摘要(yao)：介紹空分(fen)裝置中液(ye)氧、液氦流(liu)量采用渦(wo)街流量計(ji) 測量的方(fang)法,探讨使(shi)用現狀的(de)優點,對不(bu)能測量較(jiao)大流量以(yi)及渦街流(liu)量計小信(xin)号切除量(liang)較大的問(wen)題進行相(xiang)關應用分(fen)析,對空分(fen)裝在産品(pin)核算、經濟(ji)效益分析(xi)、可靠運行(hang)的方面具(ju)有一定幫(bang)助。
　　目前，化(hua)工行業很(hen)多生産現(xian)場所使用(yong)的流量計(ji)選型不夠(gou)合理,有的(de)存在安裝(zhuang)錯誤,造成(cheng)計量誤差(cha)過大,還有(you)些不能滿(man)足生産或(huo)産品交接(jie)計量的需(xu)要,流量計(ji)是化工企(qi)業最常用(yong)的儀表。但(dan)僅靠經驗(yan)或單純考(kao)慮購置費(fei)進行選型(xing)，可能會失(shi)去選擇最(zui)适合儀表(biao)的機會。由(you)此可見,正(zheng)确選擇和(he)使用流量(liang)計并非易(yi)事。要正确(que)、有效地選(xuan)擇合适的(de)流量計,必(bi)須考慮5個(ge)方面的因(yin)素,即性能(neng)要求、介質(zhi)物性、安裝(zhuang)要求、環境(jing)條件和費(fei)用。
　　煤基烯(xi)烴項目建(jian)設的空分(fen)裝置生産(chan)氣氧、氣氮(dan)、儀表空氣(qi)、工廠空氣(qi)、液氧和液(ye)氮。通過對(dui)該裝置的(de)液氧、液氮(dan)産品流量(liang)計的使用(yong)情況進行(hang)摸索研究(jiu),從儀表測(ce)量原理出(chu)發,進行必(bi)要的分析(xi)和研究,并(bing)進行觀察(cha)評估,對實(shi)施效果:提(ti)出推廣建(jian)議,從而進(jin)一步提高(gao)管理和維(wei)護水平,使(shi)該裝置産(chan)品交接計(ji)量向更穩(wen)定、更可靠(kao)的方向發(fa)展。
1空分裝(zhuang)置液氧、液(ye)氨渦街流(liu)計使用現(xian)狀
1.1産品流(liu)量的測量(liang)方法
　　一般(ban)情況下,煤(mei)化工配套(tao)的空分裝(zhuang)置都較大(da),液氮、液氧(yang)産品在工(gong)藝系統負(fu)荷較低時(shi)可以作爲(wei)産品銷售(shou)。爲了準确(que)測量這兩(liang)股産品的(de)流量,保證(zheng)貿易交接(jie)的準确性(xing),考慮到這(zhe)兩股産品(pin)低粘度、低(di)溫,産品管(guan)線口徑小(xiao)(僅爲DN25mm), 以及(ji)一次儀表(biao)需安裝于(yu)冷箱内隔(ge)箱而變送(song)器需要安(an)裝于冷箱(xiang)外部的特(te)點,項目最(zui)初選用了(le) 分體式渦(wo)街流量計(ji) 配以轉換(huan)器來測量(liang)液氮、液氧(yang)流量。
1.2渦街(jie)流量計測(ce)量液氧、液(ye)氮流量
1.2.1測(ce)量原理.
　　渦(wo)街流量計(ji)是一種典(dian)型的速度(du)式流量計(ji),可檢測Re在(zai)5 x103~7 x106範圍内的(de)液體、氣體(ti)、蒸汽流體(ti)的流量。漩(xuan)渦分離的(de)穩定性受(shou)漩渦發生(sheng)體上遊流(liu)場畸變、漩(xuan)渦流等的(de)影響，所以(yi)安裝儀表(biao)應根據上(shang)遊阻流件(jian)的不同形(xing)式,配備不(bu)同長度的(de)上、下遊直(zhi)管段,或安(an)裝流動調(diao)整器,爲渦(wo)街流量計(ji)提供良好(hao)的流場條(tiao)件,消除流(liu)場對儀表(biao)的不利影(ying)響。渦街流(liu)量計是應(ying)用流體振(zhen)蕩原理來(lai)測量流量(liang)的,流體在(zai)管道中經(jing)過渦街流(liu)量變送器(qi)時,在三角(jiao)柱的漩渦(wo)發生體後(hou)上下交替(ti)産生正比(bi)于流速的(de)兩列漩渦(wo),稱爲卡曼(man)漩渦。單側(ce)漩渦的釋(shi)放頻率與(yu)流過漩渦(wo)發生體的(de)流體平均(jun)速度及漩(xuan)渦發生體(ti)特征寬度(du)有關,表示(shi)爲":
f=(Srxv)/d
式中
d一(yi)漩渦發生(sheng) 體特征寬(kuan)度,m;
f一漩渦(wo) 的釋放頻(pin)率,Hz;
Sr一斯特(te)勞哈爾數(shu),無量綱， 它(ta)的數值範(fan)圍爲0.14 ~0.27;
?一流(liu)過漩渦發(fa)生體的流(liu)體平均速(su)度，m/s。
Sr是雷諾(nuo)數的函數(shu),Re與Sr的關系(xi)爲Sr =f(l/Re),如圖1所(suo)示。

