摘要：渦街流量計(jì)是現(xiàn)代石油化工生產(chǎn)中測(cè)量流量的重要工具之一。簡(jiǎn)述了渦街流量計(jì)的測(cè)量原理，詳細(xì)闡述了解決渦街流量計(jì)選型的注意事項(xiàng)，提出了儀表選型、安裝、管理與維護(hù)的建議。
目前，渦街流量計(jì)不同品牌之間的性能差距較大，根據(jù)市場(chǎng)調(diào)研與用戶反饋，以艾默生和橫河為代表的品牌，是為大家公認(rèn)使用情況較好的產(chǎn)品。然而即使是渦街流量計(jì)產(chǎn)品，在現(xiàn)場(chǎng)遇到流量范圍偏離、流量波動(dòng)較大、配管與安裝情況較差、流量信號(hào)微弱以及現(xiàn)場(chǎng)干擾情況惡劣等不良工況條件，依舊會(huì)出現(xiàn)大量使用失敗的情形，且該問題非常普遍，也影響著用戶對(duì)于渦街流量計(jì)的態(tài)度，并逐漸在業(yè)內(nèi)形成：“渦街流量計(jì)僅能在液體、蒸汽上使用”的評(píng)價(jià)。
為了保證在項(xiàng)目中能夠使用到真正好用的產(chǎn)品，避免投運(yùn)和后期維護(hù)時(shí)的麻煩，選用渦街的核心原則是：更強(qiáng)的抗振能力，更寬的量程比，更可靠的接液材質(zhì)，更持久的傳感器壽命，更優(yōu)秀的現(xiàn)場(chǎng)配管安裝適應(yīng)能力。文章簡(jiǎn)述了渦街流量計(jì)的測(cè)量原理，詳細(xì)闡述了解決渦街流量計(jì)選型的注意事項(xiàng)，提供了儀表的選型、安裝、管理與維護(hù)的建議。
1.渦街流量計(jì)的工作原理
渦街流量計(jì)的工作原理（見圖1）是在流體中插入一物體時(shí)，流體流動(dòng)受到影響，在障礙物后的兩側(cè)就會(huì)交替分離釋放出兩列旋渦，在下游形成互相平行的２個(gè)旋渦流。障礙物就是旋渦發(fā)生體，它可以是梯形柱、三棱柱體或者圓柱體等。一般情況下，物體后面產(chǎn)生的渦列是不穩(wěn)定的，當(dāng)渦列的間距Ｈ和旋渦的距離L滿足H/L＝0.281時(shí)，渦列達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，此渦列稱為卡門渦街。卡門渦街旋渦的發(fā)放頻率ｆ與流體的流速以及發(fā)放體的特征尺寸d（即發(fā)放體的寬度）的關(guān)系見式（1）。
ƒ＝St*ʋ/d（1）
式中:ƒ為渦街發(fā)生頻率，Hz;St為斯特勞哈爾數(shù)，為無量綱數(shù)，與旋渦發(fā)生體及雷諾數(shù)有關(guān);ʋ為流速，m/s;d為發(fā)生體迎面寬度。
在雷諾數(shù)一定范圍內(nèi)，St是恒定的，d是固定的，因此ƒ與ʋ成正比，通過傳感器可檢測(cè)出ƒ，即可求出流速ʋ。通過ʋ可以求出流體的體積流量，進(jìn)而又可以求出流體的質(zhì)量流量。
2渦街流量計(jì)選擇的原則
2.1抗振能力選擇
渦街流量計(jì)用不好的關(guān)鍵原因是抗振能力弱，從而導(dǎo)致測(cè)量下限不足，在現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)諸如“零點(diǎn)不.干凈、小流量不指示”等問題，因此選擇渦街流量計(jì)時(shí)，要選擇抗振能力強(qiáng)的渦街流量計(jì)。工信部2016年發(fā)布并實(shí)施的《石油化工自動(dòng)化儀表設(shè)計(jì)選型規(guī)范》(SH/T3005-2016)中指出:“當(dāng)選用渦街流量計(jì)時(shí)，測(cè)量振動(dòng)場(chǎng)合的流體流量應(yīng)選用抗振型渦街流量計(jì)，其抗振強(qiáng)度不宜低于2g”。因此無論是在設(shè)計(jì)院的選型數(shù)據(jù)表還是在招標(biāo)技術(shù)要求中，應(yīng)該對(duì)抗振能力提出明確的要求，最好要求制造商提供“抗振型渦街流量計(jì)型式批準(zhǔn)證明文件”。如果由于現(xiàn)實(shí)原因，導(dǎo)致具備官方認(rèn)證的抗振型渦街流量計(jì)生產(chǎn)商數(shù)量沒有達(dá)到招標(biāo)要求時(shí)，可參考企業(yè)自身或者同行業(yè)以往的渦街流量計(jì)使用情況，甄選出1到2家抗振能力尚可的合格供應(yīng)商并邀請(qǐng)其參與競(jìng)標(biāo)。
2.2量程比選擇
