摘要渦(wō)街流量(liang)計 因其(qi)儀表系(xì)數與流(liu)體特性(xing)無關、精(jing)度高、寬(kuān)量程比(bǐ)和低壓(ya)🤞損等優(you)點，在化(hua)工領域(yù)的應用(yòng)越來越(yue)廣。以熱(re)解✌️分級(jí)🈲煉制新(xīn)工藝對(dui)煤及液(ye)化殘渣(zhā)進行煉(liàn)制利用(yòng)中的産(chan)品之一(yi)熱解氣(qi)爲例，介(jiè)紹渦街(jie)流量計(jì)的選型(xíng)設計。
　　我(wǒ)國低階(jie)煤資源(yuán)儲藏豐(fēng)富，占可(ke)采儲量(liang)40%以上。然(rán)而它的(de)高效利(lì)💘用一直(zhí)是業内(nèi)努力攻(gōng)克的難(nan)題。低階(jiē)♊煤含⚽水(shuǐ)量高，熱(re)值低，機(ji)械強度(dù)低，化學(xué)穩定性(xing)差。爲此(cǐ)，北京低(dī)碳清潔(jié)能源研(yán)究所承(cheng)擔國家(jiā)高技術(shù)研究發(fa)展計劃(huà)項目課(ke)題“煤分(fen)級煉制(zhi)清潔燃(rán)料關鍵(jiàn)技術研(yan)究”，采用(yong)熱解分(fèn)級煉制(zhi)新工藝(yi)對煤及(ji)液化✏️殘(can)渣進行(hang)煉制🏃‍♂️利(li)用，在溫(wen)和的📧條(tiáo)件下對(duì)原料進(jìn)行加工(gong)處理，分(fèn)步驟地(dì)将其中(zhong)有用的(de)成分充(chōng)分提取(qu)出來，得(de)到的産(chan)品之一(yi)爲熱解(jiě)氣，去除(chu)焦油後(hou)的熱解(jie)氣組成(chéng)見表1，本(běn)工程中(zhong)采用渦(wo)街流量(liang)計對其(qí)進行測(cè)量。

1渦街(jiē)流量計(jì)概述
　　渦(wō)街流量(liàng)計是20世(shi)紀70年代(dai)發展起(qi)來的一(yī)種新型(xing)流量儀(yí)表，80年👌代(dai)⭕制定了(le)渦街流(liu)量計專(zhuan)業标準(zhun)(ZBN12008－1989)和檢測(ce)規程(JJG620－1989)。渦(wo)街流量(liang)計目前(qián)已發展(zhǎn)成爲主(zhǔ)流流量(liang)儀表之(zhī)一，因其(qi)有諸多(duō)優點，吸(xi)引了國(guó)内外衆(zhong)多研究(jiu)者和企(qǐ)業的關(guān)注。研究(jiū)者從多(duō)方面對(dui)其進行(hang)深入的(de)研究:①旋(xuan)渦發生(shēng)體的研(yán)究［1，2］;②壓電(dian)傳感器(qi)探頭位(wei)置的研(yán)究［3］;③數字(zi)信号處(chù)理方法(fǎ)的研究(jiū)［4］;④渦街信(xin)号檢測(ce)方🔴法的(de)研究［5］;⑤數(shù)值仿🌈真(zhēn)方法的(de)研究［6］
　　在(zai)衆多流(liú)量計中(zhong)，渦街流(liú)量計的(de)安裝、運(yùn)行、維護(hù)費低📞于(yú)節流式(shi)、容積式(shi)等，購置(zhi)費低于(yú)容積式(shi)、質量式(shì)等，是一(yī)種❄️實用(yong)性和經(jīng)濟性都(dou)較好的(de)流量計(ji)，受到用(yong)戶廣泛(fan)歡迎🈚。該(gāi)流量計(jì)優點如(ru)下:
(1)在一(yī)定雷諾(nuo)數Ｒe範圍(wei)内(2×104～2×106)，輸出(chu)頻率信(xin)号不受(shou)流體物(wu)性🧡(密度(dù)💔、粘度)和(hé)組分變(bian)化影響(xiǎng)，即儀表(biǎo)系數僅(jin)與旋渦(wō)發生體(tǐ)的形狀(zhuang)尺寸及(jí)管道的(de)形狀尺(chǐ)寸有關(guān)，可以在(zài)一🛀種典(dian)型介質(zhi)中校驗(yàn)而🤞适用(yong)于各種(zhong)介質。
(2)精(jing)度較高(gao)(與差壓(ya)式、浮子(zǐ)式流量(liàng)計比較(jiào))。
(3)量程比(bi)可達10∶1或(huò)20∶1，目前已(yǐ)有廠家(jia)在研制(zhì)适用于(yu)氣體測(cè)量能達(da)到80∶1的渦(wo)街流量(liang)計。
(4)壓損(sun)小(約爲(wèi)孔闆流(liu)量計的(de)25%～50%)，大幅度(dù)降低能(néng)耗。
(5)結構(gòu)簡單牢(láo)固，安裝(zhuang)維護方(fāng)便。
(6)使用(yòng)範圍廣(guǎng)，可測量(liang)液體、氣(qì)體、蒸汽(qì)和部分(fen)混相流(liu)體。
2渦街(jiē)流量計(jì)的參數(shù)計算
2.1工(gōng)作狀态(tài)和标準(zhun)狀态下(xia)的體積(ji)流量換(huàn)算
　　渦街(jiē)流量計(jì)的輸出(chū)信号是(shi)與工作(zuò)狀态的(de)體積流(liú)量成正(zhèng)比例，氣(qì)體的體(ti)積流量(liang)受溫度(dù)、壓力影(ying)響較大(da)，在流量(liang)計選☀️型(xing)時，若提(tí)供的流(liú)量是标(biāo)準狀态(tài)下的體(ti)積流量(liàng)或質量(liang)流量，應(ying)把🐅它換(huan)算成工(gong)作狀态(tai)😍下的體(tǐ)積流量(liàng)。
qV=qn(PnTZ/PTnZn)?????? (1)
式中，qV、qn分(fen)别爲工(gong)作狀态(tài)和标準(zhun)狀态下(xia)的體積(jī)流量，m3/h;P、Pn分(fen)🔆别爲工(gong)作狀态(tai)和标準(zhun)狀态下(xia)14的絕對(duì)壓力，Pa;T、Tn分(fen)别爲工(gong)作狀态(tai)和标準(zhǔn)狀态下(xia)的熱力(li)學溫度(du)，K。
2.2雷諾數(shù)、壓力損(sǔn)失和背(bèi)壓的計(ji)算
　　在渦(wo)街流量(liàng)計選擇(zé)流量計(ji)通徑時(shí)，主要是(shi)對流量(liàng)下限☂️值(zhí)進行核(he)算雷諾(nuò)數，最小(xiao)雷諾數(shu)不應低(di)于下☂️限(xiàn)雷♉諾數(shu)🔴，即雷諾(nuo)數🧡Ｒe≥2×104。在測(cè)量介質(zhi)爲液态(tai)時，還應(ying)檢查最(zui)小工作(zuò)壓力是(shi)否高于(yú)工作溫(wen)度下的(de)飽和蒸(zhēng)🙇‍♀️汽壓，即(jí)是💞否産(chan)生氣😘穴(xué)現象。
(1)雷(léi)諾數Ｒe是(shì)一個表(biao)針流體(tǐ)慣性力(li)與粘性(xìng)力之比(bǐ)的無量(liang)綱量:

式(shì)中，Q爲體(ti)積流量(liàng)，m3/h;D爲流量(liang)計内徑(jing)，mm;v爲運動(dong)粘度，m2/s。
(2)壓(yā)力損失(shī):選擇流(liú)量計時(shi)，通常可(kě)能會對(dui)流量計(ji)的通徑(jìng)進行适(shi)當縮小(xiao)，以取得(de)較大的(de)流速和(he)合适的(de)流量量(liàng)程。但是(shi)如果縮(suō)徑過于(yú)嚴重，可(kě)能會導(dao)緻較大(dà)的壓💔力(lì)損失，能(neng)耗會增(zeng)加，因㊙️此(cǐ)在選擇(ze)流量計(ji)的通徑(jing)時，也需(xu)要适當(dāng)考慮壓(yā)力損失(shi)，盡可能(néng)減小壓(ya)力損失(shī)。壓力損(sun)失△P計算(suàn):
