境是至關重要(yao)的。
　　渦街流量計在(zai)管道上可以水平(píng)、垂直或傾斜安裝(zhuāng),但測量混相流體(ti)時,測量精度得不(bu)到保障,需保證測(ce)量流體充滿管道(dào),避免産生混相流(liú),根據混相流體的(de)特點,選擇合适的(de)安裝方式,具體的(de)安裝方式如圖3所(suo)示。
 
　　渦街流量計必(bì)須在穩定的流束(shu)場内,有一.定的直(zhí)管段要求,直管的(de)長度會影響精度(du),必須保證上、下遊(you)直管段有一定的(de)長度,通常是.上遊(yóu)直管段>10D,下遊直管(guan)段> 5D,還要結合現場(chǎng)安裝情況進行調(diao)整,如果_上遊有彎(wān)頭或者閥門,直管(guan)段相應的需要加(jiā)長,具體的安裝要(yao)求如圖4所示。
 
　　管道(dao)振動是工業生産(chǎn)中的普遍現象,如(ru)泵産生的流體壓(yā)力脈沖,大幅度的(de)開關閥門引起的(de)負荷突變等,由于(yú)所形成的振動幹(gan)擾對檢測是不利(li)的,嚴重時會影響(xiǎng)儀表使用壽命,因(yīn)此采用有效的減(jian)振措施非常重要(yào)回。
　　渦街流量計對(duì)振動很敏感,振幅(fú)通常是<3%,目前一些(xie)渦街流量計采用(yong)質量平衡傳感系(xì)統和自适應數字(zì)信号處理技術(ADSP),提(ti)供極佳的抗振性(xing)能,但是不能從根(gēn)本解決消除振動(dong)0。爲了避免管道振(zhèn)動,在儀表傳感器(qì)上下遊2D管道處設(she)置管道支撐緊固(gù)或固定架,并設置(zhì)防振支座和防振(zhèn)墊。
　　在項目施工安(an)裝過程中,渦街流(liu)量計應該在管道(dào)清洗及吹掃後再(zài)安裝,對于連續生(sheng)産的管線建議安(ān)裝旁路,開車時物(wu)料走旁路運行一(yi)段時間,待介質幹(gàn)淨後再開表,防止(zhi)管道内焊渣等異(yi)物對傳感器造成(chéng)損壞。對于需要調(diao)節的管道,調節閥(fá)一般安裝在流量(liàng)計後方,避免出現(xiàn)射流的情況;對于(yú)高溫管道,傳感器(qì)要垂直向下安裝(zhuāng)。隻要合理的掌握(wo)了渦街流量計的(de)安裝方式,對測量(liàng)的準确性會得到(dao)很大的提高。
6.2故障(zhang)及維護
　　渦街流量(liang)計是-種免維護儀(yí)表,可長期穩定可(ke)靠運行,實際應用(yòng)中很多問題來自(zi)安裝方式不合理(lǐ),針對産生不同現(xian)象分析原因,在項(xiang)目建設和生産過(guò)程中,還會遇到更(gèng)多的問題,需要慢(màn)慢發掘後分析原(yuan)因并找到解決方(fang)案,現列舉目前渦(wo)街流量計在安裝(zhuāng)及運行過程中常(chang)見的一些問題及(jí)其處理方法,如表(biǎo)1所示。
 
7應用案例
　　DMF是(shi)一種常見的溶劑(jì),在化工應用比較(jiào)多,而且回收量也(ye)比較大,一般采用(yong)精餾連續回收方(fāng)式,要求控制進出(chu)料和回流量,這樣(yàng)對流量計選型有(yǒu)一-定要求,在DMF回收(shou)項目中,DMF采用精餾(liú)方式回收,其中對(dui)設計量需要正确(que)的計量和控制,由(you)于項目前期沒有(yǒu)選擇合适的流量(liang)計,導緻精餾塔運(yun)行過程中不穩定(dìng),後來停車排查分(fèn)析原因,找到問題(tí)是部分流量計的(de)選型不合理。
　　DMF回收(shōu)工藝過程爲: DMF原料(liào)進入脫水塔,塔頂(dǐng)脫除.水分,塔釜采(cai)出水分合格的DMF至(zhì)DMF精制塔,DMF精制塔塔(tǎ)頂采出合格的DMF,塔(ta)釜排出少量廢液(yè)去處理,工藝流程(cheng)見圖5。
 
