摘要:針(zhen)對目前應(ying)力式渦街(jie)流量計 在(zai)國内石化(hua)行業使用(yong)中存在的(de)一些問題(ti)，介紹了該(gai)💘流量計的(de)測量原理(li)和組成結(jie)構，指出渦(wo)街發生體(ti)的幾何☂️結(jie)構、尺寸直(zhi)接影響儀(yi)表K系數标(biao)定結果。從(cong)實際✂️使用(yong)的角度分(fen)析了介質(zhi)的流動狀(zhuang)況及潔淨(jing)程度、溫度(du)等因素變(bian)化對儀表(biao)K系數的影(ying)響，并提出(chu)相應對策(ce)。讨論了安(an)裝環境、工(gong)藝條件以(yi)及管線配(pei)置等方面(mian)應注意的(de)問題，介紹(shao)了 渦街流(liu)量計 投入(ru)使用前在(zai)現場的測(ce)試與調試(shi)方法。
　　渦街(jie)流量計是(shi)20世紀70年代(dai)發展起來(lai)的一種新(xin)型流🐕量測(ce)量儀表，首(shou)先在城市(shi)供水系統(tong)中得到應(ying)用和☁️發展(zhan)，後逐步進(jin)入煉油化(hua)工系統。渦(wo)街流量計(ji)結構簡單(dan)牢固，安裝(zhuang)維護方便(bian)。與孔闆流(liu)量計相比(bi)，量程範圍(wei)大可達10:1至(zhi)20:1),壓力損失(shi)小的爲孔(kong)闆流❌量計(ji)的1/4-1/2)，精😘度較(jiao)高一般爲(wei)測量值的(de)±1%至±2%),适用于(yu)液🌐體、氣體(ti)和蒸☔汽等(deng)多種介質(zhi)🔞的測量。在(zai)一定的雷(lei)諾數範圍(wei)内，輸出信(xin)号不受流(liu)體✨物性溫(wen)度、壓力、組(zu)✍️分、粘度)的(de)影響,已被(bei)各行各業(ye)所廣泛地(di)采用。
　　某煉(lian)油廠近年(nian)來先後在(zai)70多個水、蒸(zheng)汽、可燃氣(qi)體等🔞計量(liang)回💞路中,使(shi)用了不同(tong)型号的國(guo)産和進口(kou)應力式渦(wo)街流量計(ji)。渦街❄️流量(liang)🛀🏻計具有其(qi)他流量計(ji)所不具備(bei)的許多優(you)點，從開發(fa)到大量生(sheng)産投放市(shi)場僅20餘年(nian)，目前仍處(chu)于發展階(jie)段，從理論(lun)和實踐上(shang)來看🐆,基礎(chu)都較差💋，在(zai)日常使用(yong)中還存在(zai)較多的問(wen)題。通過分(fen)析應力式(shi)渦街流量(liang)計的測量(liang)原理與結(jie)✍️構，進一步(bu)讨論在使(shi)用中存在(zai)的問題與(yu)成因以及(ji)相應❌的🧑🏾‍🤝‍🧑🏼對(dui)策。
1.測量原(yuan)理與結構(gou)
　　渦街流量(liang)計是利用(yong)卡門渦街(jie)原理進行(hang)測量的。實(shi)驗證🚶‍♀️明卡(ka)門渦街的(de)釋放頻率(lü)與流體的(de)流動速度(du)和柱狀體(ti)的特征寬(kuan)度有關。卡(ka)門渦街釋(shi)放頻率與(yu)🚶‍♀️流速成正(zheng)比，因此通(tong)過測量卡(ka)門渦街頻(pin)率可以求(qiu)得瞬時流(liu)量值。
　　對于(yu)儀表内部(bu)形式固定(ding)的渦街流(liu)量計，儀表(biao)管道内徑(jing)、旋渦發生(sheng)體特征尺(chi)寸及斯特(te)勞哈爾數(shu)已定，儀表(biao)系數🏃🏻‍♂️是确(que)定的。因此(ci)🈲,隻要正确(que)測得渦街(jie)頻率，就可(ke)以正确地(di)⚽測量管道(dao)中介❓質的(de)體積流量(liang)。
　　應力式渦(wo)街流量計(ji)通常由旋(xuan)渦發生體(ti)、檢測元件(jian)、儀表表體(ti)和轉換器(qi)四個部分(fen)組成。金陵(ling)石化南京(jing)煉油廠使(shi)用的🛀🏻應力(li)🍉式渦街流(liu)量計均采(cai)用三角柱(zhu)㊙️旋渦發生(sheng)體該形狀(zhuang)的旋渦發(fa)生體是目(mu)前應用最(zui)爲廣泛的(de)一種),旋渦(wo)頻率是利(li)用封裝在(zai)旋渦發生(sheng)體内部的(de)壓電晶體(ti)作爲檢測(ce)元件，借以(yi)感受旋渦(wo)分離時交(jiao)替⭐作用于(yu)旋渦發生(sheng)體上不斷(duan)變化的橫(heng)🐪向升力，升(sheng)力的變化(hua)頻率就是(shi)旋渦頻率(lü)。
