摘要(yao):渦街流量計(jì) 是現代石油(yóu)化工行業中(zhong)測量流量的(de)重要工具之(zhi)一;簡💋述了渦(wo)街流量計的(de)測量原理和(he)主要優點，提(tí)供了渦街流(liu)量🥵計的選型(xing)、安裝、使用和(hé)維護的建議(yì);通過規範設(she)計、合理選型(xíng)、正确的安裝(zhuang)和維護，讓渦(wo)街流量計在(zai)石油化🌍工行(háng)業中發揮更(geng)大的作用。
　　渦(wō)街流量計(VortexStreetFlowmeter，簡(jian)稱VSF)自20世紀70年(nian)代在工業上(shang)應用以來，由(you)😄于它⛱️具有一(yī)些突出的特(tè)點，受到用戶(hù)歡迎，并得到(dào)迅速發⁉️展。但(dan)在實踐中經(jing)常會出現一(yī)些預料不到(dào)的問題，這就(jiù)是用戶對渦(wō)街流量計存(cun)在一些疑慮(lǜ)的的原因，它(tā)亟需🏃探索解(jiě)決。
1渦街流量(liang)計的測量原(yuán)理
　　在流體中(zhong)設置旋渦發(fa)生體(阻流體(ti))，從旋渦發生(sheng)體兩側交💋替(tì)地産生有規(gui)則的旋渦，這(zhè)種旋渦稱爲(wèi)卡曼渦‼️街，如(rú)圖1所示。
 
　　旋渦(wō)列在旋渦發(fa)生體下遊非(fei)對稱地排列(liè)。設旋渦的發(fa)生頻率爲f，被(bei)測介質來流(liú)的平均速度(du)爲U，旋渦發生(sheng)體迎面寬度(dù)爲🚶‍♀️d，表體通徑(jing)爲D，根據卡曼(màn)渦街原🌏理，有(yǒu)如下關系式(shi):
 
式中:
U1———旋渦發(fā)生體兩側平(ping)均流速，m/s
Sr———斯特(te)勞哈爾數;
m———旋(xuan)渦發生體兩(liang)側弓形面積(ji)與管道橫截(jie)面面積之比(bi)
 
管道内體積(ji)流量qv爲:
qv=πD2U/4=πD2mdf/4Sr(2)
K=f/qv=［πD2md/4Sr］-1(3)
式中(zhong):K———流量計的儀(yí)表系數，脈沖(chong)數/m3(P/m3)
　　K除與旋渦(wo)發生體、管道(dao)的幾何尺寸(cun)有關外，還與(yu)斯特勞哈爾(er)✊數有關。斯特(tè)勞哈爾數爲(wèi)無量綱參數(shu)，它與旋渦發(fa)生體形狀及(ji)雷諾數有關(guan)。
 
　　圖2所示爲圓(yuán)柱狀旋渦發(fā)生體的斯特(te)勞哈爾數與(yu)管道❤️雷📐諾數(shù)的關系圖。由(yóu)圖2可見，在ReD=2×104～7×106範(fàn)圍内，Sr可視爲(wèi)常數，這是儀(yi)表正常☁️工作(zuo)範圍。當測量(liang)氣體流量時(shi)，渦街流量計(ji)的流量計🔴算(suan)式爲:
 
式中:qVn，qV———标(biāo)準狀态下(0℃或(huò)20℃，101.325kPa)和工況下的(de)體積流量，m3/h
Pn，P———标(biao)準狀态下和(he)工況下的絕(jue)對壓力，Pa
Tn，T———标準(zhun)狀态下和工(gong)況下的熱力(li)學溫度，K
Zn，Z———标準(zhǔn)狀态下和工(gong)況下氣體壓(yā)縮系數
　　由式(shì)(4)可見，渦街流(liú)量計輸出的(de)脈沖頻率信(xìn)号不受🙇🏻流體(ti)物性⛱️和組分(fen)變化的影響(xiǎng)，即儀表系數(shu)在一定雷諾(nuò)數範圍内僅(jin)與旋渦發生(sheng)體及管道的(de)形狀尺寸等(deng)有關。但是🌏作(zuo)爲流量計在(zai)物料平衡及(ji)能源計量中(zhōng)需檢測質量(liang)流🐪量，這時流(liú)✏️量計的輸出(chu)信号應同時(shí)監測體積流(liú)量和流體密(mi)度，流體物性(xing)和組分🌍對流(liu)量計量💚還是(shi)有直接影響(xiǎng)的。
