渦街流量計在工業(yè)生產(chǎn)中的使用與維護

牛澤亭(中海油惠州石化有限公司，廣東 惠州 516086)

0 引言

在速度式流量計中，不可缺少的一種就是渦街流量計。渦街流量計主要應(yīng)用于工業(yè)管道介質(zhì)流體的流量測量，測量的內(nèi)容較多，多見于進行測量單相流滿管介質(zhì)，即氣體、蒸汽以及液體等[1]。渦街流量計能夠跟DCS系統(tǒng)聯(lián)合應(yīng)用，具備較好的先進化特點，所以也屬于應(yīng)用效果較佳的流量儀表[2]。以下是基于渦街流量計的工作原理，對其應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中的相關(guān)內(nèi)容進行分析。

1 渦街流量計的工作原理

渦街流量計的構(gòu)成主要包括3個關(guān)鍵部分，分別是漩渦發(fā)生體、頻率檢測器、信號轉(zhuǎn)換器，其應(yīng)用作用較多，一方面可以輸出4～20 mADC信號，另一方面也能夠效地輸出脈沖電壓信號。渦街流量計測量原理為：把非流體型阻流體安放到流動流體中的垂直流動方向，基于相應(yīng)流量區(qū)間中，在阻流體兩側(cè)部位，分離流體，而且以交替的形式進行此活動，然后釋放交替漩渦列，可以理解為是頻率正比于管道內(nèi)的平均流速、規(guī)則的交替漩渦列，而且其具備規(guī)律性、不對稱的特點，數(shù)量是兩串，另一重要的特點就是兩側(cè)漩渦具有不同的旋轉(zhuǎn)方向[3]。

對于流體的流量的計算，主要是以檢測元件測出漩渦頻率的方式進而獲得。被測介質(zhì)平均流速、旋渦的發(fā)生頻率、旋渦發(fā)生體迎面寬度分別運用v、f、d進行表示，得到以下公式：

式中：Sr代表的是雷諾數(shù)函數(shù)，如果ReD=2.0×104～7.0×106之中，氣體、液體分別是每秒在5～50 m、0.5～7.0 m。如果具有已知的旋渦發(fā)生體的形狀、尺寸，常數(shù)項以Sr代表，則具備比例關(guān)系的就是渦街頻率、體積流量，這種關(guān)系比較穩(wěn)定，在流體物理性質(zhì)改變、組分變化的情況下，比例關(guān)系也不會更改。渦街流量計可以測量單相流環(huán)境的各種指標(biāo)，常見的就是正氣流量、液體以及氣體流量等。應(yīng)該保障流體是獨自存在的形式，因為混相流體的環(huán)境下，將會對于流量計的測量準(zhǔn)確度產(chǎn)生明顯的影響，降低結(jié)果的精準(zhǔn)度[4]。

2 渦街流量計的科學(xué)選用

渦街流量計的劃分中，依照傳感器進行劃分能夠分成3種，即法蘭式、夾持式、插入式。選用時要優(yōu)先考慮法蘭式，這種選型應(yīng)用比較廣泛，然后考慮運用夾持式。夾持式流量計、插入式流量計在安裝時很容易影響到精度，而且一旦安裝不科學(xué)規(guī)范，就會造成測量不精確，出現(xiàn)誤差現(xiàn)象。插入式渦街流量計主要是應(yīng)用在不要求做精確控制和計量的場合中。

渦街流量計還分為一體式和分體式。如果處于高溫狀態(tài)下，或者是在高空、井中安裝，通常會應(yīng)用到分體式儀表，主要的目的就是改善儀表工作環(huán)境，同時便捷檢修儀表。在實施一體式儀表過程中，需要在安裝點的周圍留出足夠的空間，目的就是方便安裝接線，以及讓日后的維護工作更加便捷。

