摘(zhai)要：渦街流(liu)量計 因其(qi)儀表系數(shu)與流體特(te)性無關、精(jing)度高、寬量(liang)程比和⛷️低(di)壓損等優(you)點，在化工(gong)領域的應(ying)用越來越(yue)廣。以熱解(jie)分級煉制(zhi)新工藝對(dui)煤及液化(hua)殘渣進行(hang)煉制利用(yong)中的産品(pin)之一熱解(jie)氣爲例，介(jie)紹渦街流(liu)量計的選(xuan)型設計。
　　我(wo)國低階煤(mei)資源儲藏(cang)豐富，占可(ke)采儲量40?以(yi)上。然而它(ta)的高效利(li)用一直是(shi)業内努力(li)攻克的難(nan)題。低階煤(mei)含✊水量高(gao)，熱👨‍❤️‍👨值低♌，機(ji)械強度低(di)，化學穩定(ding)性差。采用(yong)熱解分級(ji)煉制新工(gong)藝對煤及(ji)液化殘渣(zha)進行煉制(zhi)利用，在溫(wen)和的條件(jian)下對原料(liao)進行加工(gong)處理，分步(bu)驟地将其(qi)中有用的(de)成分充分(fen)提取出來(lai)，得到的産(chan)品之一爲(wei)🏃‍♂️熱解氣，去(qu)除焦油後(hou)的熱解氣(qi)組💔成見表(biao)1，采用渦街(jie)流量❄️計對(dui)其進行測(ce)量🔞。

1渦街流(liu)量計概述(shu)
　　渦街流量(liang)計是20世紀(ji)70年代發展(zhan)起來的一(yi)種新型流(liu)量儀表，80年(nian)代🤟制定了(le)渦街流量(liang)計專業标(biao)準（ZBN12008-1989)和檢測(ce)規程🎯（JJG620-1989)。渦街(jie)流量計目(mu)☁️前已🐆發展(zhan)成爲主流(liu)流量儀表(biao)🏃🏻之一，因其(qi)有諸🐪多優(you)點，吸引了(le)國内外衆(zhong)多研究者(zhe)和企業的(de)關注。研究(jiu)者從多方(fang)面對其進(jin)行深入的(de)研究：①旋渦(wo)發生體的(de)研究[1，2+;②壓電(dian)傳感器探(tan)頭位置的(de)研究[3];③數字(zi)信号處理(li)方法的研(yan)究[4];④渦街信(xin)号檢測方(fang)🍉法的研究(jiu)[5];⑤數值仿真(zhen)方法的研(yan)究[6]。
　　在衆多(duo)流量計中(zhong)，渦街流量(liang)計的安裝(zhuang)、運行、維護(hu)費低于節(jie)流式🛀🏻、容積(ji)式等，購置(zhi)費低于容(rong)積式、質量(liang)式等，是一(yi)種實用性(xing)和經濟性(xing)都較好的(de)流量計，受(shou)到用戶廣(guang)泛歡迎。該(gai)流量計優(you)點如下：
(1)在(zai)一定雷諾(nuo)數Re範圍内(nei)（2X104~2X106)，輸出頻率(lü)信号不受(shou)流體物♋性(xing)（密度、粘度(du)）和組分變(bian)化影響，即(ji)儀表系數(shu)僅與旋渦(wo)發🐉生體的(de)形狀尺🌈寸(cun)及🎯管道的(de)形狀尺寸(cun)有關，可🚶‍♀️以(yi)在一種典(dian)型🏃‍♀️介質中(zhong)校驗而适(shi)用于各種(zhong)介質。
(2)高(差(cha)壓、計比較(jiao)）。
(3)量程比可(ke)達10:1或20:1，目前(qian)已有廠家(jia)在研制适(shi)用于氣體(ti)測量能達(da)到🐉80S的渦街(jie)流量計。
(4)壓(ya)損小（約爲(wei)孔闆流量(liang)計的25%-50%)，大幅(fu)度降低能(neng)耗。
(5)結構簡(jian)單牢固，安(an)裝維護方(fang)便。
(6)使用範(fan)圍廣，可測(ce)量液體、氣(qi)體、蒸汽和(he)部分混相(xiang)流體😍。
2渦街(jie)流量計的(de)參數計算(suan)
2.1工作狀态(tai)和标準狀(zhuang)态下的體(ti)積流量換(huan)算
　　渦街流(liu)量計的輸(shu)出信号是(shi)與工作狀(zhuang)态的體積(ji)流量成正(zheng)比例，氣體(ti)的體積流(liu)量受溫度(du)、壓力影響(xiang)較大，在流(liu)量計選型(xing)時，若提供(gong)的流量是(shi)标準狀态(tai)下的體積(ji)🔞流量或✌️質(zhi)量流量，應(ying)把♋它換算(suan)成工作狀(zhuang)态下的體(ti)積流量。