2渦街流量(liàng)計的主要優(yōu)點
(1)渦街流量(liàng)計結構簡單(dan)，安裝維護方(fang)便(與節流式(shi)差👌壓🔞流量計(ji)相⛹🏻‍♀️比較，不需(xu)要導壓管和(he)三閥組等，在(zài)設計過⛷️程中(zhōng)🙇🏻無需考慮🚶伴(ban)熱💰、密閉排放(fang)以及引壓所(suǒ)需要考慮的(de)一系列問題(ti));
(2)輸出爲脈沖(chong)頻率，其頻率(lü)與被測量流(liú)體的實際體(tǐ)積流量成正(zhèng)比，它不受流(liú)體組分、密度(du)、壓力、溫度的(de)影響;
(3)量程比(bi)寬，可達10∶1或20∶1(适(shì)用于工藝介(jie)質流量變化(huà)範圍較大);
(4)壓(ya)損小(約爲孔(kong)闆流量計1/4～1/2)，無(wú)可動部件，可(ke)靠性高;
(5)精度(dù)爲中上水平(píng)，可适用液體(tǐ)、氣體和蒸汽(qi)。
3渦街流量計(ji)的選型
　　根據(jù)SH3005－1999《石油化工自(zi)動化儀表選(xuǎn)型設計規範(fan)》中規定渦街(jiē)流♌量計的選(xuan)用，應符合下(xia)列規定［2］:
(1)潔淨(jing)氣體、蒸汽和(hé)液體的流量(liàng)測量。
(2)低流速(su)及粘度大于(yú)20mPa·s液體的測量(liàng)，不宜采用渦(wo)街流量計。
在(zai)工程設計中(zhōng)宜考慮下列(liè)情況:
(1)一般液(ye)體平均流速(sù)下限爲0.5m/s，氣體(ti)爲4～5m/s。渦街流量(liang)計的正常❤️流(liú)📱量最好在正(zheng)常測量範圍(wei)的1/2～2/3處。
(2)液體适(shì)合于雷諾數(shù)20000以上，氣體和(hé)蒸汽适合于(yú)15000以上。
(3)口徑不(bú)宜過大，大口(kou)徑儀表系數(shu)較低，頻率分(fèn)辨率🎯低，口徑(jing)愈大愈低。
(4)介(jiè)質溫度不宜(yí)過高，影響電(diàn)子元件的使(shi)用壽命。
(5)脈動(dòng)流和旋轉流(liu)、兩相流的情(qing)況不适合使(shǐ)用渦街流量(liàng)計❗。
(6)儀表縮徑(jing)不宜過大，縮(suō)徑将流速提(ti)高，同時也增(zeng)加了📞阻力和(he)背壓，容易出(chu)現空穴現象(xiàng)。4
4.渦街流量計(jì)的安裝
4.1渦街(jie)流量計的安(ān)裝要求
根據(ju)SH/T3104－2000《石油化工儀(yí)表安裝設計(jì)規範》中規定(dìng)渦街流❓量計(jì)的安裝要求(qiu)如下:
(1)測量液(ye)體時渦街流(liú)量計應安裝(zhuang)于被測介質(zhì)完全充滿的(de)管道上。
(2)渦街(jiē)流量計在水(shuǐ)平敷設的管(guan)道上安裝時(shí)，應充分考慮(lü)介質溫度對(dui)變送器的影(ying)響。
(3)渦街流量(liang)計在垂直管(guan)道上安裝時(shí)，應符合以下(xià)規定:
①測量氣(qi)體時，流體可(kě)取任意流向(xiang)
②測量液體時(shi)，液體應自下(xia)而向上流動(dòng)。
(4)渦街流量計(jì)下遊應具有(yǒu)不小于5D(流量(liang)計直徑)的直(zhi)管段長度，渦(wo)街流量計上(shang)遊直管段長(zhang)度應符合以(yǐ)下規定:
①當工(gong)藝管道直徑(jìng)大于儀表直(zhí)徑(D)需縮徑時(shi)，不小于15D;
②當工(gong)藝管道直徑(jing)小于儀表直(zhí)徑(D)需擴徑時(shí)，不小于👉18D;
③流量(liàng)計前具有一(yi)個90°彎頭或三(sān)通時，不小于(yú)20D;