由上式(shi)可知，在斯(si)特勞哈爾(er)數Sr爲常數(shu)時,流量qv與(yu)單側漩渦(wo)産生的頻(pin)率?成正比(bi)。
　　當雷諾數(shu)Re在102~ 105範圍内(nei)時,Sr值約爲(wei)0.2,因此,在測(ce)量中要盡(jin)量保證流(liu)體的雷諾(nuo)數在102~ 105 ,漩渦(wo)頻率?=0.2×?/d。由此(ci)可知，通過(guo)測量漩渦(wo)頻率就計(ji)算出流過(guo)漩渦發生(sheng)體的流體(ti)平均速度(du)u,再由式qv = ? ×A0求(qiu)出流量qv,其(qi)中A。爲流體(ti)流過漩渦(wo)發生體的(de)截面積。
1.2.2渦(wo)街流量計(ji)測量空分(fen)裝置液氮(dan)、液氧的優(you)劣
　　通過觀(guan)察裝置開(kai)車後近一(yi)年的使用(yong)情況，發現(xian)在這兩股(gu)産品處使(shi)用渦街流(liu)量計各存(cun)在一些優(you)缺點。
1.2.2.1 優點(dian)
　　渦街流量(liang)計結構簡(jian)單牢固,安(an)裝維護方(fang)便,測量元(yuan)件直接安(an)裝于管道(dao)上,克服了(le)管路的洩(xie)漏現象。可(ke)根據測量(liang)對象選擇(ze)相應的檢(jian)測方式,儀(yi)表的适應(ying)性強。非常(chang)适用于幹(gan)淨介質流(liu)體和部分(fen)混相流體(ti)。與其他脈(mo)沖輸出型(xing)流量計相(xiang)比,渦街流(liu)量計的儀(yi)表系數K較(jiao)低,且随儀(yi)表測量管(guan)徑D的增大(da)儀表系數(shu)K近似以直(zhi)徑比的3次(ci)方速率下(xia)降(表1)。