　　式(shi)中，qv、qn分别爲(wei)工作狀态(tai)和标準狀(zhuang)态下的體(ti)積流量，m3/h;P、Pn分(fen)别爲工作(zuo)狀态和标(biao)準狀态下(xia)的絕對壓(ya)力，PaT、Tn、分别爲(wei)工作狀态(tai)和标準🌈狀(zhuang)态下的熱(re)力學溫度(du)，K。
23雷諾數、壓(ya)力損失和(he)背壓的計(ji)算
　　在渦街(jie)流量計選(xuan)擇流量計(ji)通徑時，主(zhu)要是對流(liu)量下限值(zhi)進行核算(suan)雷諾數，最(zui)小雷諾數(shu)不應低于(yu)下限雷👌諾(nuo)數⭐，即雷諾(nuo)數Re≥2×104。在測量(liang)介質爲液(ye)态時，還應(ying)檢查最小(xiao)工作壓力(li)是否⭐高于(yu)工💁作溫度(du)下的飽和(he)蒸汽壓，即(ji)是否産生(sheng)氣穴現象(xiang)。
⑴雷諾數Re是(shi)一個表針(zhen)流體慣性(xing)力與粘性(xing)力之比的(de)無🔱量綱🛀量(liang)：

式中，Q爲體(ti)積流量，m3/h;D爲(wei)流量計内(nei)徑，mm;v爲運動(dong)粘度，m2/s。
(2)壓力(li)損失：選擇(ze)流量計時(shi)，通常可能(neng)會對流量(liang)計的通徑(jing)進行适當(dang)縮小，以取(qu)得較大流(liu)速和合适(shi)的流量量(liang)程。但是如(ru)果縮徑過(guo)于嚴重，可(ke)能會導緻(zhi)較大的壓(ya)力損失，能(neng)耗會增🌈加(jia)，因此在選(xuan)擇⚽流量計(ji)的通徑時(shi)，也需要适(shi)當考👄慮壓(ya)力損失，盡(jin)可能減小(xiao)壓力👄損失(shi)。壓力損失(shi)ΔP計算：
ΔP=1.1×10-5ρ?V2（3）
　　式中(zhong)，ΔP爲壓力損(sun)失，kg/m2;ρ爲流體(ti)密度，kg/m3;V爲流(liu)速，m/s。
(3)背壓：測(ce)量液體的(de)流量時，要(yao)确認工藝(yi)管道的壓(ya)力對于較(jiao)小的公稱(cheng)通徑而言(yan)有足夠大(da)的背壓，避(bi)免氣穴産(chan)生。流量計(ji)下💁遊的管(guan)道壓力應(ying)滿足。
P≥2.7ΔP+1.3P0（4）
式中(zhong)，P爲流量計(ji)下遊3.5~7.5D的最(zui)小管道壓(ya)力，kg/cm2（A）；P0爲液體(ti)的飽和蒸(zheng)汽壓，kg/cm2。
（4）根據(ju)工藝要求(qiu)及現成安(an)裝環境選(xuan)擇耐壓、耐(nai)溫等級、防(fang)護♋等級👌、防(fang)爆等級、輸(shu)出信号等(deng)。
3測量熱解(jie)氣的渦街(jie)流量計的(de)選型設計(ji)
　　熱解氣的(de)組分如表(biao)1所述，其工(gong)藝參數：操(cao)作密度0.63kg/m3，運(yun)動🧑🏾‍🤝‍🧑🏼粘🥰度2X10_5m2/s，操(cao)作溫度48.9℃，操(cao)作壓力7.5kPa，管(guan)道DN80，最小流(liu)量50Nm3/h，正常流(liu)量100Nm3/h，最大流(liu)量150Nm3/h，儀表測(ce)量範🔴圍選(xuan)擇0?180Nm3/h。
　　在裝置(zhi)運行的過(guo)程中，業主(zhu)可能會根(gen)據需要适(shi)當調✔️整參(can)數，因此選(xuan)擇量程比(bi)寬一些的(de)流量計會(hui)有助于調(diao)整後的測(ce)量;另外熱(re)解氣作爲(wei)産品之一(yi)，其流量是(shi)驗證工藝(yi)與關🏃‍♀️鍵設(she)備✨的工程(cheng)可行性、優(you)化工藝參(can)數😄的關鍵(jian)參數之一(yi)，因此使用(yong)精度高一(yi)些的流量(liang)計也是有(you)必要的；熱(re)解氣的組(zu)分随着參(can)數🙇‍♀️的調整(zheng)也可能會(hui)發生變化(hua)，因此基于(yu)伯努利方(fang)程原理的(de)，如 孔闆流(liu)量計 、噴嘴(zui)、 阿牛巴流(liu)量計 、德爾(er)塔巴流量(liang)計、 平衡流(liu)量計 等都(dou)不能很好(hao)的測量，因(yin)爲這類流(liu)量計受流(liu)體物性（密(mi)度、粘度）和(he)組分變化(hua)影響，且最(zui)終的熱解(jie)氣産品或(huo)多或少都(dou)有焦油的(de)存在，時間(jian)長了可能(neng)堵塞流量(liang)計。楔形流(liu)量計帶有(you)自清潔功(gong)能，如果采(cai)用法蘭取(qu)壓，變送器(qi)采用隔膜(mo)密封式變(bian)送器，其受(shou)焦油🔞的影(ying)響較小， 楔(xie)形流量計(ji) 計算結果(guo)分别見圖(tu)1和圖2。