④流量計前具(ju)有在同一平(ping)面内的連續(xù)兩個90°彎頭時(shi)，不小于☁️40D;
⑤流量(liàng)計前具有不(bú)同平面内的(de)連接兩個90°彎(wān)頭時，不小于(yu)40D;
⑥流量計裝于(yu)調節閥下遊(yóu)時，不小于50D;
⑦流(liú)量計前裝有(yǒu)不小于2D長度(du)的整流器，整(zheng)流器前應有(you)2D，整流器後應(yīng)有不小于8D的(de)直管段長度(du)。
(5)被測液體中(zhōng)可能出現氣(qi)體時，應安裝(zhuang)除氣器。
(6)渦街(jiē)流量計應安(ān)裝于不會引(yǐn)起液體産生(sheng)氣化的位置(zhi)。
(7)渦街流量計(jì)前後直管段(duan)内徑與流量(liàng)計内徑的偏(piān)差應不🧑🏽‍🤝‍🧑🏻大于(yú)3%。
(8)對有可能損(sun)壞檢測元件(jian)(旋渦發生體(ti))的場所，管道(dao)安裝的渦🏃🏻街(jie)流量計應加(jia)前後截止閥(fa)和旁路閥，插(chā)入式🎯渦街流(liu)量計應安裝(zhuāng)切斷球閥。
(9)渦(wō)街流量計不(bú)宜安裝在有(yǒu)震動的場所(suo)。
4.2渦街流量計(jì)的安裝要求(qiu)
　　根據GB50093－2002《自動化(hua)儀表工程施(shi)工及驗收規(guī)範》中規定渦(wo)街♻️流🐪量計的(de)安裝要求如(rú)下:
　　渦街流量(liàng)計信号線應(ying)使用屏蔽線(xian)，上下遊直管(guǎn)段的長度應(yīng)📧符合設計文(wen)件要求，放大(dà)器與流量計(jì)分☀️開安裝時(shi)，兩者之間的(de)距✔️離不應超(chao)過20m。
在工程設(she)計中宜考慮(lü)下列情況:
(1)垂(chuí)直安裝時，向(xiang)上流動的流(liú)體能夠确保(bǎo)儀表總是滿(man)管，且介質中(zhong)的固态成分(fen)能夠均勻分(fen)布。
(2)水平安裝(zhuāng)時，液體避免(mian)U型安裝方式(shi)，氣體避免倒(dao)U型安裝方式(shì)。不同廠家的(de)産品分體安(an)裝有不同的(de)參考溫度，還(hai)有的廠家帶(dai)散熱片。
(3)在設(shè)計過程中應(yīng)根據上遊情(qing)況具體要求(qiu)每台渦街流(liú)量計🚶的直管(guǎn)段。
(4)渦街流量(liang)計對安裝點(dian)上下遊配管(guǎn)的直徑偏差(chà)和同軸度等(deng)有相應要求(qiu)，配管内徑d與(yu)儀表的通徑(jìng)D相同，滿足0.95d≤D≤1.1d。配(pèi)管與流量計(ji)同心，同軸度(du)應小于0.05D。流量(liang)計與法蘭😍之(zhī)間的密封墊(nian)不能凸入管(guǎn)道内，其内徑(jìng)可比流量計(ji)内徑略大。
(5)當(dāng)需要将實測(ce)壓力和溫度(du)信号用于補(bu)償質量流量(liang)或标準流量(liang)時，在渦街流(liú)量計下遊安(ān)裝壓力(下遊(you)4D)和溫度變送(sòng)🔅器(下遊6D)。
(6)當管(guan)道振動時，應(ying)加裝支撐物(wu)對管道進行(háng)固定。(7)避免㊙️電(dian)㊙️磁幹擾，應考(kao)慮儀表等電(dian)位接地。
5渦街(jiē)流量計的使(shi)用和維護
　　在(zai)使用渦街流(liú)量計過程中(zhong)可能出現以(yǐ)下問題:①指示(shi)🛀🏻長期不準;②始(shi)終無指示;③小(xiǎo)流量時無指(zhi)示;④大流量時(shi)指示還可以(yi)，小流量時指(zhǐ)示不準;⑤儀表(biao)K系數無法确(què)定。
