摘要(yao):針對目(mu)前應力(li)式渦街(jie)流量計(ji) 在國内(nei)石化行(hang)業使用(yong)中存在(zai)的一些(xie)問題，介(jie)紹了該(gai)流量計(ji)的測量(liang)原理和(he)組成結(jie)構，指出(chu)渦街發(fa)生體的(de)🌏幾何💃🏻結(jie)構、尺寸(cun)🤞直接影(ying)響儀表(biao)K系數标(biao)定結果(guo)。從實際(ji)使用的(de)角度分(fen)析了介(jie)質的流(liu)動狀況(kuang)及潔淨(jing)程度、溫(wen)度等因(yin)素變化(hua)對儀表(biao)K系數的(de)影響，并(bing)提出相(xiang)應對策(ce)。讨論了(le)安裝環(huan)境、工藝(yi)條件以(yi)及管線(xian)配置等(deng)方面應(ying)注意的(de)問題，介(jie)紹了 渦(wo)街流量(liang)計 投入(ru)使用前(qian)在現場(chang)的測試(shi)與調試(shi)方法。
　　渦(wo)街流量(liang)計是20世(shi)紀70年代(dai)發展起(qi)來的一(yi)種新型(xing)流量❄️測(ce)量儀表(biao)，首先在(zai)城市供(gong)水系統(tong)中得到(dao)應用和(he)發展，後(hou)逐步進(jin)入煉油(you)化🈚工系(xi)統。渦街(jie)流量計(ji)結構簡(jian)單牢固(gu)，安裝維(wei)護方便(bian)。與孔闆(pan)流量計(ji)相比，量(liang)程⛹🏻‍♀️範圍(wei)大可達(da)10:1至20:1),壓力(li)損失小(xiao)的🔞爲孔(kong)闆流量(liang)計的1/4-1/2)，精(jing)度較高(gao)一般🥵爲(wei)測量值(zhi)的±1%至±2%),适(shi)用于液(ye)體、氣體(ti)和蒸汽(qi)等多種(zhong)介質的(de)測量。在(zai)一定的(de)雷諾數(shu)範圍内(nei)，輸🔞出信(xin)号不受(shou)流體物(wu)性溫度(du)、壓力、組(zu)㊙️分、粘度(du))的影響(xiang),已㊙️被各(ge)行各業(ye)所廣泛(fan)地采用(yong)。
　　某煉油(you)廠近年(nian)來先後(hou)在70多個(ge)水、蒸汽(qi)、可燃氣(qi)體等計(ji)量⭕回路(lu)中,使用(yong)了不同(tong)型号的(de)國産和(he)進口應(ying)力式渦(wo)街流🔴量(liang)計。渦街(jie)流量計(ji)具有其(qi)他流量(liang)計所不(bu)具備的(de)㊙️許多優(you)點，從開(kai)發到大(da)量生産(chan)投放市(shi)場僅20餘(yu)年，目前(qian)♈仍處于(yu)發展階(jie)段，從理(li)論和實(shi)踐上來(lai)看,基礎(chu)都較差(cha)，在日常(chang)使用中(zhong)還存在(zai)較多的(de)問題。通(tong)過分析(xi)應力式(shi)渦街流(liu)量計的(de)測量原(yuan)理與結(jie)構，進一(yi)步讨論(lun)❄️在使用(yong)中存在(zai)的問題(ti)與成因(yin)以及相(xiang)應的對(dui)策。
1.測量(liang)原理與(yu)結構
　　渦(wo)街流量(liang)計是利(li)用卡門(men)渦街原(yuan)理進行(hang)測量的(de)。實驗證(zheng)明卡門(men)渦街的(de)釋放頻(pin)率與流(liu)體的流(liu)動速度(du)🍉和柱狀(zhuang)體的特(te)征寬度(du)有關。卡(ka)門渦街(jie)釋放頻(pin)率與流(liu)速成⛱️正(zheng)比，因此(ci)通過測(ce)量卡門(men)渦街✊頻(pin)率可以(yi)求得瞬(shun)時流量(liang)值。
