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摘要：介紹了渦街流量計的工作原理，并對渦街流量計的優(yōu)缺點進行了分析；其次結(jié)合采油平臺實際工況進行了流量儀表選型；并且介紹了針對渦街流量計的防振措施；最后通過計算對比分析，證明渦街流量計是一款相對節(jié)能的流量計。
0引言?
　　在工業(yè)生產(chǎn)過程中，為了有效地指導生產(chǎn)操作、監(jiān)視和控制生產(chǎn)過程，經(jīng)常需要檢測生產(chǎn)過程中各種流動介質(zhì)（如液體、氣體或蒸汽）的流量，以便為管理和控制生產(chǎn)提供依據(jù)。同時，工業(yè)生產(chǎn)的各環(huán)節(jié)之間經(jīng)常有物料的輸送，需要對它們進行精確的計量，作為經(jīng)濟核算的重要依據(jù)。所以，流量監(jiān)測在現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)過程中顯得十分重要。
1工作原理
　　渦街流量計（又稱漩渦流量計）是根據(jù)“卡門漩渦”原理研制成的一種流體振蕩式流量測量儀表�！翱ㄩT漩渦”現(xiàn)象是在流動的流體中插入一根（或多根）迎流面為非流線型柱狀物時，流體在柱狀物兩側(cè)交替地分離釋放出兩列規(guī)則的漩渦。在測量管道的流體中設(shè)置非流線型的漩渦發(fā)生體，當雷諾數(shù)達到一定值時，從漩渦發(fā)生體下游兩側(cè)交替地分離釋放出兩串規(guī)則地交錯排列的漩渦，這種漩渦稱為卡門渦街，在一定雷諾數(shù)范圍內(nèi)漩渦的分離頻率與漩渦發(fā)生體的幾何尺寸、管道的幾何尺寸有關(guān)，漩渦的頻域正比于流量，并可由各種形式的傳感器檢出[1-3]。

流量計利用卡門渦街原理如圖1所示，有如下關(guān)系式：

式中d——阻流件的寬度，m；
`U——流經(jīng)流量計的流體平均流速，m/s；
f——漩渦的頻率Hz；
Sr——斯特勞哈數(shù)(Strouhalnumber)
m——漩渦發(fā)生體兩側(cè)弓形面積與管道橫截面面積之比，對于直徑為的圓柱形漩渦發(fā)生體：

式中K——流量計的儀表系數(shù)，1/m2。
　　K除與漩渦發(fā)生體、管道的幾何尺寸有關(guān)外，還與斯特勞哈數(shù)有關(guān)。斯特勞哈數(shù)為無量綱參數(shù)，它與漩渦發(fā)生體形狀及雷諾數(shù)有關(guān)，圖2所示為三角柱狀漩渦發(fā)生體的斯特勞哈數(shù)與管道雷諾數(shù)的關(guān)系圖。由圖2可見，在46210~710DRe???范圍內(nèi)，Sr可視為常數(shù)，這是儀表正常工作范圍。

當測量氣體流量時，渦街流量計的標準體積流量計算式為

式中Vnq，Vq——標準參比條件下(C?20，101.325kPa)工況下的體積流量m3/s;
Pn，P——標準參比條件下和工況下的絕對壓力，Pa；
Tn，T——標準參比條件下和工況下的熱力學溫度，K;
Zn，Z——標準參比條件下和工況下的氣體壓縮系數(shù)；
　　由式(5)可見，渦街流量計輸出的脈沖頻率信號不受流體物性和組分變化的影響，即儀表系數(shù)在一定雷諾數(shù)范圍內(nèi)僅與漩渦發(fā)生體及管道的形狀尺寸等有關(guān)。
2優(yōu)勢與局限性
2.1優(yōu)點
1)渦街流量計結(jié)構(gòu)簡單，安裝維護方便。
2)無可移動部件，可靠性高。
3)重量輕，價格便宜，在眾多的流量計中，渦街流量計的經(jīng)濟性較好，是一種經(jīng)濟實惠的流量計。
4)適應(yīng)性強，結(jié)構(gòu)形式多種多樣，可計量多種流體介質(zhì)，如液體、氣體、高溫蒸汽、低溫液體和部分混相流體[4]。
5)在一定的雷諾數(shù)范圍，輸出頻率信號不受流體物性（密度、黏度）和組分的影響。
6)壓力損失小。
7)在一種典型介質(zhì)中校驗，而適用于各種介質(zhì)。
8)可以通過確定斯特勞哈爾數(shù)與發(fā)生體幾何參數(shù)之間的關(guān)系，來實現(xiàn)干標定。
2.2局限性
1)渦街流量計不適用于低雷諾數(shù)測量（ReD≥2×104），因此不適用于低流速，或者小口徑，或者高黏度的流體計量。
2)漩渦分離的穩(wěn)定性受流速分布畸變及旋轉(zhuǎn)流的影響。
3)除了熱敏和超聲式，其他種類的渦街流量計對管道機械振動均較敏感，不宜用于強震動場所。
4)儀表口徑不宜過大，一般口徑不超過300mm。
5)渦街流量計適用的流體比較廣泛，但不適用于臟污流體。
6)渦街流量計在混相流體中的應(yīng)用經(jīng)驗還少。
3渦街流量計的初步選型
　　渦街流量計同樣具有局限性，也有其適用范圍，因此何種工況選用渦街流量計，選用哪一類的渦街流量計，根據(jù)已經(jīng)投產(chǎn)的某油氣生產(chǎn)平臺實際工況（表1）進行了流量儀表的初步選型。

