工業用渦街流量計應用關鍵環節的控制

 在石油化工生產中，對液體、氣體及氣液混相流體的流量進行測量和控制是實現生產過程自動化的重要組成部分。渦街流量計自20世紀70年代在石油化工企業應用以來，因其量程寬、無可動部件、運行可靠、維護簡單、壓力損失小、具有一定的計量精度，特別是它的測量與介質的密度、粘度等物性參數無關，而受到普遍歡迎，成為通用的流量計。筆者在長期的儀表安裝工作中體會到，有時由于渦街流量計的選型和安裝這些關鍵環節把握不當，易造成流量測量系統的先天誤差。
                              1 流量測量
                             
                        渦街流量計是基于卡門渦街原理制成的一種流體振蕩流量計，它是在流體中安放一根（或多根）非流線型阻流體，流體在阻流體兩側交替地分離釋放出兩串規則的旋渦，在一定的流量范圍內旋渦分離頻率正比于管道內的平均流速，采用檢測元件測出旋渦頻率，計算出流體的流量。
                             
                        渦街流量計具有7特點：（1）輸出為脈沖頻率，其頻率與被測流體的實際體積流量成正比，適用于總量計量，無零點漂移，它不受流體組分、密度、壓力、溫度的影響；（2）測量范圍寬，一般范圍度可達10：1或20：1；（3）度為中上水平，一般為測量值的±1%～±2%；（4）無可動部件，可靠性高；（5）結構簡單牢固，安裝方便，維護費較低；（6）壓損小，約為孔板流量計的1/4~1/2；（7）應用范圍廣泛，可適用液體、氣體、蒸氣和部分混相流體。
                              2 選型與安裝
                              2.1 選型
                             
                        用戶提供的工藝參數要準確，工藝條件要清楚，否則容易造成流量測量的誤差。要明確4個工藝參數：（1）流體名稱、組分；（2）工作狀態的zui大、常用、zui小流量；（3）zui高、常用、zui低工作壓力和工作溫度；（4）工作狀態介質的粘度。
                             
                        渦街流量計不適用于測量雷諾數（Re）低于2x104的流體[1]。低雷諾數時儀表線性度變差，流體粘度高會顯著影響甚至阻礙旋渦的產生，選型的一個限制條件是不能使用于界限雷諾數之下，在高牯度、低流速、小口徑情況下應用受到限制。與渦輪流量計相比儀表系數較低，分辨率低，口徑愈大愈低，一般滿管式流量計用于DN300以下。
                             
                        渦街流量計適用的流體比較廣泛，但對于流體的臟污程度要引起注意，含固體微粒的流體對旋渦發生體的沖刷會產生噪聲，磨損旋渦發生體，含有的短纖維纏繞在旋渦發生體上將改變儀表系數。
                             
                        渦街流量計在脈動流、混相流中尚欠缺理論研究和實踐經驗。在混相流體中的應用不好把握，一般可用于含分散、均勻的微小氣泡，但容積含氣率應小于7%～10%的氣、液兩相流，若超出2%就應對儀表系數進行修正。可用于含分散、均勻的固體微粒，含量不大于2%的氣固、液固兩相流。可用于互不溶解的液液（如油和水）兩組分流等。脈動流和旋轉流會對渦街流量計產生嚴重影響。如果脈動頻率與渦街頻率頻帶合拍可能引起諧振破壞正常工作和設備，渦街流量計的正常工作的脈動閾值尚待試驗確定。20世紀80年代以來國內外流量測量工作者已對渦街流量計在混相流、脈動流中的應用開展許多試驗研究，標準化組織（ISO）已發布的技術報告中亦關注這方面內容。
                             
                        關注了工藝參數和工藝條件后，渦街流量計公稱直徑的選擇也很重要。首先應考慮工藝管道與渦街流量計公稱直徑應盡量一致。同時還應進行流量或流速的驗算，使實際流量落在傳感器的測量范圍內，并在測量上限的30%～70%之間。但常常有這樣的情況，一些工藝管道小流量用大管道、大流量用小管道，低于儀表的下限或超出上限值，這時就要根據實際流量選擇渦街流量計公稱直徑，采用收縮管或擴大管的方法保證使流量在測量上限的30%～70%之間，并應連接異形管并配置必要長度的直管段。
                              2.2 安裝
                             
                        渦街流量計的正確合理安裝是其使用中獲取可靠數據的保證。渦街流量計屬于對管道流速分布畸變、旋轉流和流動脈動等敏感的流量計，因此，對現場管道安裝條件應充分重視。流量儀表的管道安裝影響一直受到國內外的重視．有關部門一直在進行各阻流件如彎管、異徑管、閥門等產生的流動流速分布畸變和旋轉流流量測量影響的研究，為減少或消除它們影響的方法和設備例如流動整直器、流動調整器等的研究開發也一直在繼續，有些成果被標準或國家標準采納。日本標準JIS
                        8766-1989《渦街流量計流量測量方法》的解說部分，列出了渦街流量計安裝在附近有彎管、異徑管、閘閥管線上時，使用流動整直器前后的影響示例，對渦街流量計安裝具有借鑒意義。
                             
                        渦街流量計可安裝在室內或室外，其傳感器在管道上可以水平、垂直或傾斜安裝，但測量液體和氣體時為防止氣泡和液滴的干擾，安裝位置要注意加以調整，例如適當調整直管段在管線上的水平高度。
                             
                        渦街流量計必須保證上、下游直管段有必要的長度，在各種資料中數據有差異，其原因可能是，旋渦發生體尚未標準化，形狀尺寸的差異有多少影響尚待驗證；對各類阻流件必要的直管段長度試驗研究尚不夠，即還不成熟，對比節流式差壓流量計，這方面工作還處于初始階段，因此有些廠家給出的直管段長度為了保險起見長度較大。在實踐中可以摸索著適當減小直管段的長度，例如，經過實驗用于高壓注水的場合，其上游的直管段取10D，下游取4D就可以獲得良好的計量精度，這比要求的直管段短了許多。
                             
                        減小振動對渦街流量計的影響應該作為渦街流量計現場安裝的一個突出問題來關注。首先在選擇傳感器安裝場所時盡量注意避開振動源。其次采用彈性軟管連接在小口徑中可以考慮。第三，加裝管道支撐物是有效的減振方法。前后直管段和流動調整器等與傳感器成套安裝是保證獲得高度測量的一個措施，特別這些裝配在制造廠進行更能保證安裝的質量。
                             
                        渦街流量計投入使用前進行現場調整也是安裝工作的一部分，要現場對傳感器的增益、靈敏度進行調整，使其達到*的工作狀態。調整時用示波器觀察脈沖波形，在無流量和下限流量兩種情況下反復調整靈敏度和增益電位器，達到無流量時無脈沖，小流量時有脈沖，使波形頻率較穩定，隨流量變化而變化。允許有小量的噪聲信號。調整完后應注意對電位器進行漆封以避免調整后的變動。
                              3 結束語
                             
                        渦街流量計由于采用*的檢測原理，具有較*的性能，只要在選型和安裝中不斷總結經驗，努力把握其應用中的關鍵環節，就能提高流量計量準確性，保證石油化工生產的順利進行。