渦街流量計(jì)工作原理及常見故障分析

焦巍

摘要：渦街流量計(jì)作為流量測量儀表，在是工業(yè)生產(chǎn)中有著較為廣泛的應(yīng)用，在使用過程中，由于安裝、維護(hù)使用不當(dāng)?shù)仍?，故障率較高。本文對渦街流量計(jì)的工作原理、安裝方法、安裝過程中應(yīng)該注意的問題進(jìn)行闡述，針對某電廠渦街流量計(jì)測量偏差較大、數(shù)據(jù)波動大的問題，通過采用檢查管道振動、更換顯示儀表、測試電纜絕緣等分析手段對渦街流量計(jì)進(jìn)行檢查，并根據(jù)檢查情況對偏差大的原因進(jìn)行了分析，并提出了解決措施。

關(guān)鍵詞：渦街流量計(jì)、工作原理、故障分析

工作原理

渦街流量計(jì)是應(yīng)用流體振蕩原理來測量流量的，在流體中安放一根三角柱的游渦發(fā)生體，流體在發(fā)生體兩側(cè)交替地分離釋放出兩串規(guī)則地交錯(cuò)排列的游渦，旅渦的發(fā)生頻率與流體的速度成正比，通過測量漩渦頻率從而計(jì)算出體積流量的儀表。在工業(yè)生產(chǎn)過程中對于蒸汽流量的測量有多種類型的儀表可以選擇，其中渦街流量計(jì)就是較為常見的一種，它通常被用作計(jì)量蒸汽的流量。

常見故障分析

與其他流量計(jì)一樣，應(yīng)用中的渦街流量計(jì)發(fā)生故障有不同類型。按故障原因主要有兩種：

1.由于現(xiàn)場環(huán)境導(dǎo)致儀表本身的結(jié)構(gòu)、電子部件、檢測元件損壞和失效等原因引起的故障：（1）環(huán)境溫度過高或過低影響渦街流量計(jì)轉(zhuǎn)換器的電子元器件（如電容、集成電路、LCD器件）正常工作，這種現(xiàn)象在測高溫、低溫流體，或野外露天安裝的儀表時(shí)有發(fā)生。具體表現(xiàn)為：環(huán)境溫度過高，電子元器件直流工作點(diǎn)改變，輸出信號時(shí)變或輸出模擬信號的零點(diǎn)和量程產(chǎn)生明顯漂移;LCD在溫度過高或過低環(huán)境下，一發(fā)生“蒸發(fā)”或“凍結(jié)”現(xiàn)象?？梢酝ㄟ^增加伴熱、保溫、儀表箱等方式保證儀表在正常的環(huán)境中工作。（2）空間電磁干擾和靜電干擾，通過信號線和電源線的分布電容耦合到儀表的輸人端，對渦街流量計(jì)信號構(gòu)成干擾，影響測量效果，使輸出信號誤差增大。首先保證流量、溫度、壓力信號電纜屏蔽層單端良好的接地，電纜線芯的絕緣測試結(jié)果大于20兆歐，其次敷設(shè)電纜時(shí)電纜走向，應(yīng)盡可能遠(yuǎn)離強(qiáng)電磁場的干擾場合。絕對不允許與高壓電纜一起敷設(shè)，屏蔽電纜要盡量縮短，并且不得盤卷，以減少分布電感的干擾。（3）穿線管配制不規(guī)范、接線盒密封不好等原因，導(dǎo)致環(huán)境中的腐蝕性氣體或潮氣侵人儀表轉(zhuǎn)換器內(nèi)，對電子元件的管腳和接插件插腳產(chǎn)生銹蝕，腐蝕接線端子和接地線，造成電源線、信號線、接地線接觸不良，進(jìn)而引起相關(guān)故障?？梢圆鹣码娮釉P并重新緊固后解決。