△P=1.1×10－5ρ·V2　　　　　　　(3)
式中，△P爲(wèi)壓力損(sun)失，kg/m2;ρ爲流(liu)體密度(dù)，kg/m3;V爲流速(sù)，m/s。
(3)背壓:測(ce)量液體(ti)的流量(liàng)時，要确(què)認工藝(yì)管道的(de)壓力🔆對(dui)于較小(xiǎo)㊙️的公稱(cheng)通徑而(er)言有足(zu)夠大的(de)背壓，避(bì)免氣穴(xue)☁️産生。流(liú)量🌐計下(xia)遊的管(guan)道壓力(lì)應滿足(zu):
P≥2.7△P+1.3P0(4)
式中，P爲(wèi)流量計(jì)下遊3.5～7.5D的(de)最小管(guǎn)道壓力(lì)，kg/cm2(A);P0爲液體(ti)的飽和(hé)蒸汽壓(ya)，kg/cm2。
（4）根據工(gōng)藝要求(qiu)及現場(chang)安裝環(huán)境選擇(ze)耐壓、耐(nài)溫等級(ji)、防護等(deng)級、防爆(bào)等級、輸(shu)出信号(hào)等。
3測量(liang)熱解氣(qi)的渦街(jiē)流量計(jì)的選型(xíng)設計
　　熱(rè)解氣的(de)組分如(rú)表1所述(shu)，其工藝(yì)參數:操(cāo)作密度(du)0.63kg/m3，運☔動粘(zhan)🤩度2×10－5m2/s，操作(zuò)溫度48.9℃，操(cāo)作壓力(li)7.5kPa，管道DN80，最(zuì)小流量(liang)50Nm3/h，正常流(liu)量100Nm3/h，最大(dà)流量150Nm3/h，儀(yí)表測量(liang)範圍選(xuǎn)擇0～180Nm3/h。
　　因爲(wei)本裝置(zhi)爲試驗(yàn)裝置，在(zài)裝置運(yùn)行的過(guo)程中，業(yè)主可能(neng)會根據(ju)需要适(shì)當調整(zheng)參數，因(yin)此選關(guān)鍵設備(bei)的工程(cheng)可行性(xing)、優化工(gōng)藝參數(shù)的關鍵(jian)參數之(zhi)一，因此(cǐ)使用精(jīng)度高一(yi)些的流(liu)量計也(ye)是有必(bi)要的;熱(re)🔴解氣的(de)組㊙️分随(sui)着參數(shù)的調整(zhěng)🥰也可能(néng)會發生(shēng)變化♋，因(yin)此基于(yu)伯努利(lì)方程原(yuan)理的，如(ru)孔闆、噴(pen)嘴、阿牛(niu)巴、德爾(er)塔巴、平(píng)衡式等(deng)都不能(néng)很好的(de)測量，因(yīn)爲這類(lei)流量計(jì)受流體(ti)物性(密(mì)度、粘度(du))和組分(fèn)變化影(yǐng)響，且最(zuì)終的熱(re)解氣産(chǎn)品或多(duō)或少都(dōu)有焦油(yóu)💃的存在(zai)，時間長(zhǎng)了可能(neng)堵塞流(liú)量計。楔(xiē)式流量(liàng)計帶自(zi)清潔的(de)功能，如(rú)果采用(yòng)法蘭取(qǔ)壓，變送(song)器采用(yong)隔膜密(mì)封式變(bian)送器，其(qí)受焦油(yóu)的影響(xiang)較小，楔(xie)式流量(liàng)計的計(ji)算結果(guo)分别見(jiàn)圖1和圖(tú)2。