3 渦街流量計的溫壓補償

氣體屬于壓縮流體，如果其體積狀態(tài)出現(xiàn)了改變的情況，則主要是由于溫度以及壓力指標(biāo)產(chǎn)生的變化而導(dǎo)致。測量氣體流量的過程中，一方面要流量計可以準(zhǔn)確的對于標(biāo)準(zhǔn)體積流量進行輸出，另一方面也需要質(zhì)量流量的輸出。而且渦街流量計進行測量體積流量時，需要確保是在工況的環(huán)境中展開測量，所以渦街流量計進行一般氣體、蒸汽的測量過程中，應(yīng)該全面的考慮到溫壓補償功能，并進行合理的儀表選型。經(jīng)溫壓補償，能夠轉(zhuǎn)變工況體積流量成質(zhì)量流量，或者是轉(zhuǎn)化成其他的體積流量，即標(biāo)況體積流量。對于一般的氣體進行測量過程中，補償原理就是按照公式進行計算，其屬于標(biāo)準(zhǔn)氣體狀態(tài)方程式：

式中：P0代表的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)中的絕對壓力(Pa)；P1代表的工況狀態(tài)中的絕對壓力(Pa)；T0表示的是標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境中熱力學(xué)溫度(K)；T1代表的是工況下熱力學(xué)溫度(K)；V0表示的是標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境下氣體體積；V1是工況狀態(tài)中氣體體積。

進行蒸汽的測量過程中，需要做好的工作就是飽和蒸氣的補償，應(yīng)用的方式包括兩種，一種是壓力補償，另一種就是溫度補償。通常具備兩種具體的補償模式，即：如果渦街流量計傳感器中不具備溫度檢測元件以及內(nèi)置壓力的情況下，僅可以于儀表內(nèi)部實施靜態(tài)補償，也就是補償是采取將固定壓力值、溫度值輸入的方式實現(xiàn)。這種模式比較適用于不具備較大的溫度壓力改變的場合下。渦街流量計傳感器中，如果具備溫度檢測元件以及內(nèi)置壓力的情況下，儀表按照所測溫度以及壓力的結(jié)果加以考慮，掌握住蒸汽的狀態(tài)，判斷好蒸汽是過熱蒸汽、飽和蒸氣的哪一種類型。對于質(zhì)量流量，計算的方式需要獲得儀表中儲存的蒸汽數(shù)據(jù)庫指標(biāo)，實施智能化計算；另外就是運用蒸汽流量積算儀，在蒸汽流量積算儀中，傳輸渦街流量計測量的工況體積流量、溫度，以及進行傳送壓力變送器測得到的信號。蒸汽流量積算儀內(nèi)置過熱蒸汽、飽和蒸汽補償算法，能夠準(zhǔn)確輸出質(zhì)量流量以及標(biāo)準(zhǔn)體積流量，而且也可以把熱量和比焓等進行正確的輸出。

4 安裝渦街流量計的分析

安裝渦街流量計的質(zhì)量水平，直接地影響到儀表正常運行，必須要按照標(biāo)準(zhǔn)的程序，科學(xué)合理地安裝。一旦不能正確地安裝渦街流量計，就會對于儀表測量的精度構(gòu)成影響，甚至?xí)τ趦x表的應(yīng)用年限產(chǎn)生影響，縮短應(yīng)用時間，更嚴(yán)重的情況下，就會對儀表產(chǎn)生損壞。渦街流量計的安裝管道，高溫?zé)嵩词且豁椥枰攸c關(guān)注的內(nèi)容，應(yīng)該避免其產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，同時還要考慮到輻射源產(chǎn)生的侵犯問題，而且安裝場所也要設(shè)置隔熱通風(fēng)裝備，如在測量高溫蒸汽渦街流量計的管道部位要做好保溫，但是在傳感器部位不能有保溫。為了有效消除電干擾的問題，對象現(xiàn)場的布線要進行詳細的規(guī)劃，需要與高壓線、電源線、電力設(shè)備等保持安全可靠的距離。進行渦街流量計安裝過程中，也要考慮到不能在有劇烈震動的管道上面安裝，尤其是橫向震動的管道上面，要做好規(guī)避。渦街流量計也不能在過長的、架空的管道上安裝，這樣會讓流量計出現(xiàn)下垂的問題，形成法蘭密封泄漏的現(xiàn)象。如果條件不允許，必須要安裝到以上環(huán)境中，應(yīng)該做好防范措施，即在傳感器的上下游增加管道緊固裝置，同時裝設(shè)防震墊。

