摘要:針對目(mu)前應力式渦街流(liu)量計 在國内石化(hua)行業使用中存在(zai)的一些問題，介紹(shào)了該流🆚量計的測(ce)量原理和組成結(jie)構，指出渦街發生(sheng)🙇‍♀️體的幾何結構、尺(chi)寸🈲直接影響儀表(biǎo)K系數标定結果。從(cóng)實際使用的角度(du)分析了介質的流(liú)動狀況及潔淨程(cheng)度、溫度等因素變(biàn)化對儀表K系數的(de)影響，并提出相應(yīng)對策。讨論了安裝(zhuāng)環境、工藝條件以(yi)及管線🏃🏻‍♂️配置等方(fang)面應注意的問題(ti)，介紹了 渦街流量(liang)計 投入使用前在(zài)現場的測試與調(diao)試方法。
　　渦街流量(liang)計是20世紀70年代發(fa)展起來的一種新(xīn)型流量🔞測量儀表(biao)，首先在城市供水(shuǐ)系統中得到應用(yòng)和發展，後逐步進(jin)入煉油化🧑🏾‍🤝‍🧑🏼工系統(tong)。渦街流量計結構(gòu)簡單牢固，安裝維(wei)護方便。與孔🆚闆流(liu)量計相比，量程範(fan)圍大可達10:1至20:1),壓力(li)損失小的💘爲孔闆(pan)流量計的1/4-1/2)，精度較(jiào)高一般爲測量值(zhí)的±1%至±2%),适用于液體(ti)、氣體和蒸汽等多(duō)種介質的測量。在(zai)一定的雷諾數範(fan)圍内，輸⚽出信号不(bu)受流體物性溫度(du)、壓力、組分、粘度)的(de)影響,已被各行各(ge)業所廣🐅泛地采用(yòng)。
　　某煉油廠近年來(lai)先後在70多個水、蒸(zhēng)汽、可燃氣體等計(ji)量回路中,使用了(le)不同型号的國産(chǎn)和進口應力式渦(wo)街流量計。渦街流(liu)量🌏計具有其他流(liu)量計所不具備的(de)許多優點，從開發(fā)到大量生産投放(fàng)市場僅20餘年，目前(qian)仍處于發⛱️展階段(duàn)，從理論和實踐上(shàng)來看☔,基礎都較差(chà)，在日常使用中還(hái)存在較多的問題(tí)。通🈲過分析應力式(shì)渦街流量計的測(cè)量原理與結構，進(jin)一步讨論在使用(yòng)👣中存在的問題與(yu)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻成因以及相應的(de)對策。
1.測量原理與(yu)結構
　　渦街流量計(ji)是利用卡門渦街(jiē)原理進行測量的(de)。實驗證明卡😘門渦(wo)街的釋放頻率與(yu)流體的流動速度(du)🔞和柱狀體的特征(zhēng)寬度有關。卡門渦(wo)街釋放頻率與流(liú)速成🌈正比，因此通(tōng)過⛷️測量卡門渦街(jiē)頻率可以求得瞬(shun)時流量值。
　　對于儀(yi)表内部形式固定(ding)的渦街流量計，儀(yi)表管道内徑、旋渦(wo)發生體特征尺寸(cùn)及斯特勞哈爾數(shù)已定，儀表系數是(shì)确定的。因此,隻要(yào)正确測得渦街頻(pín)率，就可以正确地(dì)測量管🔴道中介質(zhì)的體積流量。
　　應力(lì)式渦街流量計通(tōng)常由旋渦發生體(ti)、檢測元件、儀表表(biǎo)體和轉換器四個(ge)部分組成。金陵石(shí)化南京👉煉油🥰廠使(shǐ)用的應力式渦街(jiē)流量計均采用三(sān)角柱旋渦發生體(tǐ)該形狀的💃🏻旋渦發(fā)生體是目前應用(yòng)最爲廣泛的一種(zhǒng)),旋渦頻率是利用(yòng)封裝在旋渦發生(sheng)💔體内部的壓電晶(jīng)體作爲檢測元件(jian)，借以感受旋渦分(fèn)離時交替🔞作💔用于(yú)旋渦發生體上不(bu)斷變化的橫🧡向升(shēng)力，升👣力的變化頻(pín)率就是旋渦頻率(lǜ)。
