摘要：介紹(shào)空分裝置中(zhōng)液氧、液氦流(liú)量采用渦街(jiē)流量計 測量(liàng)的方法,探讨(tǎo)使用現狀的(de)優點,對不能(neng)測量較大流(liú)量以及渦街(jiē)流量計小信(xìn)号切除量較(jiao)大的問題進(jìn)行相關應用(yòng)分析,對空分(fèn)裝在産品核(he)算、經濟效益(yi)分析、可靠運(yun)行的方面具(ju)有一定幫助(zhù)。
　　目前，化工行(háng)業很多生産(chǎn)現場所使用(yong)的流量計選(xuan)型不夠合理(li),有的存在安(an)裝錯誤,造成(cheng)計量誤差過(guò)大,還有些不(bu)能滿足生産(chǎn)或産品交接(jie)計量的需要(yao),流量計是化(hua)工企業最常(chang)用的儀表。但(dan)僅靠經驗或(huo)單純考慮購(gou)置費進行選(xuan)型，可能會失(shi)去選擇最适(shì)合儀表的機(jī)會。由此可見(jian),正确選擇和(hé)使用流量計(jì)并非易事。要(yao)正确、有效地(di)選擇合适的(de)流量計,必須(xū)考慮5個方面(miàn)的因素,即性(xing)能要求、介質(zhi)物性、安裝要(yào)求、環境條件(jian)和費用。
　　煤基(ji)烯烴項目建(jian)設的空分裝(zhuāng)置生産氣氧(yang)、氣氮、儀表空(kong)氣、工廠空氣(qì)、液氧和液氮(dan)。通過對該裝(zhuāng)置的液氧、液(ye)氮産品流量(liàng)計的使用情(qíng)況進行摸索(suǒ)研究,從儀表(biǎo)測量原理出(chu)發,進行必要(yao)的分析和研(yan)究,并進行觀(guan)察評估,對實(shi)施效果:提出(chū)推廣建議,從(cóng)而進一步提(tí)高管理和維(wéi)護水平,使該(gai)裝置産品交(jiao)接計量向更(gèng)穩定、更可靠(kào)的方向發展(zhǎn)。
1空分裝置液(yè)氧、液氨渦街(jie)流計使用現(xian)狀
1.1産品流量(liàng)的測量方法(fa)
　　一般情況下(xia),煤化工配套(tao)的空分裝置(zhi)都較大,液氮(dan)、液氧産品在(zài)工藝系統負(fù)荷較低時可(kě)以作爲産品(pin)銷售。爲了準(zhun)确測量這兩(liǎng)股産品的流(liu)量,保證貿易(yì)交接的準确(que)性,考慮到這(zhe)兩股産品低(di)粘度、低溫,産(chǎn)品管線口徑(jing)小(僅爲DN25mm), 以及(ji)一次儀表需(xū)安裝于冷箱(xiāng)内隔箱而變(bian)送器需要安(ān)裝于冷箱外(wài)部的特點,項(xiang)目最初選用(yong)了 分體式渦(wo)街流量計 配(pèi)以轉換器來(lái)測量液氮、液(yè)氧流量。
1.2渦街(jie)流量計測量(liang)液氧、液氮流(liu)量
1.2.1測量原理(li).
　　渦街流量計(ji)是一種典型(xíng)的速度式流(liú)量計,可檢測(cè)Re在5 x103~7 x106範圍内的(de)液體、氣體、蒸(zhēng)汽流體的流(liú)量。漩渦分離(li)的穩定性受(shou)漩渦發生體(ti)上遊流場畸(jī)變、漩渦流等(deng)的影響，所以(yǐ)安裝儀表應(yīng)根據上遊阻(zu)流件的不同(tong)形式,配備不(bu)同長度的上(shàng)、下遊直管段(duàn),或安裝流動(dong)調整器,爲渦(wo)街流量計提(ti)供良好的流(liú)場條件,消除(chú)流場對儀表(biǎo)的不利影響(xiǎng)。渦街流量計(ji)是應用流體(ti)振蕩原理來(lái)測量流量的(de),流體在管道(dào)中經過渦街(jie)流量變送器(qì)時,在三角柱(zhu)的漩渦發生(sheng)體後上下交(jiāo)替産生正比(bǐ)于流速的兩(liǎng)列漩渦,稱爲(wèi)卡曼漩渦。單(dān)側漩渦的釋(shì)放頻率與流(liu)過漩渦發生(shēng)體的流體平(ping)均速度及漩(xuan)渦發生體特(tè)征寬度有關(guan),表示爲":
f=(Srxv)/d
式中(zhōng)
d一漩渦發生(sheng) 體特征寬度(dù),m;
f一漩渦 的釋(shi)放頻率,Hz;
Sr一斯(si)特勞哈爾數(shù),無量綱， 它的(de)數值範圍爲(wèi)0.14 ~0.27;
?一流過漩渦(wo)發生體的流(liú)體平均速度(dù)，m/s。
Sr是雷諾數的(de)函數,Re與Sr的關(guan)系爲Sr =f(l/Re),如圖1所(suo)示。