　　當H/D比(bi)爲0.2時，其壓(ya)力損失達(da)到4kPa，已經大(da)于操作壓(ya)力的一半(ban)，此種方🈲案(an)不可可取(qu)，當H/D比爲0.3時(shi)，其壓力損(sun)失爲1.09kPa，可以(yi)接受，但最(zui)小流量時(shi)差壓隻有(you)0.11Kpa，甚至正常(chang)流量時的(de)差壓也有(you)隻有0.45kpa，由于(yu)采用💔的是(shi)隔膜密封(feng)式變送器(qi)，此時的精(jing)度無法保(bao)證；另一類(lei)是基于線(xian)性連續方(fang)程原理的(de)，如渦街流(liu)量計、質量(liang)流量計等(deng)，考慮到爲(wei)一個實💋驗(yan)裝置，質量(liang)流量計價(jia)格昂貴，因(yin)此綜合考(kao)慮介質和(he)裝置的特(te)殊性、壓損(sun)、精度和費(fei)用等因素(su)，選用渦街(jie)流量計測(ce)量熱解氣(qi)的流量。
由(you)式1可得最(zui)小流量對(dui)應的工作(zuo)狀态下的(de)體積流量(liang)：

　　由上述計(ji)算結果可(ke)知，當流量(liang)計縮徑至(zhi)DN40時，雷諾數(shu)即可滿足(zu)要求。
按式(shi)（3）可以核算(suan)下DN50和DN40口徑(jing)下的最大(da)壓損：
DN50時：