根據壓電效應原(yuán)理，壓電晶體上産(chǎn)生的電荷強度與(yǔ)橫向升力成正比(bǐ)，即在旋渦發生體(ti)的形狀、尺寸以及(jí)💋支承方式一定的(de)情況下，壓電電荷(he)強度與被🈚測介質(zhi)的密度和流速的(de)平方成正比。
　　應力(li)式渦街流量計分(fèn)爲滿管式和插入(ru)式兩種:滿🔴管式有(yǒu)✊法蘭型、夾持型兩(liang)種安裝類型;插入(rù)式可帶🧡球閥或不(bú)帶球閥安裝。
　　不同(tóng)廠家的轉換器電(dian)路也不同，但其基(jī)本功能及思㊙️路是(shi)一緻的。交變電荷(he)信号被檢出後，首(shǒu)先經高阻抗電荷(hé)放大器進行放大(dà),再經噪聲濾波,并(bing)由斯密特觸發器(qi)檢🚩波及整形，其頻(pin)率信号即可直接(jiē)作爲.信号輸出;也(yě)可根據用戶要求(qiú)進行f/V和V/f的轉換，産(chǎn)生與頻率成正比(bi)的4-20mA模拟信号輸出(chu)。
2問題及對策
(1)僅表(biǎo)系數K的标定及其(qi)影響因素與對策(ce)儀表系數K雖然🔅受(shòu)流體流速和粘度(du)等的影響，但産生(shēng)影響效果的卻是(shì)這些參數的組合(hé)一雷諾數Re,它決定(ding)了儀💋表系數K的線(xiàn)性範圍。
　　當Re≥2x104時，在理(li)論上儀表系數K是(shì)一個僅由儀表幾(jǐ)何結構、尺寸所決(jué)定的常數,不受流(liu)體溫度、壓力、密度(dù)、粘度、成分等性質(zhi)變化的影響，對于(yu)各種液體、氣體、蒸(zhēng)汽都有相同的數(shu)值。所以，理論上儀(yi)表的标定系數在(zai)基本誤差範圍内(nèi)保持一緻，具有通(tong)用性。
　　由于目前國(guo)内許多生産廠家(jiā)生産方式不規範(fàn)，無标🐉定💔條件，使得(dé)生産的渦街流量(liàng)計的K值無法得到(dào)保證且與🧑🏽‍🤝‍🧑🏻實際值(zhí)相差較大。實際使(shi)用中，影響儀表系(xì)數的因素及解決(jue)方法叙述如下:
①流(liu)速和粘度的變化(huà)
　　工業管道中絕大(dà)多數流體Re>2x104，滿足渦(wo)街流量計的正常(chang)測量範圍。如因某(mou)種原因使流體的(de)🔱流速降低和成)運(yun)動粘度升高，都将(jiang)導緻Re下降♉。當Re<2x104時☔，K值(zhi)會發生較大的變(biàn)化，出現了非線性(xing)誤差。這在儀表選(xuǎn)型、安裝上可以通(tōng)過縮管來提高流(liu)速以增大Re值。當管(guǎn)徑縮小爲原🔴來的(de)1/n,Re可提高n倍。其次📧,因(yin)液體運動粘度是(shi)溫度👌的函數，當溫(wen)度升高時粘度下(xià)降，同樣可✌️使Re增大(da)，從而确保正常流(liu)量落在儀⭐表量程(cheng)下🏃🏻‍♂️限之上。
②堆積
　　如(ru)果被測介質中存(cun)在粘性顆粒物質(zhi)或夾雜較多纖維(wéi)狀物質🌍，則可能會(huì)逐漸堆積在三角(jiao)柱發生體迎流面(miàn)上,使其幾何形狀(zhuang)👈尺寸發生變化,使(shǐ)儀表系數K也随之(zhī)變化,産生附加測(cè)量誤差。爲了減小(xiǎo)這個誤差，在條件(jiàn)允許的情況下,可(ke)定期清除💘堆積物(wu)或對被測介質進(jìn)行預處理。
