摘要(yao):渦街流量計 是(shi)現代石油化工(gōng)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(cè)量原理和主要(yao)優點，提供了渦(wo)街流量計的選(xuan)型、安裝、使用和(hé)維護的建議;通(tōng)過規範設計、合(hé)理選📞型、正确的(de)安裝和維護，讓(ràng)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(shang)應用以來，由于(yú)它具有一些突(tu)出的特點，受到(dao)用戶歡迎，并得(dé)到迅速發㊙️展。但(dàn)在實踐中經常(cháng)會出現一些預(yù)料不🌈到的問題(ti)，這就是用戶🤩對(duì)渦街流量計存(cún)在一些疑慮的(de)的原因，它亟需(xū)探索解決🔞。
1渦街(jie)流量計的測量(liàng)原理
　　在流體中(zhong)設置旋渦發生(sheng)體(阻流體)，從旋(xuan)渦發生體兩側(ce)交替地産生有(yǒu)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(xuan)渦發生體下遊(you)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(wèi)D，根據卡曼渦街(jiē)原理，有如下關(guān)系式:
 
式中:
U1———旋渦(wō)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(xíng)面積與管道橫(heng)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(liang)計的儀表系數(shu)，脈沖數/m3(P/m3)
　　K除與旋(xuan)渦發生體、管道(dao)的幾何尺寸有(you)關外，還與斯💚特(tè)勞哈爾數有關(guān)。斯特勞哈爾數(shu)爲無量綱參數(shù)，它與旋渦發生(shēng)體形狀及雷諾(nuò)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(guān)系圖。由圖2可見(jian)，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(fàn)圍。當測量氣體(ti)流量時，渦街流(liu)量計的流量計(jì)算式爲㊙️:
 
式中:qVn，qV———标(biāo)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(wēn)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(liang)計輸出的脈沖(chòng)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(zai)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(wei)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(liu)量計的輸出信(xin)号應同時監測(ce)體積流量和流(liu)✂️體密度，流體物(wù)性和組分對流(liu)量計量還是有(you)直接影響的。
2渦(wō)街流量計的主(zhǔ)要優點
(1)渦街流(liu)量計結構簡單(dān)，安裝維護方便(biàn)(與節流式差壓(ya)🔞流量✉️計✨相比較(jiào)，不需要導壓管(guan)和三閥組等，在(zai)設㊙️計過程中🐉無(wu)需✂️考慮伴熱、密(mì)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(pin)率，其頻率與被(bèi)測量流體的實(shi)際體積流🏃量成(chéng)💛正比，它不受流(liu)體組分、密度、壓(yā)力、溫度的影響(xiang);
(3)量程比寬，可達(dá)10∶1或20∶1(适用于工藝(yi)介質流量變化(huà)範圍較☎️大🙇‍♀️);
(4)壓損(sun)小(約爲孔闆流(liu)量計1/4～1/2)，無可動部(bu)件，可靠性高;
(5)精(jīng)度爲中上水平(píng)，可适用液體、氣(qi)體和蒸汽。
3渦街(jiē)流量計的選型(xíng)
　　根據SH3005－1999《石油化工(gong)自動化儀表選(xuan)型設計規範》中(zhong)規定渦街流量(liàng)計的選用，應符(fú)合下列規定［2］:
(1)潔(jié)淨氣體、蒸汽和(hé)液體的流量測(ce)量。
(2)低流速及粘(zhān)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(kuang):
(1)一般液體平均(jun)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(liàng)最🐉好在正常測(ce)量範圍的1/2～2/3處。
(2)液(yè)體适合于雷諾(nuò)數20000以上，氣體和(hé)蒸汽适合于15000以(yi)上。
(3)口徑不宜過(guo)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(zhì)溫度不宜過高(gao)，影響電子元件(jian)的使用壽命。
(5)脈(mò)動流和旋轉流(liú)、兩相流的情況(kuang)不适合使用渦(wo)街流量❄️計。
(6)儀表(biǎo)縮徑不宜過大(dà)，縮徑将流速提(tí)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(zhuang)要求
根據SH/T3104－2000《石油(yóu)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(rú)下:
(1)測量液體時(shí)渦街流量計應(yīng)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(fu)設的管道上安(ān)裝時，應充分考(kao)慮介質🔴溫🌈度對(dui)變送器的影響(xiang)。
(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(bu)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(guǎn)道直徑大于儀(yí)表直徑(D)需縮徑(jìng)時，不小于15D;
②當工(gong)藝管道直徑小(xiǎo)于儀表直徑(D)需(xū)擴徑時，不小于(yu)18D;
