摘要(yào):渦街流量計 是(shì)現代石油化工(gong)行業中測量流(liú)量的重要工具(ju)之一;簡述了渦(wo)街流量計的測(ce)量原理和主要(yao)優點，提供了渦(wō)街流量計的選(xuǎn)型、安裝、使用和(he)維護的建議;通(tōng)過規範設計、合(he)理選👅型、正确🧑🏾‍🤝‍🧑🏼的(de)安裝和維護，讓(rang)渦街流量計在(zài)石油化工行業(yè)中發揮更大的(de)作用。
　　渦街流量(liang)計(VortexStreetFlowmeter，簡稱VSF)自20世紀(ji)70年代在工業上(shàng)應用以來，由👅于(yu)它❤️具有一些突(tu)出的特點，受到(dào)用戶歡迎，并得(dé)到迅速發展。但(dan)在實踐中經常(cháng)會出現一些預(yu)料不到的問題(ti)，這就是用戶㊙️對(dui)渦街🌏流量計存(cun)在一些疑慮的(de)的原因，它亟需(xu)探索解決。
1渦街(jiē)流量計的測量(liang)原理
　　在流體中(zhōng)設置旋渦發生(sheng)體(阻流體)，從旋(xuán)渦發生體兩側(ce)交替地産生有(you)規則的旋渦，這(zhè)種旋渦稱爲卡(ka)曼渦街，如圖1所(suǒ)示。
 
　　旋渦列在旋(xuán)渦發生體下遊(yóu)非對稱地排列(liè)。設旋渦的發生(shēng)頻🏃🏻‍♂️率爲f，被測介(jiè)質來流的平均(jun1)速度爲U，旋渦‼️發(fa)生體迎👉面寬🈲度(du)爲d，表體通徑爲(wei)D，根據卡曼渦街(jiē)原理，有如下關(guān)系式:
 
式中:
U1———旋渦(wo)發生體兩側平(píng)均流速，m/s
Sr———斯特勞(láo)哈爾數;
m———旋渦發(fā)生體兩側弓形(xing)面積與管道橫(héng)截面面積之比(bǐ)
 
管道内體積流(liu)量qv爲:
qv=πD2U/4=πD2mdf/4Sr(2)
K=f/qv=［πD2md/4Sr］-1(3)
式中:K———流量(liàng)計的儀表系數(shù)，脈沖數/m3(P/m3)
　　K除與旋(xuan)渦發生體、管道(dào)的幾何尺寸有(you)關外，還與斯☀️特(te)勞哈爾數有關(guān)。斯特勞哈爾數(shu)爲無量綱參數(shu)，它與旋渦發生(sheng)體形狀㊙️及雷諾(nuo)數有關。
 
　　圖2所示(shi)爲圓柱狀旋渦(wō)發生體的斯特(tè)勞哈爾數與管(guan)道🧑🏾‍🤝‍🧑🏼雷諾數的關(guan)系圖。由圖2可見(jiàn)，在ReD=2×104～7×106範圍内，Sr可視(shi)爲常數，這是儀(yí)表正常工作範(fan)圍。當測量氣體(tǐ)流量時🏃🏻，渦街流(liú)量計的流量計(jì)算式爲:
 
式中:qVn，qV———标(biao)準狀态下(0℃或20℃，101.325kPa)和(he)工況下的體積(ji)流量，m3/h
Pn，P———标準狀态(tài)下和工況下的(de)絕對壓力，Pa
Tn，T———标準(zhǔn)狀态下和工況(kuang)下的熱力學溫(wen)度，K
Zn，Z———标準狀态下(xia)和工況下氣體(ti)壓縮系數
　　由式(shi)(4)可見，渦街流量(liàng)計輸出的脈沖(chong)頻率信号不受(shòu)👈流體物性和組(zu)分變化的影響(xiang)，即儀表系數在(zài)一定雷諾數範(fan)圍内僅與旋渦(wo)發生體及管道(dao)的形狀尺寸等(deng)有關。但是📞作爲(wèi)流量計在物料(liào)平衡及能源計(ji)🈲量中需檢測質(zhì)量流量，這時流(liú)量計的輸出信(xìn)号應同時監測(cè)體積流量和流(liú)體密度，流體♍物(wù)性和組分對流(liú)量計量還是有(yǒu)直接影響💰的。