渦街流量計(jì)是1種數(shù)字式儀表，根據(jù)數(shù)字原理的特性，實(shí)際流量一旦低于渦街流量計(jì)測(cè)量下限，并非是精度下降，而是示值直接歸零，無法顯示流量的基本趨勢(shì);或者當(dāng)實(shí)際流量高于上限時(shí)，出現(xiàn)可怕的“倒走現(xiàn)象”，現(xiàn)場(chǎng)指示甚至遠(yuǎn)低于實(shí)際流量，流量趨勢(shì)出現(xiàn)完全相反的狀況，造成控制回路.崩潰，甚至傳感器、渦街發(fā)生體斷裂的危險(xiǎn)。正因?yàn)闇u街流量計(jì)的這種特性，在選用時(shí)必須要對(duì)其量程比做出要求，要求渦街流量計(jì)的量程比至少要在30:1以上(企業(yè)也可以在儀表計(jì)算書中體現(xiàn)更大的量程比)。該要求的目的是為應(yīng)對(duì)工藝參數(shù)與實(shí)際投運(yùn)工況參數(shù)嚴(yán)重不吻合，或者生產(chǎn)過程中的流量大范圍波動(dòng)以及后期流量的調(diào)整，只有選用比較寬泛的量程比，才能在渦街流量計(jì)選型時(shí)將.上述3種情況涵蓋其中，留足量程余量，使得現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的流量變化范圍一直在渦街流量計(jì)的正常測(cè)量范圍當(dāng)中
2.3傳感器材質(zhì)選擇
要想選好渦街傳感器，需要知道渦街流量計(jì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。渦街流量計(jì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖見圖2。
當(dāng)介質(zhì)流過渦街發(fā)生體產(chǎn)生卡門渦街后，其后部的測(cè)量傳感器受到漩渦的渦街升力，進(jìn)而測(cè)得渦街發(fā)生頻率，計(jì)算出介質(zhì)流量,。
目前市場(chǎng)中在用的比較主流的傳感器大都是應(yīng)力式或電容式。應(yīng)力式傳感器的傳感器結(jié)構(gòu)示意圖見圖3.
由于壓電陶瓷本身的性質(zhì)，如果其裸露在介質(zhì)中，很容易被高速的卡門渦街折斷，因此其外面都會(huì)設(shè)置一層金屬外保護(hù)殼。如何金屬外保護(hù)殼很厚，會(huì)影響渦街升力傳導(dǎo)至壓電陶瓷的信號(hào);如果金屬外保護(hù)殼太薄，則很難起到保護(hù)效果，因此金.屬外保護(hù)殼應(yīng)該選用強(qiáng)度高的材質(zhì)。
眾所周知，物體的質(zhì)量越大，慣性就越大，所以傳感器質(zhì)量越大越容易受到外界振動(dòng)的干擾，使其難以區(qū)分正常的渦街升力和外界振動(dòng)干擾。因此傳感器外殼應(yīng)該選擇質(zhì)量輕強(qiáng)度高的材質(zhì)。
2.4縮頸選擇
對(duì)于設(shè)計(jì)單位而言，絕大多數(shù)工藝管道專業(yè)在選擇管道口徑時(shí)，為了免除管道設(shè)計(jì)偏小而出現(xiàn)的無法挽回的問題與責(zé)任，往往都會(huì)將管道設(shè)計(jì)偏大。這種情況會(huì)導(dǎo)致自控專業(yè)在流量計(jì)選型時(shí)頻繁面臨縮徑問題，尤其對(duì)于渦街流量計(jì)而言，流速偏.低可能直接導(dǎo)致無指示，最終無法有效顯示流量趨勢(shì)。因此渦街流量計(jì)在選型時(shí)，企業(yè)要依據(jù)自身的工藝特點(diǎn)及現(xiàn)場(chǎng)布置環(huán)境兼顧廠家的安裝建議，選用合適的縮徑產(chǎn)品。
隨著儀表技術(shù)的不斷發(fā)展，不同的渦街流量計(jì).廠家在縮徑方面的技術(shù)開始出現(xiàn)較大的差異化。較傳統(tǒng)的縮徑方式(見圖4)，有的廠家開發(fā)出了可內(nèi)縮一檔、兩檔的產(chǎn)品，也有可以無極數(shù)限制無限內(nèi)縮的產(chǎn)品，或者僅需大小頭，無需變徑直管段的產(chǎn)品(見圖5)。
從圖4和圖5可以看出，儀表內(nèi)部縮頸在配管成本、配管安裝的復(fù)雜程度、后期的更換以及維護(hù)成本上具有優(yōu)勢(shì)，可以為用戶節(jié)省大筆材料、人工和時(shí)間成本，因此企業(yè)應(yīng)根據(jù)裝置實(shí)際情況選擇合適的內(nèi)縮頸產(chǎn)品。
3結(jié)束語
渦街流量計(jì)優(yōu)點(diǎn)很多，如壓力損失小、整體結(jié)構(gòu)堅(jiān)固無可動(dòng)部件、維護(hù)量小、測(cè)量精度高等。但任何儀表都得在合適的工況下才能發(fā)揮其應(yīng)有的作用。因此要對(duì)渦街流量計(jì)的性能、特點(diǎn)進(jìn)行全面深入的了解，這樣才能使渦街流量計(jì)成為石油化工測(cè)量中的助手。
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