由上式可(kě)知，在斯特勞(láo)哈爾數Sr爲常(cháng)數時,流量qv與(yu)單側漩渦産(chǎn)生的頻率?成(cheng)正比。
　　當雷諾(nuo)數Re在102~ 105範圍内(nei)時,Sr值約爲0.2,因(yīn)此,在測量中(zhōng)要盡量保證(zhèng)流體的雷諾(nuo)數在102~ 105 ,漩渦頻(pin)率?=0.2×?/d。由此可知(zhī)，通過測量漩(xuan)渦頻率就計(jì)算出流過漩(xuan)渦發生體的(de)流體平均速(sù)度u,再由式qv = ? ×A0求(qiu)出流量qv,其中(zhōng)A。爲流體流過(guo)漩渦發生體(ti)的截面積。
1.2.2渦(wo)街流量計測(ce)量空分裝置(zhì)液氮、液氧的(de)優劣
　　通過觀(guān)察裝置開車(che)後近一年的(de)使用情況，發(fā)現在這兩股(gu)産品處使用(yong)渦街流量計(jì)各存在一些(xiē)優缺點。
1.2.2.1 優點(diǎn)
　　渦街流量計(jì)結構簡單牢(láo)固,安裝維護(hu)方便,測量元(yuán)件直接安裝(zhuang)于管道上,克(ke)服了管路的(de)洩漏現象。可(ke)根據測量對(dui)象選擇相應(ying)的檢測方式(shì),儀表的适應(ying)性強。非常适(shì)用于幹淨介(jiè)質流體和部(bù)分混相流體(tǐ)。與其他脈沖(chòng)輸出型流量(liang)計相比,渦街(jiē)流量計的儀(yí)表系數K較低(dī),且随儀表測(ce)量管徑D的增(zēng)大儀表系數(shù)K近似以直徑(jìng)比的3次方速(su)率下降(表1)。