　　DMF回收項目運(yùn)行一段時間後,部(bu)分流量計顯示不(bu)正常,波動性比較(jiao)大,針對存在的問(wèn)題對流量計進行(háng)改造更換,最終将(jiang)部分流量計換成(cheng)渦街流量計,DCS可以(yǐ)正常顯示,流量測(cè)量曲線更穩定,波(bo)動性更小,生産可(ke)以正常穩定運行(hang),渦街流量計在該(gai)DMF回收項目中發揮(hui)其重要作用,項目(mu)如期正常運轉,主(zhǔ)要的改進點分析(xī)如下。
　　脫水塔釜采(cǎi)出流量計(F103)之前采(cai)用轉子流量計,由(you)于轉子流量計測(ce)量的波動性比較(jiao)大,而且浮子經常(cháng)容易卡死,測量誤(wù)差偏大,使用效果(guo)不佳,經過改造後(hou)換成渦街流量計(ji)後,流量顯示更穩(wěn)定可靠。
　　DMF精制塔回(hui)流流量計(F104)輸送介(jie)質的主要成分是(shi)DMF,之前采用電磁流(liú)量計一直顯示不(bu)正常,一直沒找到(dào)原因,後來取樣測(ce)電導率<5 us/cm,?沒有達到(dao)電磁流量計電導(dǎo)率最低要求指标(biao),後來換成渦街流(liu)量計後,流量可以(yi)正常顯示。
　　DMF精制塔(ta)塔釜流量計(F105)之前(qian)采用渦輪流量計(ji),由于内部采用葉(yè)輪機械零件,随着(zhe)使用時間長,渦輪(lun)葉片經常會卡死(sǐ),流量顯示不正常(chang),需要經常拆下維(wei)修清理,改造後換(huàn)成渦街流量計,設(she)備運行穩定,故障(zhang)率比較低。
　　整個DMF回(hui)收車間經過改造(zao)後,采用渦街流量(liang)計替代了部分流(liú)量計,更新後的DMF回(huí)收工藝流程的PFD圖(tú)如圖6所示。
 
　　通過上(shàng)述項目案例分析(xi),可以判斷不同類(lèi)型的流量計适用(yòng)于不同的場合,要(yao)根據流體特性來(lái)選擇合适的流量(liang)計。在DMF回收工藝中(zhong),渦街流量計發揮(huī)其卓越的性能,完(wan)全契合該流體特(te)性,正确的控制工(gong)藝參數。隻要對流(liú)量計的性能和特(te)點全面掌握,在實(shí)際生産中才能應(yīng)對自如并解決問(wen)題。
8結束語
　　在衆多(duō)的流量計中,渦街(jie)流量計是-.種經濟(ji)實用的流量計,可(kě)在很寬的流量範(fan)圍内測量流體。基(jī)本性能處于中等(děng)偏上水平,購置費(fèi)低于電磁式、質量(liang)式、容積式等,而安(ān)裝、長期處于複雜(za)的環境中,應充分(fen)分析導緻其腐蝕(shi)的原因采取合理(lǐ)有效的防腐措施(shi)來減少腐蝕的程(chéng)度,進而延長其使(shǐ)用壽命,提高電力(lì)系統運行的安全(quan)性,在提出表面防(fáng)腐措施的同時考(kǎo)慮節能技術以及(jí)材料的經濟性進(jìn)行實施方案,對于(yu)燃煤電廠電力系(xi)統本身更具普遍(bian)價值。

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