渦街流量計(jì)主要用于工業(yè)管道介質(zhì)流體的流量測(cè)量,如氣體、液體、蒸氣等多種介質(zhì)。其特點(diǎn)是壓力損失小,量程范圍大,精度佳,在測(cè)量工況體積流量時(shí)幾乎不受流體密度、壓力、溫度、粘度等參數(shù)的影響。無(wú)可動(dòng)機(jī)械零件,因此可靠性高,維護(hù)量小。儀表參數(shù)能長(zhǎng)期穩(wěn)定。渦街流量計(jì)采用壓電應(yīng)力式傳感器,可靠性高,可在-20e~+250e的工作溫度范圍內(nèi)工作。有模擬標(biāo)準(zhǔn)信號(hào),也有數(shù)字脈沖信號(hào)輸出,容易與計(jì)算機(jī)等數(shù)字系統(tǒng)配套使用,是一種理想的計(jì)量?jī)x器。筆者從事計(jì)量工作多年,總結(jié)出渦街流量計(jì)在實(shí)際計(jì)量過(guò)程中的一些經(jīng)驗(yàn),希望能與同行進(jìn)行探討。
1 影響因素
渦街流量計(jì)的工作原理是在流體中設(shè)置旋渦發(fā)生體,從而發(fā)生體兩側(cè)交替地產(chǎn)生有規(guī)則的旋渦,旋渦列在旋渦發(fā)生體下游非對(duì)稱地排列,產(chǎn)生一定的頻率,通過(guò)公式f=St*v/(1-1127d/D)*d,(St為斯特勞哈爾數(shù),為無(wú)量綱數(shù),與旋渦發(fā)生體及雷諾數(shù)有關(guān);v為流速;d為發(fā)生體迎面寬度;D為公稱通徑)即可得出流速。
一般的來(lái)說(shuō),渦街流量計(jì)輸出信號(hào)(頻率)不受流體物性和組分變化的影響,是指儀表系數(shù)僅與旋渦發(fā)生體形狀和尺寸以及雷諾數(shù)有關(guān)。它的優(yōu)點(diǎn)是:結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單牢固,安裝維護(hù)方便;適用多種類流體,液、氣、蒸汽及部分混合相皆適用;精度較高,一般達(dá)?1%R左右;流量范圍寬,可達(dá)10:1或20:1或更大;壓頭損失小;無(wú)零點(diǎn)飄移;價(jià)格相對(duì)便宜;缺點(diǎn)是:不適于低雷諾數(shù)Re<20000的情況,對(duì)高粘度、低流速、小口徑的使用有限制;對(duì)環(huán)境的要求較高,應(yīng)盡量杜絕有振動(dòng)的場(chǎng)所,且上游側(cè)需要有較長(zhǎng)的直管段;儀表系數(shù)較低,口徑愈大愈低。信號(hào)分辨率降低,故口徑不宜過(guò)大,一般應(yīng)用于DN15~DN300。渦街流量計(jì)在測(cè)量飽和蒸汽(以飽和蒸汽為例)質(zhì)量流量時(shí),因壓力波動(dòng)、干度變化、振動(dòng)、差壓過(guò)大等因素影響著渦街流量計(jì)正確的計(jì)量。
2 存在的問(wèn)題分析
工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)常用質(zhì)量流量作為測(cè)量蒸汽的流量的依據(jù),公式如下:
Qm=Qvρ
式中: ρ流體的密度,kg/m3;
Qm質(zhì)量流量,kg/h;
Qv體積流量,m3/h。
由上式可知,質(zhì)量流量與密度有關(guān),也就受壓力、溫度、流體種類、干度、流速等因素的影響,這幾種因素直接影響流量值的正確測(cè)量。
2.1 干度變化
渦街流量計(jì)在測(cè)量飽和蒸汽時(shí),要求飽和蒸汽干度不低于85%。但現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況時(shí)飽和蒸汽干度在鍋爐內(nèi)就小于100%,而經(jīng)管道傳送一段距離后,會(huì)出現(xiàn)干度低于85%現(xiàn)象,它使測(cè)量值下降。
2.2 壓力變化大
在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)壓力經(jīng)常發(fā)生波動(dòng),壓力波動(dòng)則影響飽和蒸汽密度。在壓力低于或高于標(biāo)定值時(shí),直接影響質(zhì)量流量值偏高或偏低。
2.3 管道及流量計(jì)振動(dòng)
管道及流量計(jì)加固不好,或流量計(jì)靠近電動(dòng)機(jī)。當(dāng)電機(jī)工作產(chǎn)生振動(dòng)時(shí),通過(guò)地板或墻體傳到與其固定的蒸汽管道上,振動(dòng)會(huì)對(duì)渦街流量計(jì)產(chǎn)生干擾,使流量計(jì)測(cè)量值偏高或造成流量誤判斷。