　　選(xuǎn)擇流量計的(de)通徑應按被(bei)測管道使用(yong)的流量範圍(wei)和被選流量(liàng)計的上、下限(xiàn)流量來選配(pèi),而不是簡單(dan)地按管道通(tong)徑選用。通常(chang)設計管道流(liu)體最大流速(sù)是按經濟流(liú)速來确定的(de),流速選擇過(guo)低,則管徑粗(cu)、投資大;而流(liu)速過高則輸(shū)送功率大,增(zēng)加運行費用(yong)21。大部分流量(liang)計上限流量(liang)的流速接近(jin)或略高于管(guan)道經濟流速(sù),因此流量計(ji)通徑與管徑(jìng)相同的可能(néng)性較大,安裝(zhuāng)比較方便,如(ru)不相同也不(bu)應.相差太多(duo),一般相鄰一(yī)檔規格,采用(yòng)變徑管連接(jie)'。
　　若采用 标準(zhǔn)孔闆流量計(jì) 來測量液氮(dàn)、液氧的流量(liàng)存在一些不(bu)足之處，如:壓(yā)力損失較大(dà);導壓管、 三 (五(wǔ))閥組 及連接(jie)接頭容易洩(xiè)漏;導壓管、取(qǔ)壓口易堵塞(sai);量程範圍小(xiao),一般爲3:1,對流(liu)量波動較大(da)易造成測量(liang)值偏低;液氮(dàn)、液氧溫度較(jiào)低，需要采取(qu)複熱措施由(yóu)液态恢複爲(wèi)氣态才可測(cè)量，否則易凍(dòng)結。
　　量程比相(xiang)對較寬，可達(da)10:1或20: 1。使用的情(qing)況是實際最(zuì)小流量可測(ce)到200Nm'/h,最大可測(cè)到1 865Nm'/h及以，上。實(shi)際情況是最(zui)大流量在閥(fá)門僅65%開度時(shi)就達到了100% ,最(zuì)小流量僅可(ke)測到325Nm3/h,尤其上(shang)、下極限測量(liàng)時基本很難(nán)用好。大多數(shu)渦街流量計(ji)具有較好的(de)線性度,渦街(jiē)流量計理論(lùn)最大量程比(bǐ)可達300:1以上。但(dan)由于檢測元(yuán)件的靈敏度(du)、儀表的壓力(lì)損失及其他(tā)方面的限制(zhì),要達到這麽(me)高的量程比(bǐ)是非常困難(nán)的。因此實際(jì)大多數的渦(wō)街流量計的(de)量程比僅爲(wèi)10:1以上,有的可(kě)達到20:1甚至30:1。而(er)其他的流量(liàng)計如差壓流(liu)量計,卻沒有(you)這麽寬的量(liàng)程範圍。一般(bān)的渦街選型(xíng),都會把所測(ce)流量範圍放(fàng)在其全量程(chéng)的5%~60%這個範圍(wéi)内,如果要求(qiú)的量程太寬(kuan),就必須把常(chang)用流量放在(zài)這個範圍的(de)合适位置以(yi)選型。這樣選(xuǎn)型出來的渦(wo)街才會好用(yong)、穩定,精度才(cai)能得以保障(zhàng).
　　渦街流量計(jì)屬測量精度(du)中等偏上的(de)流量計,通常(cháng)測量液體的(de)精度爲土(0.5% ~1.0%),測(cè)量氣體的精(jīng)度爲土(1.0% ~1.5%),這種(zhǒng)精度比 渦輪(lún)流量計 科氏(shi)力質量流量(liang)計低,但與傳(chuán)統的 差壓流(liú)量計 、 浮子流(liú)量計 相比,測(cè)量精度較高(gāo)2]。考慮到這兩(liang)股産品既要(yào)計量總流量(liang),又要應用在(zai)流量控制系(xi)統中，流量計(jì)精度的确定(ding)要在整個系(xì)統控制精度(du)要求下進行(hang)，因爲整個系(xi)統不僅有流(liu)量檢測的誤(wù)差,還包含有(yǒu)信号傳輸、控(kong)制調節等環(huan)節的誤差和(he)各種影響因(yin)素,對測量儀(yí)表确定過高(gao)的精度是不(bú)合理和不經(jīng)濟的,因此綜(zōng)合精度、經濟(ji)性一同考慮(lü)是選型的要(yào)素之一。
　　正常(chang)情況下壓損(sǔn)約爲 孔闆流(liu)量計 的1/4~1/2，但内(nei)縮徑渦街流(liú)量計不适用(yòng)于此處。近似(sì)的長期.壓損(sun)( PPL)計算公式爲(wei)

　　以液氮産品(pin)爲例，經過計(ji)算，DN25mm的渦街流(liu)量計适用于(yú)此處,圖2爲液(ye)氮DN25mm渦街流量(liàng)計性能對照(zhao)圖。從圖2可以(yǐ)看出，在保證(zhèng)精度的情況(kuang)下,壓損是相(xiang)當小的。