另外，安裝渦街流量計還要考慮到環(huán)境因素的影響。若安裝在室外的環(huán)境下，做好防水的內(nèi)容至關(guān)重要。電氣接口的部位彎折處理電纜線，一般是進行設(shè)置U 形狀態(tài)，可以避免外界的水沿著外部介質(zhì)灌入到內(nèi)部的儀表殼內(nèi)。在渦街流量計安裝點上游進行不斷開關(guān)閥門的安裝時，可能會減少渦街流量計的應(yīng)用時間，主要原因很有可能是流量計受到損壞。渦街流量計口徑，其在一致于工藝管道的情況下，如果不能符合流量儀表標(biāo)準(zhǔn)，或此流速下不能確保具備較高精確度的測量結(jié)果，甚至測量不出數(shù)據(jù)來，就應(yīng)該將儀表的口徑進行縮小處理，促使將管內(nèi)的流速有效提升，確保產(chǎn)生較好的測量精度。對于上下游的部位，應(yīng)該具備充分的直管段。在上游的位置進行安置傳感器要考慮到建立在相同平面的前提下，擁有2個九十度的彎頭。測量以后，遵循實際的需求，在渦街流量計附近位置測量壓力、測量溫度時，測壓點在傳感器下游部位，測溫點同樣如此，二者各自處于(3-5)D部位、(6-8)D部位。

5 渦街流量計的維護與故障處理策略

渦街流量計并無可移動部件，這也讓其應(yīng)用時不會出現(xiàn)較多維護任務(wù)，提升了工作的效率。儀表應(yīng)用的起始階段，應(yīng)該注意的問題就是液體的流量應(yīng)該緩慢的增加，積極防范儀表渦街發(fā)生體受損的現(xiàn)象。

在進行維護渦街流量計工作中，平時主要的維護工作包括以下內(nèi)容，流量計轉(zhuǎn)換器蓋子未擰好，造成密封不好進水，接線板故障或者接線端子接觸不良，要定期對轉(zhuǎn)換器密封進行檢查；定期的對于屏蔽狀態(tài)、接地情況做好檢查，有效消除外界的干擾現(xiàn)象，因為很多情況下，指示問題的產(chǎn)生是因外界的干擾導(dǎo)致；對于測量含有雜質(zhì)介質(zhì)的流量計的探頭部位需要定期清洗，因為污物堵塞探頭檢測孔的情況下，就會降低正常的測量效果，影響測量工作。

另外，渦街流量計的故障現(xiàn)象與處理。在計量不準(zhǔn)確的情況下，處理這種問題時，主要就是檢查各種關(guān)鍵的參數(shù)是否處于合理的狀態(tài)中，即儀表K系數(shù)、口徑等。而且進行嚴(yán)密的檢查測量氣體和蒸汽有無科學(xué)的采取補償方式，檢查參數(shù)設(shè)置的合理性，以及安裝流量計時檢查好墊片有無同心、在管道內(nèi)部伸入等。測量蒸汽的渦街流量計容易出現(xiàn)故障，主要是高溫造成，如安裝位置不正確，對于測量高溫介質(zhì)的流量計的傳感器應(yīng)該中間偏下，避免高溫蒸汽向上飄，造成傳感器相關(guān)部件故障；另外流量計保溫包的不合適，流量計管道部位未包保溫，傳感器部位包上了保溫，正確的做法是管道部位包上保溫，傳感器部位不包保溫，充分與環(huán)境接觸；還有一種就是選型不合適，未正確的選用耐相應(yīng)工況高溫的傳感器材質(zhì)。

6 結(jié)語

渦街流量計中應(yīng)用了先進的技術(shù)手段，其中就包括了微功耗高新技術(shù)。渦街流量計能夠?qū)τ谙鄳?yīng)的數(shù)值就地顯示，包括瞬時流量以及累積流量等。當(dāng)前在很多領(lǐng)域中已經(jīng)廣泛的應(yīng)用到渦街流量計，最常見的就是化工、電力、石油、冶金等領(lǐng)域。為了提升渦街流量計應(yīng)用的質(zhì)量，需要做到科學(xué)的選型，按照正確的方式進行安裝，同時要做到科學(xué)的維護，使其功效充分發(fā)揮。