　　對于(yu)儀表内(nei)部形式(shi)固定的(de)渦街流(liu)量計，儀(yi)表管道(dao)内徑、旋(xuan)渦發生(sheng)體特征(zheng)尺寸及(ji)斯特勞(lao)哈爾數(shu)已定，儀(yi)表系數(shu)是确定(ding)的。因此(ci)❄️,隻要正(zheng)确測得(de)渦街頻(pin)率🐇，就可(ke)以正确(que)地測量(liang)管道中(zhong)介質的(de)體積流(liu)量。
　　應力(li)式渦街(jie)流量計(ji)通常由(you)旋渦發(fa)生體、檢(jian)測元件(jian)🙇🏻、儀💜表表(biao)體和轉(zhuan)換器四(si)個部分(fen)組成。金(jin)陵石化(hua)南京煉(lian)油廠使(shi)用的應(ying)力❓式渦(wo)街流量(liang)計均采(cai)用三角(jiao)柱旋渦(wo)發生體(ti)該形狀(zhuang)的旋渦(wo)發生體(ti)是目前(qian)應用最(zui)爲廣泛(fan)的一種(zhong)),旋渦頻(pin)率是利(li)用封裝(zhuang)在💋旋渦(wo)發生體(ti)内部的(de)壓電晶(jing)體作爲(wei)檢測元(yuan)件，借以(yi)感受旋(xuan)渦分離(li)時交替(ti)作用于(yu)旋渦發(fa)生體上(shang)不斷變(bian)化的橫(heng)向升力(li)，升力的(de)變化頻(pin)率就是(shi)旋渦頻(pin)率。
根據(ju)壓電效(xiao)應原理(li)，壓電晶(jing)體上産(chan)生的電(dian)荷強度(du)與🤞橫向(xiang)㊙️升力成(cheng)正比，即(ji)在旋渦(wo)發生體(ti)的形狀(zhuang)、尺寸以(yi)及支承(cheng)方式一(yi)定的情(qing)況下，壓(ya)電電荷(he)強度與(yu)被測介(jie)質💯的密(mi)度和流(liu)速的平(ping)方成正(zheng)比。
　　應力(li)式渦街(jie)流量計(ji)分爲滿(man)管式和(he)插入式(shi)兩種:滿(man)管式有(you)法蘭型(xing)、夾持型(xing)兩種安(an)裝類型(xing);插入式(shi)可帶球(qiu)閥或不(bu)帶球閥(fa)安裝。
　　不(bu)同廠家(jia)的轉換(huan)器電路(lu)也不同(tong)，但其基(ji)本功能(neng)及思路(lu)是一🏃‍♀️緻(zhi)的。交變(bian)電荷信(xin)号被檢(jian)出後，首(shou)先經高(gao)阻抗電(dian)荷🧑🏾‍🤝‍🧑🏼放大(da)器進🤩行(hang)放大,再(zai)經噪聲(sheng)濾波,并(bing)由斯密(mi)特觸發(fa)器檢✉️波(bo)及整形(xing)，其頻✊率(lü)信号即(ji)可直接(jie)作⁉️爲.信(xin)号輸出(chu);也可根(gen)據用戶(hu)要求進(jin)行f/V和V/f的(de)轉換，産(chan)生與頻(pin)率成正(zheng)比的4-20mA模(mo)拟信号(hao)輸出。
2問(wen)題及對(dui)策
(1)僅表(biao)系數K的(de)标定及(ji)其影響(xiang)因素與(yu)對策儀(yi)表系數(shu)K雖然受(shou)🛀流體流(liu)速和粘(zhan)度等的(de)影響，但(dan)産生影(ying)響效果(guo)的🈚卻是(shi)這些❄️參(can)數的組(zu)合一雷(lei)諾數Re,它(ta)決定了(le)儀🏃🏻‍♂️表系(xi)數K的線(xian)性範圍(wei)。