③流量計前具有(you)一個90°彎頭或三(sān)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(tóng)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(you)時，不小于50D;
⑦流量(liang)計前裝有不小(xiǎo)于2D長度的整流(liu)器，整流器前應(ying)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(chū)現氣體時，應安(an)裝除氣器。
(6)渦街(jiē)流量計應安裝(zhuang)于不會引起液(ye)體産生氣化的(de)位置。
(7)渦街流量(liang)計前後直管段(duan)内徑與流量計(jì)内徑的偏差應(yīng)不大👌于3%。
(8)對有可(ke)能損壞檢測元(yuán)件(旋渦發生體(ti))的場所，管道安(an)裝的渦街流量(liàng)計應加前後截(jié)止閥和旁路閥(fa)，插入式渦街流(liú)量計應安裝切(qie)斷球閥。
(9)渦街流(liú)量計不宜安裝(zhuāng)在有震動的場(chang)所。
4.2渦街流量計(ji)的安裝要求
　　根(gēn)據GB50093－2002《自動化儀表(biao)工程施工及驗(yàn)收規範》中規定(ding)渦街流量計的(de)安裝要求如下(xià):
　　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(yu)流量計分開安(an)🏃‍♂️裝時，兩者之間(jian)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(zhuang)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(ān)裝時，液體避免(miǎn)U型安裝方式，氣(qi)體避免倒U型安(an)🔱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(yǒu)的廠家帶散熱(rè)片。
(3)在設計過程(cheng)中應根據上遊(you)情況具體要求(qiu)每台渦街流量(liang)計☔的直管段。
(4)渦(wō)街流量計對安(an)裝點上下遊配(pei)管的直徑偏差(chà)和同軸度等有(you)⛷️相應要求，配管(guǎn)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(mì)封墊不能凸入(ru)管道🌂内，其内徑(jing)可比流量計💃内(nèi)徑略大。
(5)當需要(yao)将實測壓力和(hé)溫度信号用于(yú)補償質量流量(liàng)或标準💘流量時(shí)，在渦街流量計(ji)下遊安裝壓力(li)(下遊4D)和溫度變(biàn)送器(下遊6D)。
(6)當管(guan)道振動時，應加(jiā)裝支撐物對管(guan)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(hé)維護
　　在使用渦(wo)街流量計過程(cheng)中可能出現以(yi)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(shu)無法🔆确定。
總結(jie)引起這些問題(tí)的主要原因，主(zhu)要涉及到以下(xià)方面:
(1)選型方面(miàn)的問題。有些渦(wo)街傳感器在口(kou)徑選型上🙇‍♀️或者(zhe)在設🔞計選型之(zhi)後由于工藝條(tiáo)件變動，使得選(xuan)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(miàn)的原🐆因主要同(tong)問題①、②、③、④有關👌。例如(ru)，一條渦街管線(xiàn)設計上供幾個(gè)設備使用，由于(yu)工藝部分設🔴備(bei)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(yu)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(zhèng)，流量大時還可(ke)以使用。宜使用(yong)縮徑型渦街流(liú)量計。(2)安裝方面(mian)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(chuán)感器前面直管(guǎn)段明顯不足，用(yòng)于控制時精度(dù)下降，用于計量(liàng)時誤差較大。應(yīng)使用整流器。
(3)工(gong)藝參數的問題(ti)。由于參數錯誤(wu)，導緻儀表指示(shì)有誤.這🚶方面的(de)原因主要同問(wèn)題①有關。應與工(gong)藝系統專業協(xié)商，對選型參數(shù)進行核實。由于(yu)理論工況與實(shí)際工況不可能(neng)完全一緻，故小(xiǎo)範圍的誤差是(shì)有可能的。
(4)線路(lu)連接的問題。部(bù)分回路表面上(shàng)看線路連接很(hěn)好，仔細檢查，有(yǒu)的接頭實際已(yǐ)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(jin)固在線皮上，也(yě)使得回路中斷(duan)，這部分原因主(zhu)要🌐同問題②有關(guān)。宜選擇業績好(hao)的産品
(5)使用環(huan)境的問題。尤其(qí)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(fèn)原因主要同問(wèn)題📧②有關。應使💜用(yong)分體式安裝方(fāng)式。
(6)K系數标定的(de)問題。K系數隻能(neng)依據廠家提供(gong)的資料，由于廠(chang)家本身的一些(xiē)變動，造成提供(gong)的幾處資料♌上(shàng)K系數不💁—緻，影響(xiǎng)了問題解決。建(jiàn)議供貨商提供(gong)最終的标🍓定校(xiao)核書，并根🚶‍♀️據标(biao)定校核書對相(xiàng)應的儀表量程(cheng)範圍做最後修(xiū)訂(最好寫到标(biao)書中，要求标定(dìng)校核書随供貨(huo)清單一起發到(dao)施工現場)。
6結語(yǔ)
　　通過多個工程(cheng)項目的實踐證(zheng)明，隻要對渦街(jiē)流量計💋的性能(neng)、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(hui)成爲流量測量(liang)中的得力助手(shǒu);選用渦街流量(liàng)計或其它管道(dao)式流量計，具有(yǒu)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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