根據壓電(dian)效應原理(li)，壓電晶體(ti)上産生的(de)電荷強度(du)與橫向升(sheng)力成正比(bi)，即在旋渦(wo)發生體的(de)形狀、尺寸(cun)以及支承(cheng)方式一定(ding)的情況下(xia)，壓電電荷(he)強度與被(bei)測介質的(de)密度⚽和流(liu)速的平方(fang)成正比。
　　應(ying)力式渦街(jie)流量計分(fen)爲滿管式(shi)和插入式(shi)兩種:滿管(guan)🆚式有法蘭(lan)🥵型、夾持型(xing)兩種安裝(zhuang)類型;插入(ru)式可帶球(qiu)閥或不帶(dai)球閥安裝(zhuang)。
　　不同廠家(jia)的轉換器(qi)電路也不(bu)同，但其基(ji)本功能及(ji)思路是一(yi)緻㊙️的。交變(bian)電荷信号(hao)被檢出後(hou)，首先經高(gao)阻抗電荷(he)放大器進(jin)行放大,再(zai)經噪聲濾(lü)波,并由斯(si)🔆密特觸🏃‍♀️發(fa)器檢波及(ji)整形，其頻(pin)率信号即(ji)可直接作(zuo)爲.信号輸(shu)出;也可根(gen)據用戶要(yao)求進行f/V和(he)V/f的轉換，産(chan)生與頻率(lü)成正比的(de)4-20mA模拟信号(hao)輸出。
2問題(ti)及對策
(1)僅(jin)表系數K的(de)标定及其(qi)影響因素(su)與對策儀(yi)表系數💋K雖(sui)然受流體(ti)流速和粘(zhan)度等的影(ying)響，但産生(sheng)影響效果(guo)的卻是這(zhe)些參數的(de)組✏️合一雷(lei)諾數Re,它決(jue)定了儀表(biao)系數K的線(xian)性範圍。
　　當(dang)Re≥2x104時，在理論(lun)上儀表系(xi)數K是一個(ge)僅由儀表(biao)幾何結構(gou)、尺寸所決(jue)定的常數(shu),不受流體(ti)溫度、壓力(li)、密度、粘🙇‍♀️度(du)、成分等性(xing)質🐕變化😘的(de)影響，對于(yu)各種液體(ti)、氣體、蒸汽(qi)都有相同(tong)的數值。所(suo)以，理論上(shang)儀表的标(biao)定系數在(zai)基本誤🤞差(cha)範圍内保(bao)持一緻㊙️，具(ju)有通用性(xing)。
　　由于目前(qian)國内許多(duo)生産廠家(jia)生産方式(shi)不規範，無(wu)标定條件(jian)，使得生産(chan)的渦街流(liu)量計的K值(zhi)無法得到(dao)保證且與(yu)實際值相(xiang)差較大。實(shi)際使用中(zhong)，影響儀表(biao)系數的因(yin)素及解決(jue)方法叙述(shu)如下:
①流速(su)和粘度的(de)變化
　　工業(ye)管道中絕(jue)大多數流(liu)體Re>2x104，滿足渦(wo)街流量計(ji)的正常測(ce)量範圍。如(ru)因某種原(yuan)因使流體(ti)的🐇流⛷️速降(jiang)低和成)運(yun)動粘度升(sheng)高，都将導(dao)緻Re下降。當(dang)Re<2x104時🌈，K值會發(fa)生較大的(de)變化，出現(xian)了非線性(xing)誤差。這在(zai)儀表選型(xing)、安裝上可(ke)以✌️通過縮(suo)管來提高(gao)流速以增(zeng)大Re值。當管(guan)徑縮小爲(wei)原♊來的1/n,Re可(ke)提高n倍。其(qi)次,因液體(ti)運動粘度(du)是溫度的(de)函數，當溫(wen)度升高時(shi)粘度下降(jiang)，同樣可🌐使(shi)Re增大，從而(er)确保正常(chang)流量落🆚在(zai)儀💛表量程(cheng)下限之上(shang)。
②堆積
　　如果(guo)被測介質(zhi)中存在粘(zhan)性顆粒物(wu)質或夾雜(za)較多纖維(wei)狀物質，則(ze)可能會逐(zhu)漸堆積在(zai)三角柱發(fa)生體迎流(liu)面上,使其(qi)💚幾何形狀(zhuang)尺寸發生(sheng)變化,使儀(yi)表系數K也(ye)随之變化(hua),産生附加(jia)測量誤差(cha)。爲了減小(xiao)這個誤差(cha)，在條件允(yun)許的情況(kuang)下,可定期(qi)清除堆積(ji)物或🎯對被(bei)測介質進(jin)行預處理(li)。