③磨損
　　如(rú)果三角柱發生體(tǐ)兩棱邊因某種被(bei)測介質作用而受(shou)🔞到👨‍❤️‍👨磨損🛀，雖然儀表(biao)系數K對邊緣尖銳(rui)度的變化不像孔(kǒng)闆📱流量計那樣敏(min)感，但也會引起附(fu)加誤差👨‍❤️‍👨。這就要求(qiú)定期校驗或更換(huan)一♻️次表。
④溫度變化(huà)
　　儀表系數K通常在(zai)常溫20℃左右)下标定(dìng),如果被測介質的(de)溫度較高或較低(di),與常溫相差較大(da)，造成流通面積變(biàn)📐化而引起附加誤(wu)差，因此對儀表系(xi)數K必須進行補償(chang)🌍修正。根⛹🏻‍♀️據固體♍熱(rè)膨脹定律可得到(dao)修正系數K,的表達(da)式:
Kt,=1-ax10-5(t-20)
　　式中:t-被測流體(tǐ)的溫度;a-儀表發生(sheng)體材質對應的系(xì)數(不鏽鋼、鑄鐵a=4.88,哈(ha)氏合金鋼C2a=3.40,钛a=2.62)。
修正(zheng)後的儀表系數爲(wèi)
K'=KtK=K[1-ax10-5(t-20)]
計算表明，當t>100℃或t<100℃時(shi),有必要.進行此項(xiàng)修正。
(2)安裝中存在(zai)的問題及其對策(cè)
　　應力式渦街流量(liàng)計是依據流體力(li)學振動現象中🈲振(zhèn)動頻率與流速的(de)對應關系工作。它(tā)對管道流速分布(bu)畸變、流動脈動及(ji)旋轉流十分敏感(gǎn)，同時由于其感.測(cè)元件爲壓電晶體(ti)，各種機械振動對(dui)輸出信号幹擾較(jiào)大,僅表抗振性差(cha)。因此現場安💃裝條(tiáo)件要求較高。
　　爲了(le)達到測量精度，渦(wō)街流量計必須保(bao)證一定的✉️前後直(zhí)管段,并盡量避免(mian)在靠近調節閥、半(ban)開閥和.截止閥後(hòu)安裝🈚流量💯計;測壓(ya)點和測溫點應分(fen)别在🥵下遊側距流(liu)量⚽計中心線3.5D~5.5D和6D-8D;。
　　渦(wō)街流量計的表體(tǐ)安裝不良，如接管(guan)偏大、偏小、偏✌️移有(you)📞台階)或墊片突入(rù)管道都會引起測(cè)量誤差。配❤️管内徑(jìng)一般應等于或略(luè)大于流量計的内(nèi)徑。如配☔管的實😄際(ji)内徑略小于流量(liàng)計的内徑🆚5%以内),雖(suī)不會影響僅表👣的(de)固有K系數，但因流(liu)通面積突🌈變引起(qi)表觀流速變化而(ér)産生附加♉測量誤(wù)差，這可以通過修(xiu)正K系數來補償。修(xiū)正後的儀表系數(shu)爲
K"=K（D2/D1）2
式中:Dt-儀表實際(ji)内徑;D2-配管實際内(nèi)徑。
　　當測量容易汽(qi)化的液體或工作(zuò)條件接近臨界狀(zhuang)态的液體時,爲防(fang)止氣穴現象出現(xian)，設計安裝時必須(xū)确認管道内的最(zuì)低壓力P'，這樣才能(néng)保證渦街流量計(ji)正常工作✨。p由下式(shì)計算:
p≥2.7△p+1.3po
△p≈1.1x10-6ρv2
　　式中:p-管道内(nei)流體絕對壓力，MPa;△p-流(liú)體在.發生體前後(hou)的壓差，MPa;po-在工作✨溫(wen)度下流體的飽和(he)蒸汽壓，MPa;ρ--工作條件(jian)下流體的密度，kg/m³，V-流(liu)動流體的流速,m/s.
