摘要：渦(wō)街流量計 因(yīn)其儀表系數(shu)與流體特性(xìng)無關、精度高(gao)、寬量程比和(hé)低壓損等優(yōu)點，在化工領(lǐng)域的應用越(yue)來越廣。以熱(re)解分級煉制(zhi)新工藝對煤(méi)及液化殘渣(zha)進行煉制利(li)用中☁️的産品(pǐn)👅之一熱解氣(qi)爲🈲例，介紹渦(wō)街流量計的(de)選型設計。
　　我(wo)國低階煤資(zī)源儲藏豐富(fu)，占可采儲量(liàng)40?以上。然而它(tā)的高效利用(yòng)一直是業内(nei)努力攻克的(de)難題。低階煤(mei)含水量高，熱(rè)值低，機械強(qiáng)度低，化學穩(wěn)定性差。采🐅用(yong)熱解☁️分級煉(lian)制新工藝對(duì)煤👣及液化殘(can)渣進行煉制(zhì)利用，在溫和(he)的條件下對(dui)原料進行加(jia)⚽工處理，分步(bù)驟地将其中(zhōng)有用的成🐆分(fèn)充分提取出(chū)來，得到的☔産(chǎn)品之一爲熱(rè)解氣，去除焦(jiāo)油後的熱解(jie)氣組成見表(biǎo)1，采用渦🈚街流(liú)量計對其進(jìn)行測量。

1渦街(jie)流量計概述(shu)
　　渦街流量計(jì)是20世紀70年代(dai)發展起來的(de)一種新型流(liú)量儀表，80年代(dài)制定了渦街(jie)流量計專業(ye)标準（ZBN12008-1989)和檢測(cè)規程💛（JJG620-1989)。渦街流(liu)量🈲計目前已(yi)發展成爲主(zhu)流流量儀表(biǎo)之一，因其有(yǒu)諸多優點，吸(xī)引了國内外(wai)衆多研究者(zhě)和企業的關(guan)注。研究🔅者從(cóng)多方面對其(qí)進行深入的(de)研究：①旋渦發(fa)🐕生體的研究(jiu)[1，2+;②壓電傳感器(qi)探頭位置的(de)研究[3];③數字信(xin)号處理方法(fǎ)的研究[4];④渦街(jiē)信号檢測方(fāng)法的研究[5];⑤數(shù)值仿💔真方法(fǎ)♍的研究[6]。
　　在衆(zhōng)多流量計中(zhong)，渦街流量計(jì)的安裝、運行(hang)、維護費🌍低⚽于(yú)🍉節流式、容積(jī)式等，購置費(fei)低于容積式(shi)、質量式等，是(shì)一種實用性(xing)和💃🏻經濟性都(dou)較好的流量(liang)計，受到用戶(hu)廣🛀🏻泛歡迎🙇‍♀️。該(gai)流量計優點(dian)如下：
(1)在一定(ding)雷諾數Re範圍(wei)内（2X104~2X106)，輸出頻率(lǜ)信号不受流(liu)體物性（密度(dù)、粘度👣）和組分(fen)變化影響，即(jí)儀表系數僅(jǐn)與旋渦發生(sheng)體的形狀尺(chi)寸及管道的(de)形狀尺寸有(you)關，可以在一(yī)♊種典型🏃‍♀️介質(zhì)中校驗而适(shì)用于各種介(jiè)質。
(2)高(差壓、計(jì)比較）。
(3)量程比(bi)可達10:1或20:1，目前(qian)已有廠家在(zài)研制适用于(yu)氣體測量能(néng)達👈到80S的渦街(jiē)流量計。
(4)壓損(sǔn)小（約爲孔闆(pǎn)流量計的25%-50%)，大(dà)幅度降低能(néng)耗。
(5)結構簡單(dān)牢固，安裝維(wéi)護方便。
(6)使用(yong)範圍廣，可測(ce)量液體、氣體(ti)、蒸汽和部分(fen)混相流體。
2渦(wō)街流量計的(de)參數計算
2.1工(gong)作狀态和标(biāo)準狀态下的(de)體積流量換(huan)算
　　渦街流量(liang)計的輸出信(xin)号是與工作(zuò)狀态的體積(jī)流量成正比(bǐ)例，氣體的體(tǐ)積流量受溫(wen)度、壓力影響(xiǎng)較大，在流量(liàng)計選型時，若(ruò)提供的流量(liang)是标準狀态(tai)下🌏的體積流(liú)量或質量流(liú)量，應把它換(huàn)算成工作狀(zhuàng)态下的體積(ji)⭕流量。