總結引起(qǐ)這些問題的(de)主要原因，主(zhu)要涉及到以(yi)下方面:
(1)選型(xing)方面的問題(ti)。有些渦街傳(chuan)感器在口徑(jing)選型上或者(zhe)🙇‍♀️在設計✂️選型(xing)之後由于工(gōng)藝條件變動(dong)，使得選擇大(da)㊙️了—個規格，實(shí)際選型應選(xuan)擇盡可能小(xiǎo)的口徑❤️，以提(tí)高測量精度(dù)，這方面的原(yuan)因主要同問(wèn)題①、②、③、④有關💰。例如(rú)，一條渦街管(guan)線設計上供(gòng)💁幾個設備使(shǐ)用，由于工藝(yi)部分設備有(yǒu)時候不使用(yong)，造成目前實(shí)際使用流量(liang)減小，實際使(shǐ)用造成原設(she)計選型口徑(jing)過大，相當于(yu)提高了可測(cè)的流量下限(xiàn)，工藝💘管道小(xiao)流量時指示(shì)無法保證，流(liú)量大時還可(kě)以使用。宜使(shǐ)用縮徑型渦(wō)街流量計。(2)安(an)裝方面的問(wen)題。主要是傳(chuan)感器前🌐面的(de)直管段長度(du)不夠，影響測(ce)量精度，這方(fang)面的原因主(zhu)要同問題①有(yǒu)關。例如:當傳(chuan)感器前面直(zhi)管段明顯不(bu)足，用于控制(zhi)時精度下降(jiàng)🔅，用于計量時(shí)誤差較大。應(yīng)使用整流器(qì)。
(3)工藝參數的(de)問題。由于參(can)數錯誤，導緻(zhi)儀表指示有(you)🌈誤.這方面的(de)原因主要同(tong)問題①有關。應(yīng)與工藝系統(tǒng)專業協商，對(duì)選型參數進(jin)行核實。由于(yú)理論工況與(yu)實際工況不(bu)可📞能完全一(yī)緻，故小範圍(wei)的誤差是有(you)可能的。
(4)線路(lù)連接的問題(ti)。部分回路表(biao)面上看線路(lù)連接很好，仔(zǎi)細🐆檢查⛹🏻‍♀️，有的(de)接頭實際已(yǐ)松動造成回(huí)路中斷，有的(de)接頭雖連接(jiē)很緊但緊固(gù)螺釘卻緊固(gù)在線皮上，也(ye)使♉得回路中(zhōng)斷，這🔆部分原(yuán)因主要同問(wen)題②有關。宜選(xuan)擇業🔴績好的(de)産🏒品
(5)使用環(huan)境的問題。尤(yóu)其是安裝在(zài)地井中的傳(chuán)感器部分，由(you)于❤️環境濕度(dù)大，造成線路(lu)闆受潮，這部(bu)分原因主要(yào)同問題②有關(guan)❗。應使用分體(ti)式安裝方式(shì)。
(6)K系數标定的(de)問題。K系數隻(zhī)能依據廠家(jia)提供的資料(liào)，由于廠家本(ben)身的一些變(bian)動，造成提供(gòng)的幾處資料(liào)上K系數不👣—緻(zhi)，影響了問題(tí)解決。建議供(gong)貨商提供最(zui)終的标定校(xiào)核書，并根據(jù)标定校核書(shu)對相應的儀(yí)表量程範圍(wéi)做最後修訂(ding)(最好寫到标(biāo)書中，要求标(biao)🌈定校核書随(sui)供貨清單一(yī)起發到施工(gong)現場)。
6結語
　　通(tong)過多個工程(cheng)項目的實踐(jiàn)證明，隻要對(dui)渦街流量計(jì)的性能、特🐆點(diǎn)有了全面深(shen)入的了解，有(yǒu)了應付各種(zhǒng)情況的方法(fǎ)，渦街🔴流量計(ji)一定會成爲(wei)流量測量中(zhōng)的得力助手(shǒu)😄;選用渦街流(liú)量計或其它(tā)管道式流量(liang)計，具有相當(dāng)的合理性，可(kě)以有效的減(jiǎn)少設計的工(gōng)程量和提高(gāo)整體水平。

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