2.由于安裝不良、環(huán)境變化、流量參數(shù)變化，介質(zhì)中雜質(zhì)的沉積、結(jié)垢和腐蝕等原因而產(chǎn)生的故障，主要有以下幾方面原因：（1）管線振動大?，F(xiàn)場管道明顯振動，嚴(yán)重超過安裝要求，造成指示波動大。需對此問題進(jìn)行分析，如果是安裝在風(fēng)機(jī)、空壓機(jī)等動力設(shè)備旁，導(dǎo)致渦街流量計(jì)有額外的輸出，可在傳感器上、下游，分別設(shè)置防振管支架并加裝防振墊進(jìn)行解決;如果是因?yàn)檎羝艿纼?nèi)的冷凝水未及時(shí)排出致使冷凝水隨高速流動的蒸汽流動擊打管道形成振動，可以通過打開系統(tǒng)排水門排水的方法解決。（2）介質(zhì)中臟污物的損害。經(jīng)長時(shí)間工作，流體內(nèi)的臟物在測量管內(nèi)壁、發(fā)生體表面和儀表轉(zhuǎn)換器內(nèi)壁發(fā)生體表面和檢測元件表面的附著沉積改變了測量管和發(fā)生體的幾何尺寸參數(shù)，儀表的測量誤差增大，降低了檢測元件的靈敏度，信號幅值減小，進(jìn)而引起檢測元件的失效?，F(xiàn)場改為固定壓力補(bǔ)償，清除雜質(zhì)后可正常運(yùn)行。（3）儀表傳感器參數(shù)設(shè)置不正確。一般的渦街流量計(jì)積算儀都有手動溫度、壓力補(bǔ)償項(xiàng)，設(shè)置該項(xiàng)的目的主要是為了在溫度、壓力測量出現(xiàn)異常數(shù)值時(shí)作為恒定補(bǔ)償來計(jì)算蒸汽密度，而這兩項(xiàng)參數(shù)在大部分的情況下是任意設(shè)置的，更有甚者不裝溫壓補(bǔ)償儀表，采用固定補(bǔ)償來測量蒸汽。而當(dāng)溫壓補(bǔ)償儀表損壞或出現(xiàn)故障時(shí)，儀表人員不能及時(shí)的發(fā)現(xiàn)或處理使得儀表所測流量與實(shí)際流量偏差較大，從而影響測量準(zhǔn)確度。

特殊案例分析

某電廠對外供汽流量計(jì)使用的是渦街流量計(jì)。該儀表于2017年10月投入使用，2020年03月，發(fā)現(xiàn)廠外日常用汽量為70噸，遠(yuǎn)高于平均每日用汽量，通過查看就地流量積算儀和SIS系統(tǒng)（廠級監(jiān)控信息系統(tǒng)）的曲線分析，系統(tǒng)正常供汽時(shí)流量較為穩(wěn)定（2-5t/h），測量無異常，測量曲線較為平滑;但在系統(tǒng)停運(yùn)之后，流量測量便會出現(xiàn)異常情況，測量結(jié)果波動較大，流量顯示在0t/h至7t/h之間頻繁跳變，導(dǎo)致測量結(jié)果誤差較大且傳輸數(shù)據(jù)波動較大。

第一天結(jié)合對外供汽異常情況對廠內(nèi)外供汽管道進(jìn)行檢查，首先，流量計(jì)安裝位置前后均為20米以上的直管段，手動門、電動門距離探頭的距離也在滿足安裝要求，排除因渦街流量計(jì)上、下游直管段的長度不夠造成的誤差;其次，渦街流量計(jì)對管道機(jī)械振動較敏感，因此檢查系統(tǒng)內(nèi)各疏水門疏水正常，供汽管道沒有因管道發(fā)生形變造成蒸汽冷凝水聚集未排出的情況，排除供汽管道里可能存在冷凝水，冷凝水隨高速流動的蒸汽在管內(nèi)流動，擊打管道形成振動，從而對測量結(jié)果造成影響。