　　式中，qv、qn分(fen)别爲工作狀(zhuàng)态和标準狀(zhuàng)态下的體積(ji)流量，m3/h;P、Pn分别爲(wèi)工作狀态和(he)标準狀态下(xia)的絕對壓力(lì)，PaT、Tn、分别爲工作(zuo)狀态和标準(zhun)狀态⭐下的熱(rè)力學溫度，K。
23雷(léi)諾數、壓力損(sun)失和背壓的(de)計算
　　在渦街(jie)流量計選擇(ze)流量計通徑(jìng)時，主要是對(duì)流量☂️下限㊙️值(zhi)💜進行核算雷(lei)諾數，最小雷(léi)諾數不應低(di)于下限雷諾(nuo)數👨‍❤️‍👨，即雷諾數(shù)🚶‍♀️Re≥2×104。在測量介質(zhi)爲液态時，還(hái)應檢查最小(xiao)工作壓力是(shi)否高于工作(zuo)溫度下的飽(bao)和蒸汽壓，即(ji)是否産生氣(qi)穴現象。
⑴雷諾(nuo)數Re是一個表(biao)針流體慣性(xìng)力與粘性力(li)之比的無量(liàng)綱量🌈：

式中，Q爲(wei)體積流量，m3/h;D爲(wèi)流量計内徑(jìng)，mm;v爲運動粘度(dù)，m2/s。
(2)壓力損失：選(xuan)擇流量計時(shí)，通常可能會(huì)對流量計的(de)❤️通💛徑進行适(shì)當縮小，以取(qǔ)得較大流速(sù)和合适的流(liú)♌量量程。但是(shì)如果縮徑過(guo)于嚴重，可能(néng)會導緻較大(dà)的壓力損失(shī)，能耗會增☀️加(jiā)，因此在選擇(ze)流量計的通(tong)徑時，也需要(yao)适當考慮壓(ya)力損🔴失，盡可(ke)能減小壓力(li)損失。壓力損(sǔn)失ΔP計算：
ΔP=1.1×10-5ρ?V2（3）
　　式中(zhong)，ΔP爲壓力損失(shi)，kg/m2;ρ爲流體密度(dù)，kg/m3;V爲流速，m/s。
(3)背壓(ya)：測量液體的(de)流量時，要确(que)認工藝管道(dao)的壓力對于(yú)較小的⁉️公稱(chēng)通徑而言有(yǒu)足夠大的背(bèi)壓，避免氣穴(xue)産生。流量計(jì)下遊的管道(dào)壓力應滿足(zú)。
P≥2.7ΔP+1.3P0（4）
式中，P爲流量(liang)計下遊3.5~7.5D的最(zui)小管道壓力(li)，kg/cm2（A）；P0爲液體的飽(bao)和蒸汽壓，kg/cm2。
（4）根(gen)據工藝要求(qiu)及現成安裝(zhuāng)環境選擇耐(nài)壓、耐溫等級(jí)、防護等級、防(fang)爆等級、輸出(chu)信号等。
3測量(liàng)熱解氣的渦(wō)街流量計的(de)選型設計
　　熱(rè)解氣的組分(fèn)如表1所述，其(qí)工藝參數：操(cao)作密度0.63kg/m3，運⭐動(dòng)⛷️粘度2X10_5m2/s，操作溫(wēn)度48.9℃，操作壓力(li)7.5kPa，管道DN80，最小流(liu)量50Nm3/h，正常流量(liàng)100Nm3/h，最大流量150Nm3/h，儀(yí)表測量範圍(wei)選擇0?180Nm3/h。
　　在裝置(zhì)運行的過程(cheng)中，業主可能(neng)會根據需要(yao)适當調整參(can)數，因此選擇(ze)量程比寬一(yi)些的流量計(ji)會有助于調(diào)整後的測量(liàng);另外熱解氣(qì)作爲産品之(zhi)一，其流量是(shi)驗證工藝與(yǔ)關鍵設備的(de)工程🚶‍♀️可行性(xìng)、優化工藝參(can)數的關鍵參(can)數之一，因此(cǐ)使用精度高(gao)一些🌏的流量(liàng)計也是有必(bì)要的；熱解氣(qì)的組分随着(zhe)參數的調整(zheng)也可能會發(fa)生變化，因此(ci)基于伯努利(li)😄方程原理的(de)，如 孔闆流量(liang)計 、噴嘴、 阿牛(niu)巴流量計 、德(dé)爾塔巴流量(liàng)計、 平衡流量(liàng)計 等都不能(néng)很好的測量(liang)，因爲這類流(liu)量計受流體(tǐ)物性（密度、粘(zhān)度）和組分變(biàn)化影響，且最(zuì)終的熱解氣(qi)産🌏品或多或(huò)少都有焦油(yóu)的存在，時間(jiān)長了可能堵(dǔ)塞流量計。楔(xie)形流🥰量計帶(dai)🚩有自清潔功(gōng)能，如果采用(yòng)法蘭取壓，變(bian)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻送器采用隔(gé)膜密封式變(biàn)送器，其受焦(jiāo)油的影響較(jiào)小， 楔形流量(liàng)計 計算結果(guo)分别見圖1和(hé)圖2。