　　選擇(ze)流量計的(de)通徑應按(an)被測管道(dao)使用的流(liu)量範圍和(he)被選流量(liang)計的上、下(xia)限流量來(lai)選配,而不(bu)是簡單地(di)按管道通(tong)徑選用。通(tong)常設計管(guan)道流體最(zui)大流速是(shi)按經濟流(liu)速來确定(ding)的,流速選(xuan)擇過低,則(ze)管徑粗、投(tou)資大;而流(liu)速過高則(ze)輸送功率(lü)大,增加運(yun)行費用21。大(da)部分流量(liang)計上限流(liu)量的流速(su)接近或略(lue)高于管道(dao)經濟流速(su),因此流量(liang)計通徑與(yu)管徑相同(tong)的可能性(xing)較大,安裝(zhuang)比較方便(bian),如不相同(tong)也不應.相(xiang)差太多,一(yi)般相鄰一(yi)檔規格,采(cai)用變徑管(guan)連接'。
　　若采(cai)用 标準孔(kong)闆流量計(ji) 來測量液(ye)氮、液氧的(de)流量存在(zai)一些不足(zu)之處，如:壓(ya)力損失較(jiao)大;導壓管(guan)、 三 (五)閥組(zu) 及連接接(jie)頭容易洩(xie)漏;導壓管(guan)、取壓口易(yi)堵塞;量程(cheng)範圍小,一(yi)般爲3:1,對流(liu)量波動較(jiao)大易造成(cheng)測量值偏(pian)低;液氮、液(ye)氧溫度較(jiao)低，需要采(cai)取複熱措(cuo)施由液态(tai)恢複爲氣(qi)态才可測(ce)量，否則易(yi)凍結。
　　量程(cheng)比相對較(jiao)寬，可達10:1或(huo)20: 1。使用的情(qing)況是實際(ji)最小流量(liang)可測到200Nm'/h,最(zui)大可測到(dao)1 865Nm'/h及以，上。實(shi)際情況是(shi)最大流量(liang)在閥門僅(jin)65%開度時就(jiu)達到了100% ,最(zui)小流量僅(jin)可測到325Nm3/h,尤(you)其上、下極(ji)限測量時(shi)基本很難(nan)用好。大多(duo)數渦街流(liu)量計具有(you)較好的線(xian)性度,渦街(jie)流量計理(li)論最大量(liang)程比可達(da)300:1以上。但由(you)于檢測元(yuan)件的靈敏(min)度、儀表的(de)壓力損失(shi)及其他方(fang)面的限制(zhi),要達到這(zhe)麽高的量(liang)程比是非(fei)常困難的(de)。因此實際(ji)大多數的(de)渦街流量(liang)計的量程(cheng)比僅爲10:1以(yi)上,有的可(ke)達到20:1甚至(zhi)30:1。而其他的(de)流量計如(ru)差壓流量(liang)計,卻沒有(you)這麽寬的(de)量程範圍(wei)。一般的渦(wo)街選型,都(dou)會把所測(ce)流量範圍(wei)放在其全(quan)量程的5%~60%這(zhe)個範圍内(nei),如果要求(qiu)的量程太(tai)寬,就必須(xu)把常用流(liu)量放在這(zhe)個範圍的(de)合适位置(zhi)以選型。這(zhe)樣選型出(chu)來的渦街(jie)才會好用(yong)、穩定,精度(du)才能得以(yi)保障.
　　渦街(jie)流量計屬(shu)測量精度(du)中等偏上(shang)的流量計(ji),通常測量(liang)液體的精(jing)度爲土(0.5% ~1.0%),測(ce)量氣體的(de)精度爲土(tu)(1.0% ~1.5%),這種精度(du)比 渦輪流(liu)量計 科氏(shi)力質量流(liu)量計低,但(dan)與傳統的(de) 差壓流量(liang)計 、 浮子流(liu)量計 相比(bi),測量精度(du)較高2]。考慮(lü)到這兩股(gu)産品既要(yao)計量總流(liu)量,又要應(ying)用在流量(liang)控制系統(tong)中，流量計(ji)精度的确(que)定要在整(zheng)個系統控(kong)制精度要(yao)求下進行(hang)，因爲整個(ge)系統不僅(jin)有流量檢(jian)測的誤差(cha),還包含有(you)信号傳輸(shu)、控制調節(jie)等環節的(de)誤差和各(ge)種影響因(yin)素,對測量(liang)儀表确定(ding)過高的精(jing)度是不合(he)理和不經(jing)濟的,因此(ci)綜合精度(du)、經濟性一(yi)同考慮是(shi)選型的要(yao)素之一。
　　正(zheng)常情況下(xia)壓損約爲(wei) 孔闆流量(liang)計 的1/4~1/2，但内(nei)縮徑渦街(jie)流量計不(bu)适用于此(ci)處。近似的(de)長期.壓損(sun)( PPL)計算公式(shi)爲

　　以液氮(dan)産品爲例(li)，經過計算(suan)，DN25mm的渦街流(liu)量計适用(yong)于此處,圖(tu)2爲液氮DN25mm渦(wo)街流量計(ji)性能對照(zhao)圖。從圖2可(ke)以看出，在(zai)保證精度(du)的情況下(xia),壓損是相(xiang)當小的。