2渦(wo)街流量計的主(zhǔ)要優點
(1)渦街流(liú)量計結構簡單(dan)，安裝維護方便(bian)(與節流式差壓(ya)流量計🍉相比較(jiao)，不需要導壓管(guǎn)和三閥組等，在(zài)設計過㊙️程中無(wú)需考慮伴熱、密(mi)閉排放以及引(yin)壓所需要考慮(lü)👅的一系列問題(tí)🐕);
(2)輸出爲脈沖頻(pín)率，其頻率與被(bei)測量流體的實(shi)際體積流👅量成(cheng)正比，它不受流(liu)體組分、密度、壓(ya)力、溫度的影響(xiang);
(3)量程比寬，可達(da)10∶1或20∶1(适用于工藝(yi)介質流量變化(hua)範圍較大);
(4)壓損(sun)小(約爲孔闆流(liú)量計1/4～1/2)，無可動部(bù)件，可靠性高;
(5)精(jīng)度爲中上水平(píng)，可适用液體、氣(qì)體和蒸汽。
3渦街(jiē)流量計的選型(xing)
　　根據SH3005－1999《石油化工(gōng)自動化儀表選(xuan)型設計規範》中(zhōng)規定♈渦🐅街流量(liàng)計的選用，應符(fu)合下列規定［2］:
(1)潔(jié)淨氣體、蒸汽和(hé)液體的流量測(cè)量。
(2)低流速及粘(zhan)度大于20mPa·s液體的(de)測量，不宜采用(yong)渦街流量計。
在(zai)工程設計中宜(yí)考慮下列情況(kuàng):
(1)一般液體平均(jun1)流速下限爲0.5m/s，氣(qì)體爲4～5m/s。渦街流量(liàng)計的正常流👉量(liang)最好在正常測(cè)量範圍的1/2～2/3處。
(2)液(ye)體适合于雷諾(nuò)數20000以上，氣體和(he)蒸汽适合于15000以(yi)上。
(3)口徑不宜過(guò)大，大口徑儀表(biao)系數較低，頻率(lǜ)分辨率低，口徑(jìng)愈大愈低。
(4)介質(zhi)溫度不宜過高(gāo)，影響電子元件(jiàn)的使用壽命。
(5)脈(mo)動流和旋轉流(liú)、兩相流的情況(kuàng)不适合使用渦(wo)街流👌量計。
(6)儀表(biǎo)縮徑不宜過大(da)，縮徑将流速提(ti)高，同時也增加(jiā)💯了阻力和🏃背壓(yā)，容易出現空穴(xue)現象。4
4.渦街流量(liàng)計的安裝
4.1渦街(jiē)流量計的安裝(zhuāng)要求
根據SH/T3104－2000《石油(you)化工儀表安裝(zhuang)設計規範》中規(gui)定渦街流量計(jì)的安裝要求如(ru)下:
(1)測量液體時(shi)渦街流量計應(ying)安裝于被測介(jiè)質完全充滿的(de)管道👈上。
(2)渦街流(liú)量計在水平敷(fū)設的管道上安(ān)裝時，應充分考(kǎo)慮👌介質溫❄️度對(duì)變送器的影響(xiǎng)。
(3)渦街流量計在(zài)垂直管道上安(ān)裝時，應符合以(yi)下規🐅定:
①測量氣(qi)體時，流體可取(qǔ)任意流向
②測量(liàng)液體時，液體應(yīng)自下而向上流(liú)動。
(4)渦街流量計(jì)下遊應具有不(bú)小于5D(流量計直(zhí)徑)的直管✏️段✉️長(zhǎng)度，渦街流量計(ji)上遊直管段長(zhǎng)度應符合以🐇下(xià)規定:
①當工藝管(guan)道直徑大于儀(yi)表直徑(D)需縮徑(jing)時，不小于15D;
②當工(gong)藝管道直徑小(xiǎo)于儀表直徑(D)需(xu)擴徑時，不小于(yú)18D;