　　當Re≥2x104時，在(zai)理論上(shang)儀表系(xi)數K是一(yi)個僅由(you)儀表幾(ji)何結🛀構(gou)、尺寸所(suo)決定的(de)常數,不(bu)受流體(ti)溫度、壓(ya)力、密度(du)、粘度、成(cheng)分等性(xing)質變化(hua)的影響(xiang)，對于各(ge)種液體(ti)、氣體、蒸(zheng)㊙️汽都有(you)相同的(de)數值。所(suo)以，理論(lun)上儀表(biao)的标定(ding)系數✏️在(zai)基本誤(wu)🌈差範圍(wei)内保持(chi)一緻，具(ju)有通用(yong)性。
　　由于(yu)目前國(guo)内許多(duo)生産廠(chang)家生産(chan)方式不(bu)規範，無(wu)⛹🏻‍♀️标定條(tiao)件，使得(de)生産的(de)渦街流(liu)量計的(de)K值無法(fa)得到保(bao)證且與(yu)實際值(zhi)相📱差較(jiao)大。實際(ji)使用中(zhong)，影響儀(yi)表系數(shu)的因素(su)及解決(jue)方法叙(xu)述如下(xia):
①流速和(he)粘度的(de)變化
　　工(gong)業管道(dao)中絕大(da)多數流(liu)體Re>2x104，滿足(zu)渦街流(liu)量計的(de)正常測(ce)量範圍(wei)。如因某(mou)種原因(yin)使流體(ti)的流速(su)降低和(he)成)運動(dong)粘度升(sheng)高，都将(jiang)導緻Re下(xia)降♌。當Re<2x104時(shi)，K值會發(fa)生較大(da)🌈的變化(hua)，出現了(le)非線性(xing)誤差。這(zhe)在儀表(biao)選型、安(an)裝上可(ke)以通過(guo)縮管來(lai)提高流(liu)速以增(zeng)大Re值。當(dang)管徑縮(suo)小爲原(yuan)來的1/n,Re可(ke)提💃🏻高n倍(bei)。其次,因(yin)液體運(yun)動粘度(du)是溫度(du)的函數(shu)，當溫度(du)升高時(shi)粘度下(xia)降，同樣(yang)可使Re增(zeng)大，從而(er)确💃🏻保正(zheng)常流量(liang)落⚽在儀(yi)表量程(cheng)下限之(zhi)上。
②堆積(ji)
　　如果被(bei)測介質(zhi)中存在(zai)粘性顆(ke)粒物質(zhi)或夾雜(za)較多纖(xian)維狀物(wu)質，則可(ke)能會逐(zhu)漸堆積(ji)在三角(jiao)柱發生(sheng)體迎流(liu)面上,使(shi)其幾何(he)形狀尺(chi)寸發生(sheng)變化,使(shi)儀表系(xi)數K也随(sui)📱之變化(hua),産生附(fu)加測量(liang)誤差。爲(wei)了減小(xiao)這個誤(wu)差，在條(tiao)件允許(xu)的情況(kuang)下,可定(ding)期清除(chu)堆積物(wu)或對被(bei)測介質(zhi)進行預(yu)處理。
③磨(mo)損
　　如果(guo)三角柱(zhu)發生體(ti)兩棱邊(bian)因某種(zhong)被測介(jie)質作用(yong)而受到(dao)磨損，雖(sui)然儀表(biao)系數K對(dui)邊緣尖(jian)銳度的(de)變化不(bu)像孔闆(pan)流量計(ji)那樣敏(min)感，但也(ye)會引起(qi)附加誤(wu)差。這就(jiu)要求定(ding)期校驗(yan)或🐉更換(huan)一次表(biao)。
④溫度變(bian)化
　　儀表(biao)系數K通(tong)常在常(chang)溫20℃左右(you))下标定(ding),如果被(bei)測介質(zhi)的溫度(du)較高♌或(huo)較低,與(yu)常溫相(xiang)差較大(da)，造成流(liu)通面🔞積(ji)變📧化而(er)引起附(fu)加誤差(cha)，因此對(dui)儀表系(xi)數K必須(xu)進行補(bu)償🏃修正(zheng)。根據固(gu)體熱膨(peng)脹定律(lü)可得到(dao)修正系(xi)🌏數K,的表(biao)達式:
Kt,=1-ax10-5(t-20)
　　式(shi)中:t-被測(ce)流體的(de)溫度;a-儀(yi)表發生(sheng)體材質(zhi)對應的(de)系🌍數(不(bu)鏽鋼、鑄(zhu)鐵a=4.88,哈氏(shi)合金鋼(gang)C2a=3.40,钛a=2.62)。
修正(zheng)後的儀(yi)表系數(shu)爲
K'=KtK=K[1-ax10-5(t-20)]
計算(suan)表明，當(dang)t>100℃或t<100℃時,有(you)必要.進(jin)行此項(xiang)修正。
(2)安(an)裝中存(cun)在的問(wen)題及其(qi)對策
　　應(ying)力式渦(wo)街流量(liang)計是依(yi)據流體(ti)力學振(zhen)動現象(xiang)中振動(dong)頻率與(yu)㊙️流速的(de)對應關(guan)系工作(zuo)。它對管(guan)道流速(su)分布畸(ji)變🌐、流動(dong)脈動及(ji)旋轉流(liu)十分敏(min)感，同時(shi)由于其(qi)感.測元(yuan)件爲壓(ya)電晶體(ti)，各種機(ji)械振動(dong)對輸出(chu)信号幹(gan)擾較大(da),僅表抗(kang)振性差(cha)。因此現(xian)場安裝(zhuang)條件要(yao)求較高(gao)。
　　爲了達(da)到測量(liang)精度，渦(wo)街流量(liang)計必須(xu)保證一(yi)定的前(qian)後直管(guan)段,并盡(jin)量避免(mian)在靠近(jin)調節閥(fa)、半開閥(fa)和🔞.截止(zhi)閥後安(an)裝流量(liang)計;測壓(ya)點和測(ce)溫點應(ying)分别在(zai)下遊側(ce)距流量(liang)計中心(xin)🙇🏻線3.5D~5.5D和6D-8D;。
　　渦(wo)街流量(liang)計的表(biao)體安裝(zhuang)不良，如(ru)接管偏(pian)大、偏小(xiao)、偏🔱移有(you)台階)或(huo)墊片突(tu)入管道(dao)都會引(yin)起測量(liang)誤差。配(pei)管内徑(jing)一般應(ying)等于或(huo)略大于(yu)流量計(ji)的内徑(jing)。如配管(guan)的實際(ji)内徑🌍略(lue)小于🚶‍♀️流(liu)量計的(de)内徑🙇‍♀️5%以(yi)内),雖不(bu)會影響(xiang)僅表的(de)固有K系(xi)數，但因(yin)流通面(mian)積突變(bian)引起表(biao)觀流速(su)變化而(er)産生附(fu)加測量(liang)誤差，這(zhe)可以通(tong)過修正(zheng)K系數來(lai)補償。修(xiu)正後的(de)儀表💃🏻系(xi)數爲
K"=K（D2/D1）2
式(shi)中:Dt-儀表(biao)實際内(nei)徑;D2-配管(guan)實際内(nei)徑。
　　當測(ce)量容易(yi)汽化的(de)液體或(huo)工作條(tiao)件接近(jin)臨界狀(zhuang)态的液(ye)🔅體時,爲(wei)防止氣(qi)穴現象(xiang)出現，設(she)計安裝(zhuang)時必須(xu)确認管(guan)✂️道内的(de)最低壓(ya)力P'，這樣(yang)才能保(bao)證渦街(jie)流量計(ji)正🈲常工(gong)作。p由下(xia)式計算(suan):
p≥2.7△p+1.3po
△p≈1.1x10-6ρv2
　　式中:p-管(guan)道内流(liu)體絕對(dui)壓力，MPa;△p-流(liu)體在.發(fa)生體前(qian)後的👨‍❤️‍👨壓(ya)㊙️差，MPa;po-在🛀🏻工(gong)作溫度(du)下流體(ti)的飽和(he)蒸汽壓(ya)，MPa;ρ--工作條(tiao)件下流(liu)體的⭐密(mi)度，kg/m³，V-流動(dong)💘流體❗的(de)流速,m/s.