　　當H/D比爲(wèi)0.2時，其壓(yā)力損失(shī)達到4kPa，已(yǐ)經大于(yú)操作壓(yā)力的一(yī)半，此種(zhong)方案不(bu)可取，當(dāng)H/D比爲0.3時(shi)，其壓力(lì)損失爲(wèi)1.09kPa，可以接(jie)受，但最(zuì)小流量(liang)時的差(cha)壓隻有(yǒu)0.11kPa，甚至正(zheng)常流量(liang)時的差(cha)壓也隻(zhī)有0.45kPa，由于(yú)采用的(de)是隔膜(mó)密封式(shi)變送⛷️器(qi)，此時的(de)精度無(wú)法保證(zheng);另一類(lèi)是基于(yu)線性連(lian)續方程(chéng)原理的(de)，如渦街(jiē)流量計(ji)、質量流(liu)量計等(děng)，考慮到(dao)本裝置(zhì)爲一個(ge)實驗裝(zhuāng)置，質量(liàng)⁉️流量計(jì)價格昂(ang)貴，因💯此(ci)綜合考(kǎo)慮介質(zhì)和裝置(zhì)的特殊(shū)性、壓損(sǔn)、精度和(hé)費🤩用等(děng)因素，選(xuan)用渦街(jiē)🚶流量計(jì)測量熱(rè)解氣🏃‍♂️的(de)流量。
由(you)式(1)可得(dé)最小流(liu)量對應(yīng)的工作(zuo)狀态下(xià)的體積(ji)流量💋:

由(yóu)上述計(ji)算結果(guo)可知，當(dang)流量計(jì)縮徑至(zhi)DN40時，雷諾(nuò)數即可(ke)滿足要(yao)求。
按式(shi)(3)可以核(he)算下DN50和(hé)DN40口徑下(xià)的最大(dà)壓損:
DN50時(shi):
△P=1.1×10－5×0.63×262=4.7×10－3kg/m2=0.46kPaDN40時:
△P=1.1×10－5×0.63×402=11.1×10－3kg/m2=1.09kPa
利用(yong)橫河公(gōng)司計算(suan)軟件計(jì)算出來(lái)的結果(guǒ)見圖3。

　　從圖(tu)3可見，出(chu)流量計(jì)口徑爲(wèi)DN80時，最小(xiao)流量無(wú)法測量(liàng);流量計(jì)口徑縮(suo)徑至DN50時(shí)，最小流(liu)量可測(ce)(此時流(liu)體的雷(léi)諾數非(fēi)常接近(jìn)2×104)，但此時(shi)的測量(liàng)精度稍(shao)微差些(xie);流量計(ji)口徑縮(suō)徑至DN40時(shi)，最小流(liu)量可測(ce)，且精度(dù)也能得(de)到保證(zheng)。用♉上述(shù)公式計(ji)算的壓(yā)損與軟(ruǎn)件計算(suàn)出來的(de)也基本(ben)一緻，差(chà)别來自(zì)計算時(shí)流速及(ji)流量計(ji)口徑均(jun)采用的(de)⁉️是估算(suan)值。如果(guǒ)流⛹🏻‍♀️量計(ji)縮徑至(zhì)DN25時，流量(liàng)計的壓(yā)損已經(jing)達到7.6kPa，壓(ya)損較大(da)，無法滿(mǎn)足工藝(yi)要求。因(yin)此選擇(ze)DN40口徑的(de)流✔️量計(ji)能滿足(zu)要求。對(dui)于DN50口徑(jìng)的方案(àn)，如果流(liú)量大于(yú)54Nm3/h時😄，流量(liàng)計🈲的精(jing)度爲此(ci)款流量(liang)計的精(jīng)度，爲1.0%，當(dāng)流⭐量爲(wèi)50Nm3/h時，此時(shí)流量可(ke)測🔞，隻是(shì)精度❓稍(shāo)差些，約(yuē)爲1.81%，但流(liú)量計的(de)壓損會(huì)小很多(duo)，從節能(néng)降耗方(fāng)面考慮(lǜ)，選擇DN50口(kou)徑的流(liu)量計也(ye)是可以(yi)的。綜上(shang)，選擇DN40和(he)DN50口徑的(de)渦街流(liu)量計都(dōu)能滿足(zu)要求。