　　當H/D比爲0.2時(shi)，其壓力損失(shī)達到4kPa，已經大(dà)于操作壓力(lì)的一半，此種(zhǒng)📧方案不可可(kě)取，當H/D比爲0.3時(shí)，其壓力損失(shi)爲👨‍❤️‍👨1.09kPa，可以接受(shou)，但最小流量(liàng)時差壓隻有(you)0.11Kpa，甚至正常流(liú)量時的差壓(ya)也有隻有0.45kpa，由(you)于采用的是(shì)隔膜密封式(shi)變送器，此時(shí)的精度無法(fa)保證；另一類(lei)是基于線性(xìng)連💘續方程原(yuán)理的，如渦街(jie)流量計、質量(liang)流量計等，考(kao)慮到爲一個(ge)實驗裝置，質(zhi)量流量計價(jia)格昂貴，因此(cǐ)綜合考慮介(jiè)🐪質和裝置的(de)特殊性、壓損(sun)、精度和費用(yòng)等🚩因素，選用(yong)渦街流量計(ji)測量熱解氣(qì)的流量。
由式(shi)1可得最小流(liu)量對應的工(gōng)作狀态下的(de)體積流量：

　　由(you)上述計算結(jié)果可知，當流(liú)量計縮徑至(zhi)DN40時，雷諾數即(jí)可滿足💋要求(qiu)。
按式（3）可以核(he)算下DN50和DN40口徑(jing)下的最大壓(yā)損：
DN50時：