③磨損
　　如果(guo)三角柱發(fa)生體兩棱(leng)邊因某種(zhong)被測介質(zhi)作用而受(shou)到磨損，雖(sui)然儀表系(xi)數K對邊緣(yuan)尖銳度的(de)變化不像(xiang)🏃‍♀️孔闆流量(liang)計那樣敏(min)感，但也會(hui)引起附加(jia)誤差。這就(jiu)要求定期(qi)💃🏻校驗或🔞更(geng)換一次表(biao)。
④溫度變化(hua)
　　儀表系數(shu)K通常在常(chang)溫20℃左右)下(xia)标定,如果(guo)被測介質(zhi)的溫度較(jiao)高或較低(di),與常溫相(xiang)差較大，造(zao)成流通面(mian)積變化而(er)引起附加(jia)誤差，因此(ci)對儀表系(xi)數K必須進(jin)行補償🙇🏻修(xiu)正。根據固(gu)體熱膨脹(zhang)定律可得(de)到修正系(xi)數K,的表達(da)式:
Kt,=1-ax10-5(t-20)
　　式中:t-被(bei)測流體的(de)溫度;a-儀表(biao)發生體材(cai)質對應的(de)系數(不鏽(xiu)鋼、鑄鐵a=4.88,哈(ha)氏合金鋼(gang)C2a=3.40,钛a=2.62)。
修正後(hou)的儀表系(xi)數爲
K'=KtK=K[1-ax10-5(t-20)]
計算(suan)表明，當t>100℃或(huo)t<100℃時,有必要(yao).進行此項(xiang)修正。
(2)安裝(zhuang)中存在的(de)問題及其(qi)對策
　　應力(li)式渦街流(liu)量計是依(yi)據流體力(li)學振動現(xian)象中振動(dong)頻率與流(liu)速的對應(ying)關系工作(zuo)。它對管道(dao)流速分布(bu)畸變、流動(dong)脈動及旋(xuan)轉流十分(fen)敏感，同時(shi)由于其感(gan).測元件爲(wei)壓電晶體(ti)，各種機械(xie)振動對輸(shu)出信号幹(gan)擾較大,僅(jin)表抗振性(xing)差。因此現(xian)場安裝條(tiao)件要求較(jiao)高。
　　爲了達(da)到測量精(jing)度，渦街流(liu)量計必須(xu)保證一定(ding)的前後直(zhi)管段,并盡(jin)量避免在(zai)靠近調節(jie)閥、半開閥(fa)和.截止閥(fa)後🧑🏽‍🤝‍🧑🏻安裝🛀🏻流(liu)量計;測壓(ya)點和測溫(wen)點應分别(bie)在下遊側(ce)距流量💔計(ji)中心線3.5D~5.5D和(he)6D-8D;。
　　渦街流量(liang)計的表體(ti)安裝不良(liang)，如接管偏(pian)大、偏小、偏(pian)移有台階(jie))或墊片突(tu)入管道都(dou)會引起測(ce)量誤差。配(pei)管内徑一(yi)般應等于(yu)或略大于(yu)流量計的(de)内徑。如配(pei)管的實際(ji)内徑略小(xiao)于流量計(ji)的内徑5%以(yi)内),雖不會(hui)影響僅表(biao)🐕的固有K系(xi)❤️數，但因流(liu)通面積突(tu)變引起表(biao)觀流速變(bian)化而産生(sheng)附加☀️測量(liang)誤差，這可(ke)以通過修(xiu)正K系數來(lai)補償。修正(zheng)後的儀表(biao)系數爲
K"=K（D2/D1）2
式(shi)中:Dt-儀表實(shi)際内徑;D2-配(pei)管實際内(nei)徑。
　　當測量(liang)容易汽化(hua)的液體或(huo)工作條件(jian)接近臨界(jie)狀态的液(ye)體時🔞,爲防(fang)止氣穴現(xian)象出現，設(she)計安裝時(shi)必須确認(ren)管🍉道内的(de)最低壓力(li)P'，這樣才能(neng)保證渦街(jie)流量計正(zheng)常工作。p由(you)下式計算(suan):
p≥2.7△p+1.3po
△p≈1.1x10-6ρv2
　　式中:p-管道(dao)内流體絕(jue)對壓力，MPa;△p-流(liu)體在.發生(sheng)體前後的(de)壓差，MPa;po-在工(gong)作溫度下(xia)流體的飽(bao)和蒸汽壓(ya)，MPa;ρ--工作條件(jian)💜下流體的(de)密度，kg/m³，V-流動(dong)🏃🏻流體的流(liu)速,m/s.