儀(yi)表使用(yong)中還要(yao)注意以(yi)下問題(ti):
①安裝渦(wo)街流量(liang)計的位(wei)置要遠(yuan)離動力(li)設備和(he)變化頻(pin)繁的閥(fa)門，如管(guan)線振動(dong)較大，應(ying)在流量(liang)計前、後(hou)2D處👣加裝(zhuang)🧡固定支(zhi)架以鹹(xian)💛振;
②如管(guan)道流體(ti)的流速(su)不穩，可(ke)考慮在(zai)管線上(shang)增加穩(wen)壓裝置(zhi)或整流(liu)器來消(xiao)除流速(su)分布的(de)不均勻(yun)現象;
③由(you)于壓電(dian)晶體的(de)靈敏度(du)随溫度(du)升高而(er)大幅度(du)下降🔴，應(ying)避免在(zai)🌈測量高(gao)溫介質(zhi)（≤250℃),特别是(shi)高低溫(wen)頻繁變(bian)化的介(jie)質中使(shi)用;
④流量(liang)計的安(an)裝位置(zhi)應避開(kai)較強的(de)熱源、電(dian)場及磁(ci)場,盡量(liang)選擇🔆較(jiao)好的工(gong)作環境(jing)。
(3)現場調(diao)試中存(cun)在的問(wen)題及對(dui)策
　　由于(yu)應力式(shi)渦街流(liu)量計使(shi)用時受(shou)現場安(an)裝條件(jian)、環境條(tiao)件、所測(ce)介質的(de)實際流(liu)動狀況(kuang)和流量(liang)計的🛀🏻自(zi)身🧑🏽‍🤝‍🧑🏻因素(su)🐉等各🐕方(fang)面影響(xiang)很大,必(bi)須進行(hang)現場調(diao)試🚶,把各(ge)種因素(su)的影響(xiang)降到最(zui)低🧡。方法(fa)如下:
①應(ying)力式渦(wo)街流量(liang)計發生(sheng)體中封(feng)裝的壓(ya)電晶體(ti)有單片(pian)和🌂雙片(pian)裝兩種(zhong)，它們通(tong)過專用(yong)引線接(jie)入到轉(zhuan)換器💜輸(shu)入端。斷(duan)開接點(dian)，用萬用(yong)表檢測(ce)每兩根(gen)引線之(zhi)間、每根(gen)引線🧡與(yu)表殼之(zhi)間的✔️電(dian)阻值應(ying)≥20MQ.若有電(dian)阻值則(ze)說明探(tan)頭性能(neng)下降;若(ruo)爲🎯電阻(zu)值爲幾(ji)十千歐(ou)📱以下，則(ze)說明探(tan)頭可能(neng)損壞或(huo)專用引(yin)線受潮(chao)、被腐蝕(shi)。
②上述檢(jian)測均正(zheng)常,再用(yong)物體輕(qing)敲探頭(tou)或表體(ti)，用示波(bo)器可觀(guan)察到不(bu)規則正(zheng)弦波，或(huo)用萬用(yong)表交流(liu)電壓擋(dang)㊙️可測🙇🏻量(liang)到♈幅值(zhi)🐇100~200mV的交♉變(bian)信号，則(ze)說明探(tan)頭完好(hao)。
③NB調整時(shi)使用示(shi)波器一(yi)邊觀察(cha)電荷放(fang)大器輸(shu)出端的(de)信号波(bo)😘形，一邊(bian)進行調(diao)整。在流(liu)量爲零(ling)時最易(yi)調整,在(zai)🏃🏻‍♂️小流量(liang)時皎體(ti)流速<0.5m/s,氣(qi)體或蒸(zheng)汽流速(su)<8m/s)調整也(ye)可行。如(ru)用萬用(yong)表調整(zheng)，在流量(liang)爲零時(shi)使脈沖(chong)輸出爲(wei)零或電(dian)🏒流輸出(chu)爲4mA。
④TLA調整(zheng)起抑制(zhi)振動等(deng)幹擾的(de)作用。在(zai)NB調整效(xiao)果不明(ming)顯時，需(xu)🌍進行TLA調(diao)整。TLA調整(zheng)原則上(shang)使用示(shi)波器一(yi)邊觀察(cha)有源濾(lü)波電❄️路(lu)的輸出(chu)端及脈(mo)沖放大(da)電路的(de)輸出端(duan)的信号(hao)波形，一(yi)邊進行(hang)調整;在(zai)流量爲(wei)零時調(diao)整至脈(mo)沖輸出(chu)爲零;在(zai)小流量(liang)時液體(ti)流速<0.5m/s,氣(qi)體或蒸(zheng)汽流速(su)<8m/s)調整至(zhi)脈沖輸(shu)⛱️出爲規(gui)則的方(fang)波。
　　現場(chang)調整非(fei)常重要(yao)，同時也(ye)應該注(zhu)意檢查(cha)儀表的(de)接地是(shi)否完🐪好(hao)，電源的(de)電壓是(shi)否在規(gui)定的範(fan)圍内，負(fu)載電阻(zu)大小，電(dian)纜線連(lian)✉️接和絕(jue)緣性是(shi)否符合(he)要求等(deng)。

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