　　由表1中的工藝參數(shù)可知，管道介質(zhì)為生產(chǎn)水。它由原油處理系統(tǒng)的生產(chǎn)污水經(jīng)過斜板除油器除掉浮油后產(chǎn)生。除掉浮油后的生產(chǎn)污水進入溶氣式氣浮進一步去除污水中的小油滴。首先從管道尺寸考慮，由于管道尺寸為8*25.4=203.2mm，超出靶式流量計（15~50mm）和科氏流量計（150~200mm）的常用測量管道尺寸范圍，排除靶式、浮子流量計和科氏流量計；從壓損方面考慮，排除孔板流量計（壓損：20~50kPaG）；從安裝方式方面考慮，排除浮子流量計（需要垂直安裝）；容積式、超聲式、電磁式、渦街流量計滿足上述要求。最后從購置考慮，由于渦街流量計的購置、安裝、運行、維護費用較低的特點，因此在此選擇渦街流量計作為初步選型儀表。
4防振措施探討
　　海洋平臺本身空間比較緊湊，在較小的空間內(nèi)布置了大量的工藝和生產(chǎn)設(shè)備。一些振動源比如空氣壓縮機和泵會對渦街流量計的使用產(chǎn)生影響。在此介紹幾種減振措施[5,6]：
1）在儀表選型之初，就要確保渦街流量計安裝環(huán)境無振動或振動較小，不影響渦街流量計的正常工作；
2）抗振接頭耐壓、耐腐蝕、價格低、安裝簡單易行，可以擴大渦街流量計的使用范圍，也適用于其他減振場所，此方法在海洋平臺中的渦街流量計的選型和使用過程中值得借鑒；
3）當管道振動速度大于1g或者振動頻率達到500Hz以上時，在傳感器2倍口徑處安裝固定支撐點；
4）將渦街流量計軸向旋轉(zhuǎn)適當角度，適當調(diào)整渦街流量計觸發(fā)電平；
5）在小管徑流量測量中可以采用彈性軟管連接渦街流量計。
5渦街流量計的能耗分析
　　渦街流量計屬于阻力型流量計。它們阻礙流體的流動，使流體流經(jīng)流量計時產(chǎn)生壓力損失，從而引起輸送單位流體所用的推動功的增加，即需要多消耗能量，實際使用的流量計多為阻力型流量計。
　　不同的阻力型流量計對流體阻礙作用的大小不同，阻礙作用的大小可由壓力損失表示。阻礙作用大的引起的能耗就大，如孔板流量計、噴嘴流量計，渦街流量計次之。通常把能耗相對較小的流量計叫節(jié)能型流量計，相對于孔板、噴嘴流量計，渦街流量計能耗較小。從這三種流量計看，孔板流量計的壓損最大，通常為20~50kPa；渦街流量計最小，通常為2~15kPa。只有通過對流量計的能耗計算，才能了解每種流量計的能耗，也才能進一步比較節(jié)能型流量計節(jié)能量的大小。
5.1測量液體時壓損及能耗計算[7]
由于液體介質(zhì)可看作是不可壓縮性流體，壓力變化但密度不變。
1）用孔板時，壓損計算

5.2測量氣體時壓損及能耗分析計算
　　由于氣體具有很強的可壓縮性，經(jīng)過流量計后壓力由于損失而由P1變?yōu)镻2，這時的比容。也發(fā)生了變化，由n1變?yōu)閚2，相應(yīng)地體積流量由qn1，變?yōu)閝n2，能耗的計算按下式計算:

　　式中W—功率W；P1—壓損前流體壓力，Pa；P2—壓損后流體壓力；qn1—壓損前流體體積流量，m3/s；qn2—壓損后流體體積流量，m3/s；?h—電機和風機效率。
　　若把氣體看作理想氣體，通過流量計的過程看作絕熱過程，則由工程熱力學可知：
P2=P1-△W(10)
壓損仍由式（6），式（8）計算。


5.3舉例計算
　　由表3和表4中的渦街流量計和孔板流量計在不同工況下的壓損和能耗對比可知，渦街流量計有相對較小的壓損和能耗，在孔板流量計和渦街流量計同時適用的工況下優(yōu)先選用渦街流量計。
6結(jié)束語
　　渦街流量計的工作原理和優(yōu)點與局限性的基礎(chǔ)上，結(jié)合海洋生產(chǎn)平臺實際工況進行了選型并提出了具體防振措施。最后，介紹了一種壓損與能耗的計算方法，并通過與孔板流量計的對比，證明渦街流量計是一款相對節(jié)能的流量計。

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