儀(yi)表使用中還要注(zhu)意以下問題:
①安裝(zhuang)渦街流量計的位(wèi)置要遠離動力設(she)備和變化頻📱繁的(de)🤟閥✔️門，如管線振動(dòng)較大，應在流量計(jì)前、後2D處加裝固定(ding)支架以鹹振;
②如管(guan)道流體的流速不(bú)穩，可考慮在管線(xiàn)上增加穩🌈壓裝置(zhì)或整流器來消除(chú)流速分布的不均(jun1)勻現象;
③由于壓電(dian)晶體的靈敏度随(sui)溫度升高而大幅(fu)度下降，應避免在(zài)測量高溫介質（≤250℃),特(tè)别是高低溫頻繁(fan)變化的介質中使(shǐ)🈲用;
④流量計的安裝(zhuang)位置應避開較強(qiáng)的熱源、電場及磁(cí)場,盡量選擇較好(hao)的工作環境。
(3)現場(chang)調試中存在的問(wen)題及對策
　　由于應(ying)力式渦街流量計(jì)使用時受現場安(ān)裝條件、環境條件(jian)、所測介質的實際(jì)流動狀況和流量(liang)計的自身🌈因素等(děng)各方面影響很大(dà),必須進行現場調(diao)試,把各種因素的(de)影響降到最低。方(fāng)法如下:
①應力式渦(wō)街流量計發生體(tǐ)中封裝的壓電晶(jīng)體有單🏃🏻‍♂️片🆚和雙片(piàn)裝兩種，它們通過(guo)專用引線接入到(dào)轉換器⭕輸入端。斷(duàn)🆚開接🏃🏻點，用萬用表(biǎo)檢測每兩根引線(xiàn)之間、每根引線與(yu)表殼🔞之間的電阻(zu)值㊙️應≥20MQ.若有電阻㊙️值(zhi)則說明🌈探頭性能(néng)🧡下降;若爲電阻值(zhi)爲幾十千歐以下(xia)，則說明探頭可能(néng)損壞或專用引線(xiàn)受潮、被腐蝕。
②上述(shù)檢測均正常,再用(yòng)物體輕敲探頭或(huò)表體，用示波器可(ke)觀♋察到不規則正(zhèng)弦波，或用萬用表(biǎo)交流電壓擋可測(ce)量到🔱幅值100~200mV的交變(bian)信号，則說明探頭(tou)完好。
③NB調整時使用(yong)示波器一邊觀察(chá)電荷放大器輸出(chū)端♌的信号波形㊙️，一(yī)邊進行調整。在流(liu)量爲零時最易調(diào)整,在小流量時📞皎(jiǎo)體流速<0.5m/s,氣體或蒸(zheng)汽流速<8m/s)調整也可(kě)行。如🙇🏻用萬用表調(diao)整，在流量爲零時(shí)使脈沖輸出爲零(ling)或電流輸出爲4mA。
④TLA調(diao)整起抑制振動等(deng)幹擾的作用。在NB調(diao)整效果不明顯時(shi)，需進行TLA調整。TLA調整(zheng)原則上使用示波(bō)器一邊觀察有源(yuan)濾波電㊙️路的輸出(chū)端及脈沖放大電(dian)路的輸出端的信(xin)号波形，一邊進行(háng)調整;在流💔量爲零(ling)時調🐇整至脈沖輸(shū)出爲零;在小流量(liang)時液體流速<0.5m/s,氣體(ti)或蒸汽流速<8m/s)調整(zhěng)至脈沖輸✌️出爲規(gui)則的方波。
　　現場調(diào)整非常重要，同時(shi)也應該注意檢查(cha)儀表的接🛀🏻地是否(fǒu)完好，電源的電壓(yā)是否在規定的範(fàn)圍内，負載電阻大(da)小，電纜線連接和(he)絕緣性是否符合(he)要求等。

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