③流量計前具有(yǒu)一個90°彎頭或三(san)通時，不小于20D;
④流(liú)量計前具有在(zài)同一平面内的(de)連續兩個90°彎頭(tou)時，不小于☔40D;
⑤流量(liang)計前具有不同(tong)平面内的連接(jie)兩個90°彎頭時，不(bú)小于40D;
⑥流量計裝(zhuang)于調節閥下遊(yóu)時，不小于50D;
⑦流量(liàng)計前裝有不小(xiao)于2D長度的整流(liu)器，整流器前應(yīng)有2D，整流器後應(ying)有不小于8D的直(zhi)管段長度。
(5)被測(ce)液體中可能出(chu)現氣體時，應安(ān)裝除氣器。
(6)渦街(jiē)流量計應安裝(zhuang)于不會引起液(yè)體産生氣化的(de)位置。
(7)渦街流量(liàng)計前後直管段(duan)内徑與流量計(jì)内徑的偏差❗應(ying)不大于♌3%。
(8)對有可(kě)能損壞檢測元(yuan)件(旋渦發生體(ti))的場所，管道安(ān)裝的渦💁街流量(liang)計應加前後截(jie)止閥和旁路閥(fa)，插入式渦街流(liu)量計應安裝切(qiē)斷球閥。
(9)渦街流(liu)量計不宜安裝(zhuāng)在有震動的場(chǎng)所。
4.2渦街流量計(ji)的安裝要求
　　根(gēn)據GB50093－2002《自動化儀表(biǎo)工程施工及驗(yàn)收規範》中規定(dìng)渦😘街流量計的(de)安裝要求如下(xia):
　　渦街流量計信(xin)号線應使用屏(ping)蔽線，上下遊直(zhí)管段的🔱長度應(ying)符合設計文件(jian)要求，放大器與(yǔ)流量計分開安(an)裝時，兩者🙇🏻之間(jiān)的距離不應超(chāo)過20m。
在工程設計(jì)中宜考慮下列(liè)情況:
(1)垂直安裝(zhuāng)時，向上流動的(de)流體能夠确保(bao)儀表總是滿✂️管(guan)，且介質🛀🏻中的固(gù)态成分能夠均(jun)勻分布。
(2)水平安(an)裝時，液體避免(mian)U型安裝方式，氣(qì)體避免倒U型安(ān)裝方式。不同廠(chǎng)家的産品分體(tǐ)安裝有不同的(de)參考溫度，還有(you)的廠家帶散♊熱(rè)片。
(3)在設計過程(chéng)中應根據上遊(yóu)情況具體要求(qiu)每台渦街流量(liàng)計的直管段。
(4)渦(wō)街流量計對安(an)裝點上下遊配(pèi)管的直徑偏差(chà)和同軸度等有(you)相應要求，配管(guan)内徑d與儀表的(de)通徑D相同，滿足(zú)0.95d≤D≤1.1d。配管與流量計(ji)同心，同軸度應(yīng)小于0.05D。流量計與(yu)法蘭⭕之間的密(mi)封墊不能凸入(ru)管道内，其内徑(jìng)可比流量計内(nei)徑略大。
(5)當需要(yào)将實測壓力和(hé)溫度信号用于(yu)補償質量流量(liàng)或标㊙️準流量時(shi)，在渦街流量計(ji)下遊安裝壓力(lì)(下遊4D)和溫度變(bian)送器(下遊6D)。
(6)當管(guan)道振動時，應加(jiā)裝支撐物對管(guǎn)道進行固定。(7)避(bì)免電磁😘幹擾🔅，應(ying)考慮儀表等電(dian)位接地。
5渦街流(liú)量計的使用和(he)維護
　　在使用渦(wo)街流量計過程(cheng)中可能出現以(yǐ)下問題:①指示長(zhang)期不準✊;②始終無(wú)指示;③小流量時(shí)無指示;④大流量(liang)🚶時指示還可以(yi)，小流量時指示(shi)不準;⑤儀表K系數(shù)無法🌐确定。
總結(jie)引起這些問題(ti)的主要原因，主(zhǔ)要涉及到以下(xià)方面:
(1)選型方面(miàn)的問題。有些渦(wō)街傳感器在口(kǒu)徑選型上或者(zhe)🌈在設計選型之(zhi)後由于工藝條(tiao)件變動，使得選(xuǎn)擇大了—個規格(ge)，實際選型應選(xuǎn)擇盡可能小的(de)口徑，以提高測(cè)量精度，這方面(mian)的原因主要🤩同(tong)問題①、②、③、④有關。例如(ru)，一條🈲渦街管線(xian)設計上供⛹🏻‍♀️幾個(gè)設備使用，由于(yu)工藝部分設備(bèi)有時候不使用(yòng)，造成目前實際(ji)使用流量減小(xiǎo)，實際使用造成(chéng)原設計選型口(kou)徑過大，相當于(yú)提高了可測的(de)流量♉下限，工藝(yi)管道小流量時(shi)指示無法保證(zheng)，流量大時還可(kě)以使用。宜❓使用(yong)縮徑👨‍❤️‍👨型渦街流(liu)量計。(2)安裝方面(miàn)的問題。主要是(shì)傳感🔱器前面的(de)直管段長度🆚不(bu)夠，影響測量精(jīng)度，這方面的原(yuan)❓因主要同問題(ti)①有關。例如:當傳(chuan)感器前面直管(guan)段明顯不足，用(yòng)于控制時精度(du)❓下降，用于計量(liàng)時誤差較大。應(ying)使用🛀🏻整流器。
(3)工(gōng)藝參數的問題(ti)。由于參數錯誤(wu)，導緻儀表指示(shi)有誤.這方面的(de)原因主要同問(wen)題①有關。應與工(gong)藝系統專業協(xie)商🏃🏻，對選型參數(shù)進行核實。由于(yú)理論工況與實(shi)際工況不可能(néng)完全一緻，故小(xiǎo)範圍的誤差是(shì)有可能的。
(4)線路(lù)連接的問題。部(bu)分回路表面上(shang)看線路連接很(hen)好，仔細檢✨查，有(you)的接頭實際已(yi)松動造成回路(lù)中斷，有的👌接頭(tóu)雖連接很緊但(dàn)緊固螺釘卻緊(jǐn)固在線皮上，也(yě)使⭐得回路中斷(duan)，這部分原因主(zhǔ)要同問題②有關(guan)。宜選擇業👄績好(hao)的産品
(5)使用環(huán)境的問題。尤其(qi)是安裝在地井(jǐng)中的傳感器部(bù)分，由于環🍉境濕(shi)度大，造成線路(lu)闆受潮，這部分(fen)原㊙️因主要同問(wen)題②有關。應使👈用(yòng)分體式安裝方(fāng)式。
(6)K系數标定的(de)問題。K系數隻能(néng)依據廠家提供(gong)的資料，由于廠(chǎng)家本🌂身的一些(xiē)變動，造成提供(gong)的幾處資料上(shang)K系數不—緻，影響(xiang)了問題解決。建(jian)議供貨商提供(gòng)最終的标定校(xiao)核🔞書，并根據标(biāo)定🏃校核書🧡對相(xiang)應的儀表量程(cheng)範圍做最後修(xiu)訂(最好寫到标(biāo)書中，要求标💜定(ding)校核書随🏃🏻供貨(huo)清單一起發到(dao)施工現場)。
6結語(yu)
　　通過多個工程(cheng)項目的實踐證(zhèng)明，隻要對渦街(jie)流量💰計的性能(néng)、特點有了全面(miàn)深入的了解，有(you)了應付各種情(qing)況的方法，渦街(jiē)流量計一定會(huì)成爲流量測量(liàng)中的得力助手(shǒu);選用渦街流量(liang)計或其它管道(dao)式流🈲量計，具有(you)相當的合理性(xìng)，可以有效的減(jian)少設計的工程(cheng)量和提高整體(tǐ)水平。

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