摘要:渦街流量計(jì)是速度式流量計(jì),具有溫壓補(bǔ)償、瞬時(shí)流量顯示和累積流量積算功能。選用儀表類型時(shí)要考慮應(yīng)用場(chǎng)合、精度要求和儀表功能等因素。該文介紹渦街流量計(jì)的正確安裝和維護(hù)及其在使用過程中常見故障現(xiàn)象和處理方法。
0引言
渦街流量計(jì)是速度式流量計(jì)之一,主要用于工業(yè)管道介質(zhì)流體的流量測(cè)量，如液體、氣體、蒸氣等單相流滿管介質(zhì)的測(cè)量。有模擬量標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)或數(shù)字量脈沖信號(hào)輸出，智能流量顯示儀,具有溫壓補(bǔ)償、瞬時(shí)流量顯示和累積流量積算功能。便于計(jì)算機(jī)等數(shù)字系統(tǒng)配套使用，是一種理想的流量儀表。
1渦街流量計(jì)的工作原理
渦街流量計(jì)是由漩渦發(fā)生體、頻率檢測(cè)器和信號(hào)轉(zhuǎn)換器等環(huán)節(jié)組成，輸出4~20mADC信號(hào)或脈沖電壓信號(hào)。其測(cè)量原理是在流動(dòng)的流體中的垂直流動(dòng)方向安放1根或多根非流體型阻流體，在一定的流量范圍內(nèi)，流體在阻流體兩側(cè)交替地分離、釋放出2串頻率正比于管道內(nèi)的平均流速、規(guī)則的、不對(duì)稱有規(guī)律的交替漩渦列，如圖1所示,且兩側(cè)漩渦旋轉(zhuǎn)方向相反[1]采用檢測(cè)元件測(cè)出漩渦頻率就可以推算出流體的流量。
假設(shè)被測(cè)介質(zhì)的平均流速為ʋ,旋渦的發(fā)生頻率為ƒ,旋渦發(fā)生體迎面寬度為d,-側(cè)漩渦產(chǎn)生的頻率ƒ與ʋ和d之間有如下關(guān)系式:
式中:Sr是雷諾數(shù)的函數(shù)，在ReD=2x104~7x106范圍內(nèi),氣體5~50m/s;液體0.5~7m/s,當(dāng)旋渦發(fā)生體的形狀和尺寸一定時(shí),S,可視為常數(shù)，渦街頻率與體積流量成比例關(guān)系，不受流體物理性質(zhì)和組份變化的影響。
渦街流量計(jì)可以測(cè)量單相流狀態(tài)下的液體、氣體和蒸汽的流量，在混相流體狀態(tài)時(shí),流量計(jì)是不能作出測(cè)量的。
2渦街流量計(jì)的選用
渦街流量計(jì)按傳感器分為法蘭式、夾持式和插入式。選型時(shí)優(yōu)先考慮法蘭式,其次是夾持式。原因是夾持式和插入式流量計(jì)的精度受安裝影響較大.不規(guī)范的安裝將產(chǎn)生很大的測(cè)量誤差E。無需做控制和計(jì)量的場(chǎng)合,可以選用插入式渦街流量計(jì)。
渦街流量計(jì)有一體式和分體式兩種類型,在高溫環(huán)境或高空或井中安裝的場(chǎng)合,為了改善儀表的工作環(huán)境或方便儀表的檢修選用分體式儀表。采用一體式儀表時(shí)，安裝點(diǎn)周圍應(yīng)該留有較充裕的空間，以便安裝接線和定期維護(hù)。
3渦街流量計(jì)的溫壓補(bǔ)償
氣體是可壓縮流體,當(dāng)溫度和壓力變化時(shí),其體積量將隨之改變。氣體流量測(cè)量時(shí)均要求流量計(jì)輸出標(biāo)準(zhǔn)體積流量或質(zhì)量流量，而渦街流量計(jì)只能測(cè).量出工況下的體積流量,所以渦街流量計(jì)測(cè)量--般氣體或蒸汽時(shí)儀表選型一定要考慮溫壓補(bǔ)償功能。通過溫壓補(bǔ)償可以將工況體積流量轉(zhuǎn)換為質(zhì)量流量[4]或標(biāo)況體積流量。測(cè)量一般氣體時(shí)，補(bǔ)償原理是.根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)氣體狀態(tài)方程式:
式中:P0,P1分別為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下和工況下的絕對(duì)壓力(Pa);T0.T1分別為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下和工況下的熱力學(xué)溫度(K);V0,V1分別為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下和工況下的氣體體積。
測(cè)量蒸汽時(shí),不能使用標(biāo)準(zhǔn)氣體狀態(tài)方程式,飽和蒸氣只需壓力或溫度補(bǔ)償。一般有以下兩種補(bǔ)償方式:
一是當(dāng)渦街流量計(jì)傳感器無內(nèi)置壓力、溫度檢測(cè)元件時(shí)，只能在儀表內(nèi)部做靜態(tài)補(bǔ)償,就是輸入固定的溫度和壓力值用于補(bǔ)償。此方法只適用于溫度壓力變化不大的場(chǎng)所。渦街流量計(jì)傳感器有內(nèi)置壓力和溫度檢測(cè)元件時(shí)，儀表根據(jù)所測(cè)溫度和壓力判斷蒸汽狀態(tài)是屬于飽和蒸氣還是過熱蒸汽，由儀表內(nèi)部存儲(chǔ)的蒸汽數(shù)據(jù)庫自動(dòng)計(jì)算質(zhì)量流量。
二是采用蒸汽流量積算儀,將渦街流量計(jì)所測(cè)工況體積流量以及溫度和壓力變送器所測(cè)信號(hào)傳到蒸汽流量積算儀，如圖2所示由蒸汽流量積算儀進(jìn)行補(bǔ)償運(yùn)算。蒸汽流量積算儀內(nèi)置過熱蒸汽以及飽和蒸氣補(bǔ)償算法，可以輸出質(zhì)量流量、標(biāo)準(zhǔn)體積流量甚至熱量和比焓等。
4渦街流量計(jì)的安裝
渦街流量計(jì)的正確安裝是保障儀表正常運(yùn)行的重要環(huán)節(jié),若安裝不正確，輕則影響儀表的測(cè)量精度,重則影響儀表的使用壽命,甚至?xí)䲟p壞儀表。渦街流量計(jì)的安裝管道要避免高溫?zé)嵩春洼椛湓吹挠绊懀惭b場(chǎng)所須有隔熱通風(fēng)措施,避開強(qiáng)腐蝕環(huán)境。為了消除電干擾，現(xiàn)場(chǎng)布線要與高壓線、電源線和電力設(shè)備保持足夠的距離。
渦街流量計(jì)盡量避免安裝在震動(dòng)較強(qiáng)的管道上,特別是橫向震動(dòng);流量計(jì)盡量避免安裝在架空而.過長的管道.上，導(dǎo)致流量計(jì)下垂,造成法蘭的密封泄漏;若必須在上述兩種情況下安裝,需在傳感器的上下游2D處分別設(shè)置管道緊固裝置并加防震墊。
渦街流量計(jì)安裝在室外應(yīng)注意防水，電氣接口處應(yīng)將電纜線彎成U形，避免水順著電纜線進(jìn)入儀表殼內(nèi)。渦街流量計(jì)安裝點(diǎn)的上游較近處若安裝有不斷開關(guān)的閥門，會(huì)影響流量計(jì)的使用壽命，易對(duì)流量計(jì)造成永久性損壞。
渦街流量計(jì)的口徑如果與工藝管道相同,不能滿足流量儀表要求時(shí)，或者在此流速下測(cè)量精度不能保證時(shí)，需要縮小儀表口徑，從而提高管內(nèi)流速，保證測(cè)量精度。上下游必須有足夠的直管段，若傳感器安裝點(diǎn)的上游在同一平面上有2個(gè)90°彎頭時(shí),上游直管段≥25D,下游直管段≥5D。根據(jù)測(cè)量的需要,需在渦街流量計(jì)附近測(cè)量壓力和溫度時(shí)，測(cè)壓點(diǎn)應(yīng)在傳感器下游的(3~5)D處，測(cè)溫點(diǎn)應(yīng)在傳感器下游的(6~8)D處,如圖3所示。
5渦街流量計(jì)的維護(hù)與故障處理
渦街流量計(jì)無可動(dòng)部件，所以在正常使用情況下，維護(hù)工作量較少。在儀表投用的初始階段,要求液體流量緩慢增加，以免損壞儀表的渦街發(fā)生體。
5.1渦街流量計(jì)的維護(hù)
日常維護(hù)的任務(wù)是:密切關(guān)注渦街流量計(jì)顯示板的低電池指示燈,如有閃光現(xiàn)象應(yīng)盡快更換內(nèi)部電池;定期檢查屏蔽和接地情況，消除外界干擾.有時(shí)指示問題是由于受到干擾造成的;定期清洗渦街流量計(jì)的探頭,探頭檢測(cè)孔如果被污物堵塞,會(huì)影響正常測(cè)量。
5.2渦街流量計(jì)的故障現(xiàn)象與處理
現(xiàn)象1:計(jì)量不準(zhǔn)。處理方法:檢查儀表K系數(shù)或口徑等關(guān)鍵參數(shù)設(shè)置;檢查測(cè)量氣體或蒸汽時(shí)補(bǔ)償方式或參數(shù)是否正確;檢查流量計(jì)安裝時(shí)墊片是否同心或伸入管道等等。
現(xiàn)象2:傳感器損壞。處理方法:在蒸汽測(cè)量中,99%的渦街流量計(jì)傳感器損壞原因是因?yàn)樗N，為避免水錘的產(chǎn)生需在工藝管線增加疏水器;檢查傳感器材質(zhì)選擇是否正確，介質(zhì)是否腐蝕儀表傳感器;檢查傳感器工作溫度是否大于額定值。.
6結(jié)語
渦街流量計(jì)采用微功耗高新技術(shù)，采用鋰電池供電,可不間斷運(yùn)行2年以上;可就地顯示瞬時(shí)流量、累積流量等。渦街流量計(jì)廣泛適用于化工、石油、冶金、電力、煤炭等領(lǐng)域。只有在正確選型、正確安裝和正.確維護(hù)下才能保證其發(fā)揮應(yīng)有的作用。
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