　　操(cāo)作溫度(dù)爲48.9℃，沒有(you)特殊性(xìng)，選擇普(pǔ)通的渦(wō)街流量(liang)計即可(kě);根據現(xiàn)場情況(kuang)，流量計(jì)爲露天(tiān)安裝，防(fáng)護等級(ji)㊙️選擇IP65即(ji)可;根據(jù)《爆炸危(wei)險環境(jing)電力裝(zhuang)置設計(jì)規範》GB50058－2014，本(ben)裝置中(zhong)各介質(zhì)所在組(zu)别屬于(yu)危險物(wù)料，見表(biao)2。因此儀(yi)表的防(fáng)爆标志(zhi)👈選擇ExiaⅡCT4Gb即(jí)能🐇滿足(zu)要求⛷️。根(gēn)據項目(mu)統一要(yao)求輸出(chu)信号選(xuan)擇爲4～20mA+HAＲT。

　　至(zhi)此，渦街(jiē)流量計(ji)的選型(xing)已完成(cheng)，但考慮(lǜ)到熱解(jiě)氣中💯焦(jiāo)油的存(cún)在，選擇(ze)渦街流(liú)量計時(shí)，需要注(zhù)意:①不能(neng)選用因(yīn)爲技術(shù)需要而(er)在🈲渦街(jie)流量計(jì)中設計(ji)了小⭐孔(kǒng)結構的(de)流量計(jì)，因爲焦(jiāo)油有可(kě)能堵🌏塞(sai)這些孔(kǒng)，從而失(shī)去其原(yuan)有的作(zuo)用;②焦油(you)有可能(néng)附着在(zai)旋渦發(fā)㊙️生體上(shang)，從而改(gǎi)變其結(jié)構，影響(xiǎng)測量精(jing)度，因此(cǐ)需要采(cai)用帶防(fang)粘附作(zuò)用的發(fā)生體，另(lìng)外考慮(lǜ)到熱🎯解(jie)氣中焦(jiao)油的含(hán)量較小(xiǎo)，且由于(yú)旋渦的(de)存在，其(qi)有剝離(li)附💛着在(zai)發生體(ti)上的❄️焦(jiāo)油的作(zuò)用，因此(ci)認爲其(qi)對測量(liang)精度的(de)影響比(bǐ)較小。
4結(jié)語
　　目前(qián)項目已(yǐ)經開車(che)成功，渦(wō)街流量(liàng)計現場(chang)使用效(xiào)果📐特🈲别(bié)好，在整(zhěng)個實驗(yan)的過程(chéng)中，都能(neng)很準确(que)地測出(chu)熱解氣(qi)的流量(liàng)，深受業(ye)主好評(ping)。現場的(de)使用結(jié)果表明(ming)，在發生(shēng)體帶防(fáng)粘👣附作(zuò)用❄️的情(qíng)況下，低(di)含量的(de)焦油對(dui)流量計(jì)的測量(liang)精度影(ying)響不大(da)。目前化(hua)工廠常(chang)用的流(liu)量計節(jiē)流裝置(zhi)(孔闆等(deng))，其受流(liu)體物性(xing)影響大(da)，量程比(bi)一般隻(zhi)有3:1，且容(rong)易出現(xiàn)堵塞，直(zhí)管段要(yao)求甚至(zhi)高達50倍(bei)管徑，另(lìng)外🐉導壓(yā)系統🌐還(hai)容易出(chu)現洩漏(lou)。渦街流(liú)量計因(yin)其儀表(biao)系數與(yǔ)流體特(tè)性無關(guān)(氣液通(tōng)用)、精度(dù)高、寬量(liàng)程比和(hé)低🔱壓損(sun)等優點(diǎn)，是節流(liú)裝置的(de)理想替(tì)代品，但(dan)隻有正(zhèng)确設計(ji)、正确選(xuan)型以🍓及(jí)正确安(ān)裝的條(tiáo)件下才(cai)能發揮(hui)其應有(you)的作用(yòng)。

以上内(nèi)容來源(yuan)于網絡(luò)，如有侵(qin)權請聯(lián)系即删(shān)除!