渦街流量計主要用于工業(yè)管道介質流體的流量測量,如氣體、液體、蒸氣等多種介質。其特點是壓力損失小,量程范圍大,精度佳,在測量工況體積流量時幾乎不受流體密度、壓力、溫度、粘度等參數(shù)的影響。無可動機械零件,因此可靠性高,維護量小。儀表參數(shù)能長期穩(wěn)定。渦街流量計采用壓電應力式傳感器,可靠性高,可在-20e~+250e的工作溫度范圍內工作。有模擬標準信號,也有數(shù)字脈沖信號輸出,容易與計算機等數(shù)字系統(tǒng)配套使用,是一種理想的計量儀器。筆者從事計量工作多年,總結出渦街流量計在實際計量過程中的一些經驗,希望能與同行進行探討。
1 影響因素
渦街流量計的工作原理是在流體中設置旋渦發(fā)生體,從而發(fā)生體兩側交替地產生有規(guī)則的旋渦,旋渦列在旋渦發(fā)生體下游非對稱地排列,產生一定的頻率,通過公式f=St*v/(1-1127d/D)*d,(St為斯特勞哈爾數(shù),為無量綱數(shù),與旋渦發(fā)生體及雷諾數(shù)有關;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。
一般的來說,渦街流量計輸出信號(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。它的優(yōu)點是:結構簡單牢固,安裝維護方便;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?1%R左右;流量范圍寬,可達10:1或20:1或更大;壓頭損失小;無零點飄移;價格相對便宜;缺點是:不適于低雷諾數(shù)Re<20000的情況,對高粘度、低流速、小口徑的使用有限制;對環(huán)境的要求較高,應盡量杜絕有振動的場所,且上游側需要有較長的直管段;儀表系數(shù)較低,口徑愈大愈低。信號分辨率降低,故口徑不宜過大,一般應用于DN15~DN300。渦街流量計在測量飽和蒸汽(以飽和蒸汽為例)質量流量時,因壓力波動、干度變化、振動、差壓過大等因素影響著渦街流量計正確的計量。
2 存在的問題分析
工業(yè)現(xiàn)場常用質量流量作為測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質量流量,kg/h;
Qv體積流量,m3/h。
由上式可知,質量流量與密度有關,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量。
2.1 干度變化
渦街流量計在測量飽和蒸汽時,要求飽和蒸汽干度不低于85%。但現(xiàn)場實際情況時飽和蒸汽干度在鍋爐內就小于100%,而經管道傳送一段距離后,會出現(xiàn)干度低于85%現(xiàn)象,它使測量值下降。
2.2 壓力變化大
在工業(yè)現(xiàn)場壓力經常發(fā)生波動,壓力波動則影響飽和蒸汽密度。在壓力低于或高于標定值時,直接影響質量流量值偏高或偏低。
2.3 管道及流量計振動
管道及流量計加固不好,或流量計靠近電動機。當電機工作產生振動時,通過地板或墻體傳到與其固定的蒸汽管道上,振動會對渦街流量計產生干擾,使流量計測量值偏高或造成流量誤判斷。
2.4 流量計出口側通向大氣
在渦街流量計出口側通向大氣,會出現(xiàn)前后壓差過大現(xiàn)象,這會導致流速達到上限,因此不能正確反映流量變化。
2.5 流量計前后直管段安裝不符合要求
渦街流量計對安裝在其前后直管段有一定要求,如不符合要求,便會影響卡門渦街的正確形成,從而影響飽和蒸汽的測量值。如LUGB-2310型渦街流量計要求在管道上游安裝一個彎頭時,應在渦街流量計的上游側配置長度為大于等于20D(D為流量計公稱通徑)的直管段,下游側配置長度為大于等于5D的直管段。
3 問題的解決方法
3.1 干度低于85%
當飽和蒸汽干度變化較大且低于85%時,應在流量計出口側7D~8D處安裝一濕度變送器,并根據(jù)可測數(shù)據(jù)按下式進行修正:
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量流量的計算可得到正確的數(shù)據(jù)。現(xiàn)在市場上的智能流量積算儀,一般只能實現(xiàn)壓力補償無干度補償,一旦遇到干度低于85%的蒸汽(飽和)時則不能正確反映質量流量值。最好采用既能對壓力補償又能對干度補償?shù)闹悄芰髁匡@示儀。
3.2 波動的壓力
如上所述,由于飽和蒸汽對壓力、溫度、密度之間有一定的對應關系,因此,只需根據(jù)壓力變化情況對所測流量密度進行修正(如查表分段補償法等),則可以得到較為正確的測量值。
3.3 管道及流量計振動
對于管道及流量計產生振動,應立即采取加固措施,嚴格按要求施工。若不得已要安裝在振動較強的管道上,必須采取減振措施,在傳感器的上下游2D處分別設置管道緊固裝置,并加防振墊。特別注意:在空壓機出口處振動較強,不能安裝傳感器,應安裝在儲氣罐之后。
3.4 流量計出口側通向大氣
渦街流量計出口側直接通向大氣,容易產生流速達到上限值,這是由于前后壓差過大造成的。此時,渦街流量計因輸出模擬信號(4~20)mA或脈沖信號超限,因此,系統(tǒng)不能正確反映測量值。為此,應嚴格限制飽和蒸汽流速使之低于上限,或在上游側前面加整流器。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
對于直管段的安裝一定要嚴格按照規(guī)范執(zhí)行,不能因為環(huán)境條件不允許或者施工方便隨便安裝流量計,這樣才能保證渦街流量計的正確計量。此外,對流量計應定期檢查校驗,并確保直流電壓源為24V,最低也不能不小于21V。
4 結束語
以上幾點問題和解決對策是筆者在現(xiàn)場工作中的實踐經驗,渦街流量計在使用過程中影響測量值的原因大部分都來自于這些問題,而且對這些問題的解決方法效果都比較明顯。在使用中應特別重視干度、壓力波動、流量計出口側通大氣這些問題。而管道振動、直管段等在一般說明書均有較為詳細介紹和規(guī)定。建議在選用渦街流量計測量流量時,最好采用有壓力、溫度、流體種類、干度及流速補償?shù)臏u街流量計,以達到計量正確。
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