渦街流量計選型及使應(yīng)用中的特殊性

王丹陽

（眾一阿美科福斯特惠勒工程有限公司寧夏分公司，寧夏 銀川 750001）

在測量工業(yè)管道介質(zhì)流體體積流量時，渦街流量計是重要的測量儀表之一。渦街流量計具有很高的測量精度以及較大的量程范圍，且儀表參數(shù)的穩(wěn)定性比較高，儀器內(nèi)部的零部件均不可動，對維護保養(yǎng)的要求相對較低，能夠很好地適應(yīng)多種工況條件下的測量需要，因此渦街流量計的應(yīng)用范圍十分廣泛。在實際應(yīng)用渦街流量計進行測量時，要全面掌握渦街流量計在使應(yīng)用中的特殊性，并根據(jù)渦街流量計的固有特性來合理選型，這樣才能有效提高測量的精度和效果，確保測量結(jié)果符合設(shè)計要求，充分發(fā)揮街流量計應(yīng)有的作用。

1 概述渦街流量計基本原理分析

渦街發(fā)生體是設(shè)置在流通管內(nèi)的非流線型柱體結(jié)構(gòu)，當(dāng)渦街發(fā)生體周圍后流體經(jīng)過時，發(fā)生體的兩側(cè)就會有交替漩渦產(chǎn)生。而在漩渦脫落后會向下游進行傳播，從而形成交叉排列的兩列漩渦，即卡門漩渦現(xiàn)象[1]。渦街頻率則主要是指在漩渦在單位時間內(nèi)的產(chǎn)生數(shù)量，其與流速之間的關(guān)系為線性正比例。而根據(jù)卡門渦街特性來對管道內(nèi)的渦街頻率進行測量，以實現(xiàn)測量管道內(nèi)介質(zhì)流量目的的測量儀器就是渦街流量計。

式中：f—渦旋頻率（Hz）；Sr—斯特勞哈數(shù)；d—阻流件寬度值（m）；u—流體流速的平均值（m/s）；m—發(fā)生體弓形面和工業(yè)管道橫截面面積之間的比值。

此外，渦街流量儀表的系數(shù)可以用K來表示，其計算公式為：

式中：qv—管道內(nèi)部的體積流量（m3/s)。

2 選擇渦街流量計類型特殊性分析

在對渦街流量計進行選擇時，首要問題和選擇其他類型流量計相同，都是要合理選擇流量計的口徑規(guī)格。在對流量計口徑規(guī)格進行選擇時，應(yīng)充分考慮實際測量范圍的要求等因素，對不同流量計儀器的測量上下限范圍進行對比分析，從而合理選擇相應(yīng)的口徑規(guī)格（在選型時要注意渦街的上下限）。

在渦街流量計的使用過程中，往往會由于忽視了測量限值因素，或者是對測量限值的理解不準(zhǔn)確，影響了渦街的正常運行，并造成測量結(jié)果的不準(zhǔn)確。由于渦街流量計這種儀器對于旋轉(zhuǎn)流以及流暢畸變具有較高的敏感度，因此，應(yīng)選擇具有流動調(diào)整期以及直段管長度能夠達到測量要求的設(shè)備，才能有效提高測量的準(zhǔn)確性。

2.1 選型時要對測量下限特殊性進行充分的考慮

對于渦街流量計來說，其測量下限是一個可變數(shù)值。當(dāng)工況條件發(fā)生改變時，同一設(shè)備在對相同狀態(tài)流體進行測量時，其測量下限也會存在變化的可能[2]。當(dāng)流量未達到測量下限條件時，渦街流量計的示值通常會出現(xiàn)0的顯示，無法準(zhǔn)確反映流量趨勢。影響渦街流量計實際測量下限的因素有很多，例如施測環(huán)境的干擾強度、設(shè)備的抗干擾性、雷諾數(shù)、信號和傳感器增益處理的低端頻響因素以及流體工況密度等，所以難以通過查詢產(chǎn)品樣本等方法來直接掌握測量下限的變化范圍，這就要求測量人員必須對各種因素進行全面的分析，并對各種因素影響下的測量下限進行計算查詢，最后應(yīng)將計算結(jié)果的最高值確定為測量下限的實際數(shù)值。

2.2 選型時要對測量上限特殊性進行充分的考慮

當(dāng)渦街流量計的被測流量體積超過其測量上限時，不僅會產(chǎn)生超差問題，甚至?xí)斐砂l(fā)生體或者傳感器出現(xiàn)斷裂等嚴(yán)重的事故，對下游設(shè)備造成嚴(yán)重的安全威脅。