第二天通過SIS系統(tǒng)（廠級監(jiān)控信息系統(tǒng)）查看9：00-15：00期間對外供汽流量顯示正常（2-5t/h），曲線平滑，未出現(xiàn)劇烈波動的現(xiàn)象。15：00后供汽量減少，流量計(jì)開始開始出現(xiàn)持續(xù)波動（0-7t/h）。除關(guān)閉對外供汽電動門外，還關(guān)閉了對外供汽手動門、流量計(jì)前電動門，操作完成后流量歸零，流量計(jì)恢復(fù)正常。同時(shí)，對流量計(jì)檢測探頭、二次顯示儀表的所有接線進(jìn)行檢查并做線芯除銹處理，探頭及儀表接線牢固，未見異常。排除測量結(jié)果波動較大時(shí)因?yàn)閮x表接線松動造成的。同時(shí)為了排除由于屏蔽線或接地線接觸不良造成信號干擾引起的傳輸數(shù)據(jù)波動，重新制作了流量、溫度、壓力信號電纜屏蔽層接地，保證傳輸電纜單端良好的接地，并用500兆歐搖表對電纜線芯的絕緣進(jìn)行測試，結(jié)果均大于20兆歐，滿足現(xiàn)場需求;排除電纜因屏蔽效果不佳和絕緣干擾。

第三天，將二次顯示儀表與同品牌流量計(jì)顯示儀表進(jìn)行對調(diào)后仍有異常波動情況。

綜上情況判斷，渦街流量計(jì)傳感器存在問題。將渦街流量計(jì)拆下后發(fā)現(xiàn)固定發(fā)生體的定位銷松動，導(dǎo)致其可以上下、左右晃動。由此可以判斷出由于發(fā)生體的松動導(dǎo)致蒸汽經(jīng)過時(shí)發(fā)生體迎流面幾何形狀和尺寸發(fā)生變化，因而流量系數(shù)也相應(yīng)變化，從而嚴(yán)重影響了測量的結(jié)果。

重新緊固定位銷后探頭晃動現(xiàn)象消失?；謴?fù)安裝后觀察，流量計(jì)異常波動現(xiàn)象消失。

原因分析

雖然傳感器發(fā)生體的定位銷雖已松動但該系統(tǒng)正常供汽時(shí)流量較為穩(wěn)定，不會產(chǎn)生振動，所以測量無異常;一旦系統(tǒng)減少供汽，管道由于工況變化產(chǎn)生振動，管道內(nèi)的蒸汽也因參數(shù)的下降導(dǎo)致蒸汽內(nèi)凝結(jié)水增多擊打管道形成振動，由于以上兩點(diǎn)便會造成傳感器晃動，導(dǎo)致測量結(jié)果出現(xiàn)誤差和波動。

結(jié)束語

流量計(jì)的種類很多，都有其自身的特點(diǎn)，渦街流量測量范圍寬，量程比大，壓力損失較小，應(yīng)用比較廣泛，但其對管道振動要求高，在介質(zhì)波動以及含有顆粒雜質(zhì)情況下，波動較大，因此，選用渦街流量計(jì)時(shí)，應(yīng)首先考慮儀表的安裝環(huán)境和測量介質(zhì)。另外，在日常維護(hù)和檢修中要定期的檢查流量計(jì)的檢測探頭是否牢固，電子元件是否松動、氧化，信號輸出線路接地是否符合規(guī)定、是否受到干擾，這樣才能從根本上保證渦街流量計(jì)測量的準(zhǔn)確性，并且長周期穩(wěn)定可靠的運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

1、張超燕 渦街流量計(jì)的原理、安裝及改進(jìn) 《工業(yè)計(jì)量》1980年20期

2、李學(xué)南 渦街流量計(jì)工程應(yīng)用問題及對策 《微計(jì)算機(jī)信息》1980年40期

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