2.4 流量計(jì)出口側(cè)通向大氣
在渦街流量計(jì)出口側(cè)通向大氣,會(huì)出現(xiàn)前后壓差過(guò)大現(xiàn)象,這會(huì)導(dǎo)致流速達(dá)到上限,因此不能正確反映流量變化。
2.5 流量計(jì)前后直管段安裝不符合要求
渦街流量計(jì)對(duì)安裝在其前后直管段有一定要求,如不符合要求,便會(huì)影響卡門(mén)渦街的正確形成,從而影響飽和蒸汽的測(cè)量值。如LUGB-2310型渦街流量計(jì)要求在管道上游安裝一個(gè)彎頭時(shí),應(yīng)在渦街流量計(jì)的上游側(cè)配置長(zhǎng)度為大于等于20D(D為流量計(jì)公稱通徑)的直管段,下游側(cè)配置長(zhǎng)度為大于等于5D的直管段。
3 問(wèn)題的解決方法
3.1 干度低于85%
當(dāng)飽和蒸汽干度變化較大且低于85%時(shí),應(yīng)在流量計(jì)出口側(cè)7D~8D處安裝一濕度變送器,并根據(jù)可測(cè)數(shù)據(jù)按下式進(jìn)行修正:
V=XVg+(1-X)Vf
式中:V--濕蒸汽比容,m3/kg;
X--干度,%;
Vg--飽和蒸汽的比容,m3/kg;
Vf--水的比容,m3/kg;
(1-X)--濕度,%。
將處理后的濕蒸汽比容參與質(zhì)量流量的計(jì)算可得到正確的數(shù)據(jù)。現(xiàn)在市場(chǎng)上的智能流量積算儀,一般只能實(shí)現(xiàn)壓力補(bǔ)償無(wú)干度補(bǔ)償,一旦遇到干度低于85%的蒸汽(飽和)時(shí)則不能正確反映質(zhì)量流量值。最好采用既能對(duì)壓力補(bǔ)償又能對(duì)干度補(bǔ)償?shù)闹悄芰髁匡@示儀。
3.2 波動(dòng)的壓力
如上所述,由于飽和蒸汽對(duì)壓力、溫度、密度之間有一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系,因此,只需根據(jù)壓力變化情況對(duì)所測(cè)流量密度進(jìn)行修正(如查表分段補(bǔ)償法等),則可以得到較為正確的測(cè)量值。
3.3 管道及流量計(jì)振動(dòng)
對(duì)于管道及流量計(jì)產(chǎn)生振動(dòng),應(yīng)立即采取加固措施,嚴(yán)格按要求施工。若不得已要安裝在振動(dòng)較強(qiáng)的管道上,必須采取減振措施,在傳感器的上下游2D處分別設(shè)置管道緊固裝置,并加防振墊。特別注意:在空壓機(jī)出口處振動(dòng)較強(qiáng),不能安裝傳感器,應(yīng)安裝在儲(chǔ)氣罐之后。
3.4 流量計(jì)出口側(cè)通向大氣
渦街流量計(jì)出口側(cè)直接通向大氣,容易產(chǎn)生流速達(dá)到上限值,這是由于前后壓差過(guò)大造成的。此時(shí),渦街流量計(jì)因輸出模擬信號(hào)(4~20)mA或脈沖信號(hào)超限,因此,系統(tǒng)不能正確反映測(cè)量值。為此,應(yīng)嚴(yán)格限制飽和蒸汽流速使之低于上限,或在上游側(cè)前面加整流器。在條件允許的情況下也可采用提高背壓的方法。
3.5 直管段安裝不符合要求
對(duì)于直管段的安裝一定要嚴(yán)格按照規(guī)范執(zhí)行,不能因?yàn)榄h(huán)境條件不允許或者施工方便隨便安裝流量計(jì),這樣才能保證渦街流量計(jì)的正確計(jì)量。此外,對(duì)流量計(jì)應(yīng)定期檢查校驗(yàn),并確保直流電壓源為24V,最低也不能不小于21V。
4 結(jié)束語(yǔ)
以上幾點(diǎn)問(wèn)題和解決對(duì)策是筆者在現(xiàn)場(chǎng)工作中的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),渦街流量計(jì)在使用過(guò)程中影響測(cè)量值的原因大部分都來(lái)自于這些問(wèn)題,而且對(duì)這些問(wèn)題的解決方法效果都比較明顯。在使用中應(yīng)特別重視干度、壓力波動(dòng)、流量計(jì)出口側(cè)通大氣這些問(wèn)題。而管道振動(dòng)、直管段等在一般說(shuō)明書(shū)均有較為詳細(xì)介紹和規(guī)定。建議在選用渦街流量計(jì)測(cè)量流量時(shí),最好采用有壓力、溫度、流體種類、干度及流速補(bǔ)償?shù)臏u街流量計(jì),以達(dá)到計(jì)量正確。
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