　　從圖3可(ke)見，出流量計(ji)口徑爲DN80時，最(zuì)小流量無法(fǎ)測量；流量計(jì)口徑📞縮徑至(zhì)DN50時，最小流量(liang)可測（此時流(liu)體的雷諾數(shù)非常接♻️近2*104），但(dan)♉此時的流量(liang)精度稍微差(chà)些；流量計口(kou)徑縮徑至DN40時(shi)，最小流量可(ke)測，且精度也(ye)能得㊙️到保證(zheng)。用上述公式(shi)計算的壓損(sǔn)與軟件計算(suan)出來也基本(ben)抑制，差别來(lai)自計♈算值。如(ru)果流😄量計縮(suo)徑至DN25時，流量(liang)計的壓損已(yǐ)經達到7.6kpa，壓損(sun)較大，無法滿(mǎn)足工藝要求(qiú)。因此選擇DN40口(kǒu)徑的流量計(jì)能滿足要求(qiu)。對于DN50口徑的(de)方案，如果流(liú)量大于54Nm3/h時，流(liú)量計的⭕精度(dù)爲此款流量(liang)計的精度，
　　爲(wèi)1.0%，當流量爲50Nm3/h時(shi)，此時流量可(ke)測，隻是精度(du)稍差寫，約👅爲(wei)1.81%，但流量計的(de)壓損會小很(hen)多，從節能降(jiang)耗方面考慮(lǜ)，選擇DN50口徑的(de)⛷️流量計也是(shì)可以的，綜上(shàng)，選擇DN40口徑和(hé)DN50口徑的渦街(jie)流量計都能(néng)滿足要求🔴。
　　操(cao)作溫度爲48.9℃，沒(mei)有特殊性，選(xuǎn)擇普通的渦(wō)街流量計即(ji)可🔞；根據🐪現場(chǎng)情況，流量計(ji)爲露天安裝(zhuang)，防護等級選(xuan)擇IP65即可；根據(jù)《爆炸危險環(huan)境電力裝置(zhi)設計規範》GB50058-2014，各(gè)介質所在組(zu)别屬于危險(xiǎn)物料，見表2.因(yīn)此儀表防爆(bào)标志選擇ExiaIICT4Gb即(jí)能滿足要求(qiu)。根🔴據項目統(tǒng)一要求輸出(chu)信号選擇爲(wei)4~20mA+HART。

　　至此，渦街流(liu)量計的選型(xíng)已經完成，但(dàn)考慮到熱解(jie)氣中焦油的(de)存在，選擇渦(wō)街流量計時(shí)，需要注意：1不(bú)能選用因爲(wei)技🚩術需㊙️要而(ér)在渦街流量(liàng)計中設計了(le)小孔結構的(de)流🧑🏾‍🤝‍🧑🏼量計，因🌂爲(wèi)焦油有可能(neng)堵塞這些孔(kǒng)🌂，從而失去其(qi)原有的作用(yòng)；2焦油有可能(néng)附着在漩渦(wō)發生體上，從(cong)而改變其結(jie)構，影響測量(liàng)精度，因此需(xu)🛀要采用帶防(fang)粘附作用的(de)發生體，另外(wài)考慮到熱解(jie)氣中焦油💃🏻含(hán)量較🧑🏾‍🤝‍🧑🏼小，且由(you)于漩渦的存(cún)在，其有剝離(li)附着發生體(ti)上的焦油作(zuo)用，因此認爲(wèi)對流量精度(du)♈的影響較小(xiǎo)。
4結語
　　目前項(xiang)目已經開車(che)成功，渦街流(liú)量計現場使(shi)用效果特🌐别(bie)💰好，在⭕整個實(shi)驗過程中，都(dōu)能很好的測(ce)出熱解氣的(de)流量。現🔱場的(de)👨‍❤️‍👨使用❌結果表(biǎo)明，在發生體(ti)帶防粘附作(zuò)用情況下，低(di)含量的焦油(yóu)對流量計的(de)測量精度影(ying)響🌐不大。目前(qian)化工廠常用(yong)的流量計節(jiē)流裝置孔闆(pan)等，其受流體(tǐ)物性影響大(dà)，量程比一般(ban)隻有3:1，且容易(yi)出現🍉堵塞，直(zhí)管段要求甚(shèn)至高達50倍管(guǎn)徑，另外導壓(yā)系統還容易(yì)出現洩露。渦(wō)街🤩流量計因(yin)其儀表系數(shù)與流體特性(xing)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻無關（氣液通(tōng)用）、精度高、寬(kuān)量程比和低(di)壓損等優點(dian)，是節流裝置(zhi)的理想替代(dai)🔞品，但隻有正(zhèng)确設計、正确(que)選型以及正(zheng)确安裝的條(tiao)件下才能發(fā)揮其應有的(de)作用。

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