　　從(cong)圖3可見，出(chu)流量計口(kou)徑爲DN80時，最(zui)小流量無(wu)法測量；流(liu)🌈量計口徑(jing)縮徑至DN50時(shi)，最小流量(liang)可測（此時(shi)流體的雷(lei)諾數非常(chang)接近2*104），但此(ci)時♍的流量(liang)精度稍微(wei)差些；流✂️量(liang)計口徑縮(suo)徑💘至DN40時，最(zui)小流量可(ke)測，且🈲精度(du)也能得到(dao)保證。用上(shang)述公式計(ji)算的壓損(sun)與軟件計(ji)算出來也(ye)基本抑制(zhi)，差别來自(zi)計算值。如(ru)果流量計(ji)縮徑至DN25時(shi)，流量計的(de)壓損已經(jing)達到7.6kpa，壓損(sun)較大，無法(fa)滿足工藝(yi)要求。因此(ci)選擇DN40口徑(jing)的流量計(ji)能滿足要(yao)求。對于DN50口(kou)徑的方案(an)，如果流❗量(liang)大于54Nm3/h時，流(liu)量計的精(jing)度爲此款(kuan)流量計的(de)精度，
　　爲1.0%，當(dang)流量爲50Nm3/h時(shi)，此時流量(liang)可測，隻是(shi)精度稍差(cha)寫，約🔴爲💰1.81%，但(dan)🌈流量計的(de)壓損會小(xiao)很多，從節(jie)能降耗方(fang)面考慮，選(xuan)擇DN50口徑的(de)🐅流量計也(ye)☀️是可以的(de)，綜上，選擇(ze)DN40口徑和DN50口(kou)徑的渦街(jie)🔆流量計都(dou)能滿足要(yao)求。
　　操作溫(wen)度爲48.9℃，沒有(you)特殊性，選(xuan)擇普通的(de)渦街流量(liang)計即可；根(gen)據🌂現場情(qing)況，流量計(ji)爲露天安(an)裝，防護等(deng)級選擇IP65即(ji)可；根據♍《爆(bao)炸危險環(huan)境電力裝(zhuang)置設計規(gui)範》GB50058-2014，各介質(zhi)💋所在組别(bie)屬于危險(xian)物😘料，見表(biao)2.因此儀表(biao)防爆标志(zhi)選擇ExiaIICT4Gb即能(neng)滿足要求(qiu)。根據項目(mu)統一要求(qiu)輸📱出信号(hao)選擇爲4~20mA+HART。

　　至(zhi)此，渦街流(liu)量計的選(xuan)型已經完(wan)成，但考慮(lü)到熱解❄️氣(qi)中焦油的(de)存在，選擇(ze)渦街流量(liang)計時，需要(yao)注意：1不能(neng)選用因⭕爲(wei)技術需要(yao)而在渦街(jie)流量計中(zhong)設計了小(xiao)孔結構的(de)流量計，因(yin)👨‍❤️‍👨爲焦油有(you)可能堵塞(sai)這些孔，從(cong)而失去其(qi)原有的作(zuo)用；2焦油🌐有(you)可能附着(zhe)在漩渦㊙️發(fa)生體上，從(cong)而改變其(qi)結構，影響(xiang)測量精度(du)，因此需要(yao)采用帶防(fang)粘附作用(yong)的發生體(ti)，另外考慮(lü)到熱解氣(qi)中焦油🌂含(han)量較小，且(qie)由🏃‍♂️于漩渦(wo)的存在，其(qi)有剝離附(fu)着發生體(ti)上的焦油(you)作用，因此(ci)認爲對流(liu)量精度的(de)影響較小(xiao)。
4結語
　　目前(qian)項目已經(jing)開車成功(gong)，渦街流量(liang)計現場使(shi)用效果特(te)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻别好🌐，在整(zheng)個實驗過(guo)程中，都能(neng)很好的測(ce)出熱解氣(qi)🍓的流量。現(xian)場的使用(yong)結果表明(ming)，在發生體(ti)帶防粘附(fu)作🚶用情況(kuang)下，低含量(liang)的焦油對(dui)流量計的(de)測量精度(du)影響不大(da)。目前化工(gong)廠常用的(de)流量☂️計節(jie)流裝置孔(kong)闆等，其受(shou)流體物性(xing)影響大，量(liang)程💚比一般(ban)隻有3:1，且容(rong)易出現☔堵(du)塞，直管段(duan)要求甚至(zhi)高達50倍管(guan)🏒徑，另💚外導(dao)壓系統還(hai)容易出現(xian)洩露。渦街(jie)流量計因(yin)其儀表系(xi)數與流體(ti)特性無關(guan)（氣液通用(yong)）、精💔度✍️高、寬(kuan)量程比和(he)低壓損等(deng)優點，是🐇節(jie)流裝置的(de)理想替代(dai)🍓品，但隻有(you)正确設計(ji)、正确選型(xing)以及正确(que)安裝的條(tiao)件下才能(neng)發揮其應(ying)有的作用(yong)。

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