　　輸出與流(liú)量成正比的(de)脈沖信号,适(shì)用于總量計(jì)量,無零點漂(piāo)移[4。在一定雷(lei)諾數範圍内(nèi),輸出頻率信(xin)号不受流體(ti)物性(密度、粘(zhan)度)和組分的(de)影.響,即儀表(biao)系數僅與漩(xuan)渦發生體和(he)管道的形狀(zhuang)尺寸有關,隻(zhī)需在一種典(dian)型介質中校(xiao)驗而适用于(yú)各種介質。在(zài)各種流量計(ji)中渦街流量(liàng)計是一種較(jiao)有可能成爲(wèi)僅需幹式校(xiào)驗的流量計(jì)。
　　對流量變化(huà)在一定的雷(léi)諾數範圍内(nei)，漩渦分離的(de)頻率僅與流(liú)體工作狀态(tai)下的體積流(liu)量成正比;而(ér)對被測流體(tǐ)壓力、溫度、粘(zhān)度和組分變(biàn)化不敏感。因(yīn)此，在幾何相(xiang)似和動力相(xiàng)似條件下，渦(wō)街流量計可(ke)用一種典型(xing)介質(如水或(huò)空氣)标定，就(jiu)可确定它的(de)儀表系數，并(bing)可在其他介(jiè)質中使用。渦(wō)街流量計的(de)這一特點，對(dui)生産廠和用(yòng)戶提供了很(hěn)大的便利。對(dui)用于高壓氣(qi)體的渦街流(liú)量計，使用常(cháng)壓條件下标(biāo)定的儀表系(xi)數，用戶完全(quán)可以放心，生(shēng)産廠不必爲(wèi)沒有高壓标(biāo)定設備而憂(yōu)慮;用于氣體(ti)的渦街流量(liang)計，也可在水(shuǐ)流量标準裝(zhuang)置中校驗，提(tí)高标定精度(du)。渦街流量計(jì)這一特點，爲(wei)它實現幹标(biāo)定、發生體标(biao)準化提供了(le)有利條件。
　　通(tong)常渦街流量(liang)計的儀表系(xi)數K是通過液(ye)體或氣體流(liu)量校準裝置(zhì)在常溫、常壓(yā)條件下标定(dìng)後确定的。如(ru)果儀表用于(yú)高溫流體(例(lì)如蒸汽)或低(dī)雷諾數區域(yu)的流量測量(liàng)時,還照用實(shí)驗室标定的(de)儀表系數的(de)話,則會産生(shēng)一定的測量(liang)偏差。因此,當(dāng)儀表的工作(zuò)條件偏離标(biāo)定條件較遠(yuan)時,需對該系(xi)數進行修正(zhèng)。
　　儀表标定時(shi),根據校準裝(zhuāng)置給出的标(biāo)準流量、流體(ti)密度ρ、粘度μ和(hé)被測渦街流(liú)量計輸出的(de)頻率,計算出(chū)儀表系數K和(hé)對應的雷諾(nuò)數。先進行雷(lei)諾數Re>2 x 104的各流(liú)量測試點的(de)标定,再進行(hang)Re≤2x104各點流量的(de)标定。然後算(suàn)出Re>2x104各流量測(cè)試點的平均(jun)儀表系數K,以(yǐ)K作爲标準儀(yi)表系數,再分(fen)别計算Re<2x104各流(liu)量測試點的(de)儀表系數Ki與(yu)K的比值E作爲(wèi)雷諾數修正(zheng)系數,這樣就(jiu)得到與表2相(xiang)似的各雷諾(nuò)數所對應的(de)修正系數，然(ran)後把這些數(shù)據寫人儀表(biǎo)中。