　　輸出與流(liu)量成正比(bi)的脈沖信(xin)号,适用于(yu)總量計量(liang),無零點漂(piao)移[4。在一定(ding)雷諾數範(fan)圍内,輸出(chu)頻率信号(hao)不受流體(ti)物性(密度(du)、粘度)和組(zu)分的影.響(xiang),即儀表系(xi)數僅與漩(xuan)渦發生體(ti)和管道的(de)形狀尺寸(cun)有關,隻需(xu)在一種典(dian)型介質中(zhong)校驗而适(shi)用于各種(zhong)介質。在各(ge)種流量計(ji)中渦街流(liu)量計是一(yi)種較有可(ke)能成爲僅(jin)需幹式校(xiao)驗的流量(liang)計。
　　對流量(liang)變化在一(yi)定的雷諾(nuo)數範圍内(nei)，漩渦分離(li)的頻率僅(jin)與流體工(gong)作狀态下(xia)的體積流(liu)量成正比(bi);而對被測(ce)流體壓力(li)、溫度、粘度(du)和組分變(bian)化不敏感(gan)。因此，在幾(ji)何相似和(he)動力相似(si)條件下，渦(wo)街流量計(ji)可用一種(zhong)典型介質(zhi)(如水或空(kong)氣)标定，就(jiu)可确定它(ta)的儀表系(xi)數，并可在(zai)其他介質(zhi)中使用。渦(wo)街流量計(ji)的這一特(te)點，對生産(chan)廠和用戶(hu)提供了很(hen)大的便利(li)。對用于高(gao)壓氣體的(de)渦街流量(liang)計，使用常(chang)壓條件下(xia)标定的儀(yi)表系數，用(yong)戶完全可(ke)以放心，生(sheng)産廠不必(bi)爲沒有高(gao)壓标定設(she)備而憂慮(lü);用于氣體(ti)的渦街流(liu)量計，也可(ke)在水流量(liang)标準裝置(zhi)中校驗，提(ti)高标定精(jing)度。渦街流(liu)量計這一(yi)特點，爲它(ta)實現幹标(biao)定、發生體(ti)标準化提(ti)供了有利(li)條件。
　　通常(chang)渦街流量(liang)計的儀表(biao)系數K是通(tong)過液體或(huo)氣體流量(liang)校準裝置(zhi)在常溫、常(chang)壓條件下(xia)标定後确(que)定的。如果(guo)儀表用于(yu)高溫流體(ti)(例如蒸汽(qi))或低雷諾(nuo)數區域的(de)流量測量(liang)時,還照用(yong)實驗室标(biao)定的儀表(biao)系數的話(hua),則會産生(sheng)一定的測(ce)量偏差。因(yin)此,當儀表(biao)的工作條(tiao)件偏離标(biao)定條件較(jiao)遠時,需對(dui)該系數進(jin)行修正。
　　儀(yi)表标定時(shi),根據校準(zhun)裝置給出(chu)的标準流(liu)量、流體密(mi)度ρ、粘度μ和(he)被測渦街(jie)流量計輸(shu)出的頻率(lü),計算出儀(yi)表系數K和(he)對應的雷(lei)諾數。先進(jin)行雷諾數(shu)Re>2 x 104的各流量(liang)測試點的(de)标定,再進(jin)行Re≤2x104各點流(liu)量的标定(ding)。然後算出(chu)Re>2x104各流量測(ce)試點的平(ping)均儀表系(xi)數K,以K作爲(wei)标準儀表(biao)系數,再分(fen)别計算Re<2x104各(ge)流量測試(shi)點的儀表(biao)系數Ki與K的(de)比值E作爲(wei)雷諾數修(xiu)正系數,這(zhe)樣就得到(dao)與表2相似(si)的各雷諾(nuo)數所對應(ying)的修正系(xi)數，然後把(ba)這些數據(ju)寫人儀表(biao)中。

