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渦街流量計的原理和在飽和蒸汽測量中的應(yīng)用

用標準孔板流量計來測量飽和蒸汽流量存在一些不足之處：壓力損失較大；導壓管、三組閥及連接頭容易泄漏；量程范圍小，一般為3：1，當流量波動較大時，易造成測量值偏低。而渦街流量計結(jié)構(gòu)簡單，渦街變送器直接安裝于管道上，克服了管路泄漏現(xiàn)象；另外，渦街流量計的壓力損失小，量程范圍寬，對飽和蒸汽測量量程比達30：1。因此，渦街流量計越來越受到人們的青睞。
1、渦街流量計的測量原理
渦街流量計是應(yīng)用流體振蕩原理來測量流量的。流體在管道中經(jīng)過渦街流量計時，在三角柱旋渦發(fā)生體兩側(cè)交替產(chǎn)生規(guī)則的旋渦，這種旋渦稱為卡曼渦街，如圖圖1所示體。
設(shè)旋渦的發(fā)生頻率為f，被測介質(zhì)流動的平均速度為v，旋渦發(fā)生體迎面寬度為d，流量計表體通徑為D，根據(jù)卡曼渦街原理，有如下關(guān)系式：
f=Srv1/d=Srv/md   (1)
式中Sr---斯特勞哈爾數(shù)，無量鋼；
v1---旋渦發(fā)生體兩側(cè)平均流速，m/s；
m---旋渦發(fā)生體兩側(cè)弓形面積與管道橫截面面積之比；
v---流過旋渦發(fā)生體的流體的平均速度，m/s。
因此可知，通過測量f就可以計算出v，從而求得管道內(nèi)的體積流量：
則流量計的儀表系數(shù)：
由式（3）可以看出，在儀表的正常工作范圍內(nèi)，即Sr為常數(shù)時，儀表系數(shù)只與旋渦發(fā)生體和表體的幾何尺寸有關(guān)。
當旋渦在發(fā)生體兩側(cè)產(chǎn)生時，利用壓電傳感器測處于流體流向垂直的交變升力變化，將升力的變化轉(zhuǎn)換為電的頻率信號，再將頻率信號進行放大和整形，輸出到流量積算儀，進行累積，顯示。
2、渦街流量計在飽和蒸汽測量中的應(yīng)用
2.1 系統(tǒng)方案
根據(jù)飽和蒸汽壓力、溫度和密度相對應(yīng)的關(guān)系，只需選擇壓力或溫度其中一項來對流量進行補償計算即可。考慮蘭州石化公司煉油裝置內(nèi)的飽和蒸汽管路都較長，壓力波動較大，適宜采用壓力補償。
LUB系列渦街流量計防爆等級為ExiaⅡCT2～T4，它必須與已取得防爆合格證的本安關(guān)聯(lián)設(shè)備(防爆標志：ExiaⅡC)配套組成本安防爆系統(tǒng)。如圖2所示。
2.2 渦街流量計的選型
根據(jù)用戶提供的所測飽和蒸汽的壓力(溫度)、流量范圍、管道直徑等參數(shù)，選擇相應(yīng)規(guī)格的LUB系列渦街流量計。所測飽和蒸汽的流量范圍應(yīng)處于所選流量計的測量范圍內(nèi)，并*好處于流量計的*佳工作范圍，即流量計量程的50%～67%處。對于管道直徑與流量計內(nèi)徑不一致的，可采取縮徑或擴管的方法。
2.3 壓力補償用壓力變送器的選型
根據(jù)用戶提供的所測飽和蒸汽的壓力及壓力波動范圍，選擇適當量程的壓力變送器。
2.4 流量積算儀的參數(shù)設(shè)置
筆者選用的FC20系列流量積算儀提供了12種流量補償算法，基本可滿足各種測量介質(zhì)的流量補償計算，可顯示瞬時流量和累積流量等參數(shù)，并且可輸出標準模擬信號供控制和記錄，還提供標準工業(yè)RS-485串行通訊接口。
要使用流量積算儀的飽和蒸汽的壓力補償算法，就需要先進入流量積算儀的參數(shù)設(shè)置狀態(tài)，選擇飽和蒸汽壓力補償模式，設(shè)置流量單位為千克每小時，流量輸入模式為頻率信號，壓力輸入模式為4～20mA，然后輸入K值以及壓力上下限值。
2.5 安裝
a)渦街流量計應(yīng)盡量安裝在遠離振動源和電磁干擾較強的地方，當管道較長或有可能發(fā)生振動時，必須采用加裝管道支撐物等減振方法，減少管道受振動的影響。
b)渦街流量計對安裝點上下游直管段的*小長度要求根據(jù)現(xiàn)場情況各不相同，如圖3所示。
c)渦街流量計對安裝點上下游配管的直徑偏差和同軸度等有相應(yīng)要求，配管內(nèi)徑d與儀表的通徑D相同，滿足0.95D≤d≤1.1D；配管與流量計同心，同軸偏差應(yīng)不大于0.05D；流量計與法蘭之間的密封墊不能凸入管道內(nèi)，其內(nèi)徑可比流量計內(nèi)徑略大。
d)壓力變送器的安裝位置應(yīng)在表前1D處。
e)流量積算儀安裝在控制室。
3、結(jié)束語
渦街流量計在使用后克服了孔板流量計的諸多不足，對飽和蒸汽的測量更準確、更穩(wěn)定，維護方便。但值得注意的是，測量飽和蒸汽的流體流速不得低于5m/s，否則，流量計量值偏低。