影響流量計實際測量上限數(shù)值的因素主要包括渦街發(fā)生體以及傳感器的實際抗載性能、信號增益處理系統(tǒng)的實際高端頻響等。通常在產(chǎn)品樣本中會標(biāo)示儀器在測量液體、氣體以及蒸汽時的可測流體流速的上限數(shù)值，將其與流通管的截面面積相乘就能夠?qū)r體積流量的測量上限進行計算；同時，也可以以此為基礎(chǔ)來對質(zhì)量流量等進行上限值進行核算分析[3]。當(dāng)流量加大時，會造成渦街穩(wěn)定性下降；而當(dāng)流量超出上限時，受高端頻響因素的影響，其不穩(wěn)定性將進一步加劇，因此隨著流量的快速上升，漏記漩渦的數(shù)量也將不斷增加，造成顯示數(shù)值出現(xiàn)倒走的特殊情況，此時的測量超差十分嚴(yán)重。雖然一些產(chǎn)品在其樣本說明中指出，可以通過特殊算法來對倒走現(xiàn)象加以抵消，從而使渦街流量計的示值能夠在超限后仍維持在上限，以控制誤差范圍，然而這種處理方式不僅會進一步增加現(xiàn)場超限的判定難度，甚至還會產(chǎn)生傳感器斷裂等嚴(yán)重的安全事故。另外，部分渦街流量計儀器采用的是合并漩渦傳感器以及渦街發(fā)生體的結(jié)構(gòu)形式，也就是在發(fā)生體內(nèi)封裝壓電晶體。由于該結(jié)構(gòu)類型的渦街發(fā)生體還需要配備絞支良以及懸臂梁等輔助性結(jié)構(gòu)，一旦在流量超限條件下受到異物撞擊或者水錘作用的影響，比較容易造成發(fā)生體的斷裂，因此在選型時應(yīng)充分考慮相關(guān)因素。

3 渦街流量計使應(yīng)用中的特殊性分析

3.1 使應(yīng)用渦街流量計的計算特性

在應(yīng)用渦街流量計進行測量時，其主要是對工況體積流量進行測量，而渦街流量計的儀器銘牌上的K系數(shù)則是指1 m3內(nèi)的漩渦數(shù)量。該測量儀器在使用時的原始信號和其輸出信號的關(guān)系呈線性正比，因此，在使應(yīng)用渦街流量計時，不需要按照差壓流量計的開方運算方法去進行計算分析。

3.2 使應(yīng)用渦街流量計的測量特性

在應(yīng)用渦街流量計對累積流量進行測量時，其主要是根據(jù)單位時間內(nèi)累積計數(shù)的漩渦數(shù)量來對瞬時流量值進行測量。使用渦街流量計測量操作時的主要難點在于，如果在復(fù)雜工況條件下對漩渦進行準(zhǔn)確的判定。

3.3 渦街流量計的選型實踐應(yīng)用

在應(yīng)用渦街流量計時，由于不同類型的渦街流量計所適應(yīng)的工況范圍有所差異，因此應(yīng)根據(jù)不用工況來選擇相應(yīng)的儀表設(shè)備。同時，要注意渦街流量計只能對潔凈、低黏度以及具有一定流速的流體進行測量。以某油氣平臺的生產(chǎn)工況為例，其管道介質(zhì)主要是經(jīng)過除油處理后的生產(chǎn)水，水中所含的小油珠等成分均已經(jīng)被過濾去除，水質(zhì)比較潔凈且黏度較低，其流速在65～220 m3/h之間，該管道的實際尺寸為

?203 mm左右。在進行流量計的選型時，由于科式流量計的測量成本比較高，而靶式流量計主要用于黏稠度高的介質(zhì)的測量，同時結(jié)合設(shè)備的安裝條件、運行環(huán)境以及后期的管理維護成本等因素，最后確定使用渦街流量計來進行測量。

4 結(jié)語

隨著流量測量技術(shù)設(shè)備的不斷發(fā)展，渦街流量計將在測量低黏度液體或者氣體流量等工作中得到越來越廣泛的應(yīng)用。渦街流量計不僅具有較高的測量精度以及大范圍的量程，能夠適應(yīng)多種工況條件下的流量體積測量要求，而且其對維護保養(yǎng)的要求相對較低，是一種實用性比較好的體積流量測量儀器。因此，需要進一步了解渦街流量計的固有特性以及其在選型和使應(yīng)用中的特殊性，才能根據(jù)工況需要合理選擇渦街流量計的具體型號類型，提高應(yīng)用的規(guī)范性和準(zhǔn)確性，從而保證測量的精度，充分發(fā)揮渦街流量計應(yīng)有的功能和作用。