1.2.2.2缺點
　　渦(wo)街流量計(ji)小信号切(qie)除量較大(da),使下限流(liu)量不能太(tai)低，因此不(bu)能滿足較(jiao)小流量測(ce)量的要求(qiu)。渦街流量(liang)計的下限(xian)流量受雷(lei)諾數和檢(jian)測元件靈(ling)敏度的制(zhi)約。
　　雷諾數(shu)的影響。渦(wo)街流量計(ji)不适用于(yu)低雷諾數(shu)測量(Re≥2 x104),故在(zai)高粘度、低(di)流速、小口(kou)徑情況下(xia)應用受到(dao)限制。大多(duo)數渦街流(liu)量計的下(xia)限雷諾數(shu)爲(1 ~2) x104 ,隻有當(dang)儀表工作(zuo)在下限雷(lei)諾數以.上(shang)區域時,斯(si)特勞哈爾(er)數Sr或儀表(biao)系數K才進(jin)人平直區(qu),儀表也才(cai)能進人線(xian)性工作區(qu)域，否則當(dang)雷諾數Re低(di)于渦街流(liu)量計線性(xing)工作區的(de)臨界雷諾(nuo)數時,儀表(biao)系數K将出(chu)現嚴重的(de)非線性,産(chan)生非線性(xing)誤差。在粘(zhan)度高、口徑(jing)小的工作(zuo)條件下工(gong)作的渦街(jie)流量計，下(xia)限流量不(bu)能太低。以(yi)液氮産品(pin)爲例,經過(guo)計算,DN25mm的渦(wo)街流量計(ji)所測流量(liang)爲全量程(cheng)流量的15%及(ji)以下時,流(liu)速下降迅(xun)速,已經不(bu)能保證精(jing)度了， 即使(shi)滿足了可(ke)測量程上(shang)限的要求(qiu)也滿足不(bu)了可測較(jiao)小流量的(de)需要(表3)。

　　另(ling)外,從圖3還(hai)可以清楚(chu)地看到,流(liu)量達到量(liang)程上限以(yi)後精度和(he)壓損明顯(xian)呈比例上(shang)升。這也就(jiu)不難解釋(shi)爲什麽渦(wo)街流量計(ji)往往未用(yong)到全量程(cheng)就很難用(yong)好了

　　檢測元(yuan)件靈敏度(du)的限制。漩(xuan)渦強度越(yue)強對信号(hao)檢測越有(you)利。而漩渦(wo)強度與流(liu)速平方是(shi)成正比的(de)，所以在量(liang)程下限的(de)低速區，漩(xuan)渦信号很(hen)微弱，能否(fou)有效地檢(jian)測出漩渦(wo)信号,取決(jue)于檢測元(yuan)件的靈敏(min)度[2]
　　受以上(shang)兩方面因(yin)素的制約(yue)，渦街流量(liang)計的下限(xian)流速不能(neng)太低，這點(dian)可以參考(kao)表3。一般情(qing)況下,測量(liang)液體流量(liang)時,下限流(liu)速爲0.3 ~0. 5m/s;測量(liang)氣體時下(xia)限流速爲(wei)3.0 ~5.0m/s。不能采用(yong)内縮徑渦(wo)街流量計(ji)測量較小(xiao)流量，否則(ze)無法保證(zheng)流體的穩(wen)定狀态，畢(bi)竟渦街靠(kao)的是穩流(liu)才能準确(que)測量,内縮(suo)徑多少會(hui)造成壓損(sun)增加,影響(xiang)渦街的測(ce)量,尤其測(ce)到70%以上很(hen)難保證精(jing)度,特點是(shi)精度随流(liu)量增大而(er)産生偏差(cha)。
　　正常情況(kuang)下渦街流(liu)量計壓損(sun)僅比差壓(ya)流量計小(xiao)(約爲孔闆(pan)流量計1/4~1/2),但(dan)是由于這(zhe)兩股産品(pin)的正常壓(ya)力都在0.5MPa以(yi)下，因此測(ce)量值達不(bu)到精度偏(pian)離點就壓(ya)損太高無(wu)法使用了(le)。以液氮産(chan)品爲例,經(jing)過計算,DN15mm的(de)内縮徑渦(wo)街流量計(ji)不适用于(yu)此處，流量(liang)爲全量程(cheng)50%及以上時(shi),壓損上升(sheng)迅速,如圖(tu)4所示。但是(shi)優點是可(ke)以滿足較(jiao)小流量測(ce)量的需要(yao),這時幾乎(hu)沒有壓損(sun)(表4)。.


2結束語(yu)
　　對空分裝(zhuang)置的液氧(yang)、液氮産品(pin)流量測量(liang)結合實際(ji)使用情況(kuang)進行了研(yan)究與分析(xi),對其測量(liang)原理技術(shu)難點以及(ji)優缺點等(deng)進行了全(quan)面的統計(ji)、綜述和評(ping)價。當然對(dui)于量程比(bi)适中、隻保(bao)證流量上(shang)限其中一(yi)端即可的(de)液氧、液氮(dan)産品流量(liang)測量,使用(yong)這類低溫(wen)型分體式(shi)渦街流量(liang)計還是相(xiang)當可靠的(de)。

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