儀表使(shi)用中還要(yao)注意以下(xia)問題:
①安裝(zhuang)渦街流量(liang)計的位置(zhi)要遠離動(dong)力設備和(he)變化頻繁(fan)的閥🏃‍♂️門，如(ru)管線振動(dong)較大，應在(zai)流量計前(qian)、後2D處加裝(zhuang)固定支架(jia)以鹹振;
②如(ru)管道流體(ti)的流速不(bu)穩，可考慮(lü)在管線上(shang)增加穩🧑🏽‍🤝‍🧑🏻壓(ya)裝置💚或整(zheng)流器來消(xiao)除流速分(fen)布的不均(jun)勻現象;
③由(you)于壓電晶(jing)體的靈敏(min)度随溫度(du)升高而大(da)幅度下降(jiang)，應避🐉免☂️在(zai)⛱️測量高溫(wen)介質（≤250℃),特别(bie)是高低溫(wen)頻繁變化(hua)的介質☀️中(zhong)使用;
④流量(liang)計的安裝(zhuang)位置應避(bi)開較強的(de)熱源、電場(chang)及磁場📱,盡(jin)量選擇較(jiao)好的工作(zuo)環境。
(3)現場(chang)調試中存(cun)在的問題(ti)及對策
　　由(you)于應力式(shi)渦街流量(liang)計使用時(shi)受現場安(an)裝條件、環(huan)♉境條🌈件、所(suo)測介質的(de)實際流動(dong)狀況和流(liu)量計的㊙️自(zi)身因素等(deng)各方面影(ying)響很大,必(bi)須進行現(xian)場調試,把(ba)各種因素(su)的影響降(jiang)🏃‍♀️到最低❌。方(fang)法如下:
①應(ying)力式渦街(jie)流量計發(fa)生體中封(feng)裝的壓電(dian)晶體有單(dan)👨‍❤️‍👨片和雙片(pian)🙇‍♀️裝兩種，它(ta)們通過專(zhuan)用引線接(jie)入到轉換(huan)器輸入🌈端(duan)。斷開接㊙️點(dian)，用萬用表(biao)檢測每兩(liang)根引線之(zhi)間、每根引(yin)線與表殼(ke)之間的電(dian)阻值應≥20MQ.若(ruo)有電阻值(zhi)則說明探(tan)頭性能下(xia)降;若爲電(dian)阻值爲幾(ji)十千歐以(yi)下，則說明(ming)🈲探頭可能(neng)損壞或專(zhuan)用引線受(shou)潮、被腐🔴蝕(shi)。
②上述檢測(ce)均正常,再(zai)用物體輕(qing)敲探頭或(huo)表體，用示(shi)波器可觀(guan)察到不規(gui)則正弦波(bo)，或用萬用(yong)表交流電(dian)壓擋可測(ce)量到幅值(zhi)🔞100~200mV的交變信(xin)号，則說明(ming)探頭完好(hao)。
③NB調整時使(shi)用示波器(qi)一邊觀察(cha)電荷放大(da)器輸出端(duan)的信号波(bo)形，一邊進(jin)行調整。在(zai)流量爲零(ling)時最易調(diao)整,在小流(liu)🤟量時皎體(ti)流速<0.5m/s,氣體(ti)或蒸汽流(liu)速<8m/s)調整也(ye)⚽可行。如用(yong)萬用🥵表調(diao)整❌，在流量(liang)爲零時使(shi)脈沖輸出(chu)爲零或電(dian)流輸出爲(wei)4mA。
④TLA調整起抑(yi)制振動等(deng)幹擾的作(zuo)用。在NB調整(zheng)效果不明(ming)顯時💜，需🌂進(jin)行TLA調整。TLA調(diao)整原則上(shang)使用示波(bo)器一邊觀(guan)察有源濾(lü)波電路的(de)輸出端及(ji)脈沖放大(da)電路的輸(shu)出端的信(xin)号波形，一(yi)邊進行調(diao)整;在流量(liang)爲零時調(diao)整至脈沖(chong)輸出爲零(ling);在小流量(liang)時液體流(liu)✨速<0.5m/s,氣體或(huo)蒸汽流速(su)<8m/s)調整至脈(mo)沖輸㊙️出爲(wei)規則的方(fang)波。
　　現場調(diao)整非常重(zhong)要，同時也(ye)應該注意(yi)檢查儀表(biao)的接地是(shi)否完好，電(dian)源的電壓(ya)是否在規(gui)定的範圍(wei)内，負載電(dian)阻大小🏃🏻，電(dian)纜線連接(jie)和絕緣性(xing)是否符合(he)要求等。

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