1.2.2.2缺點
　　渦街(jie)流量計小信(xin)号切除量較(jiao)大,使下限流(liú)量不能太低(di)，因此不能滿(man)足較小流量(liang)測量的要求(qiu)。渦街流量計(jì)的下限流量(liang)受雷諾數和(he)檢測元件靈(líng)敏度的制約(yue)。
　　雷諾數的影(ying)響。渦街流量(liang)計不适用于(yu)低雷諾數測(cè)量(Re≥2 x104),故在高粘(zhan)度、低流速、小(xiao)口徑情況下(xia)應用受到限(xiàn)制。大多數渦(wo)街流量計的(de)下限雷諾數(shù)爲(1 ~2) x104 ,隻有當儀(yí)表工作在下(xià)限雷諾數以(yi).上區域時,斯(sī)特勞哈爾數(shù)Sr或儀表系數(shu)K才進人平直(zhi)區,儀表也才(cái)能進人線性(xing)工作區域，否(fǒu)則當雷諾數(shù)Re低于渦街流(liú)量計線性工(gong)作區的臨界(jiè)雷諾數時,儀(yí)表系數K将出(chu)現嚴重的非(fei)線性,産生非(fei)線性誤差。在(zai)粘度高、口徑(jing)小的工作條(tiáo)件下工作的(de)渦街流量計(jì)，下限流量不(bu)能太低。以液(ye)氮産品爲例(lì),經過計算,DN25mm的(de)渦街流量計(jì)所測流量爲(wèi)全量程流量(liang)的15%及以下時(shí),流速下降迅(xun)速,已經不能(néng)保證精度了(le)， 即使滿足了(le)可測量程上(shàng)限的要求也(yě)滿足不了可(ke)測較小流量(liang)的需要(表3)。

　　另(ling)外,從圖3還可(ke)以清楚地看(kan)到,流量達到(dao)量程上限以(yi)後精度和壓(yā)損明顯呈比(bǐ)例上升。這也(ye)就不難解釋(shì)爲什麽渦街(jiē)流量計往往(wǎng)未用到全量(liang)程就很難用(yòng)好了

　　檢測元(yuán)件靈敏度的(de)限制。漩渦強(qiang)度越強對信(xin)号檢測越有(yǒu)利。而漩渦強(qiang)度與流速平(ping)方是成正比(bǐ)的，所以在量(liang)程下限的低(dī)速區，漩渦信(xìn)号很微弱，能(néng)否有效地檢(jian)測出漩渦信(xìn)号,取決于檢(jiǎn)測元件的靈(ling)敏度[2]
　　受以上(shàng)兩方面因素(sù)的制約，渦街(jiē)流量計的下(xia)限流速不能(néng)太低，這點可(kě)以參考表3。一(yī)般情況下,測(cè)量液體流量(liang)時,下限流速(sù)爲0.3 ~0. 5m/s;測量氣體(tǐ)時下限流速(su)爲3.0 ~5.0m/s。不能采用(yòng)内縮徑渦街(jie)流量計測量(liàng)較小流量，否(fǒu)則無法保證(zheng)流體的穩定(ding)狀态，畢竟渦(wo)街靠的是穩(wěn)流才能準确(què)測量,内縮徑(jìng)多少會造成(chéng)壓損增加,影(yǐng)響渦街的測(cè)量,尤其測到(dào)70%以上很難保(bǎo)證精度,特點(dian)是精度随流(liú)量增大而産(chǎn)生偏差。
　　正常(chang)情況下渦街(jiē)流量計壓損(sun)僅比差壓流(liu)量計小(約爲(wei)孔闆流量計(ji)1/4~1/2),但是由于這(zhe)兩股産品的(de)正常壓力都(dōu)在0.5MPa以下，因此(ci)測量值達不(bú)到精度偏離(lí)點就壓損太(tai)高無法使用(yong)了。以液氮産(chǎn)品爲例,經過(guo)計算,DN15mm的内縮(suo)徑渦街流量(liàng)計不适用于(yú)此處，流量爲(wèi)全量程50%及以(yǐ)上時,壓損上(shàng)升迅速,如圖(tu)4所示。但是優(yōu)點是可以滿(mǎn)足較小流量(liang)測量的需要(yao),這時幾乎沒(méi)有壓損(表4)。.


2結束語
　　對空(kong)分裝置的液(yè)氧、液氮産品(pǐn)流量測量結(jie)合實際使用(yong)情況進行了(le)研究與分析(xī),對其測量原(yuán)理技術難點(diǎn)以及優缺點(dian)等進行了全(quan)面的統計、綜(zōng)述和評價。當(dāng)然對于量程(chéng)比适中、隻保(bao)證流量上限(xian)其中一端即(jí)可的液氧、液(yè)氮産品流量(liang)測量,使用這(zhè)類低溫型分(fèn)體式渦街流(liú)量計還是相(xiang)當可靠的。

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