摘(zhai)要：渦(wo)街流(liu)量計(ji) 因其(qi)儀表(biao)系數(shu)與流(liu)體特(te)性無(wu)關、精(jing)度高(gao)、寬量(liang)程比(bi)和低(di)壓損(sun)等優(you)點，在(zai)化工(gong)領域(yu)的應(ying)用越(yue)來越(yue)廣。以(yi)熱解(jie)分級(ji)煉制(zhi)新工(gong)藝對(dui)煤及(ji)液化(hua)殘渣(zha)進行(hang)煉制(zhi)利用(yong)中的(de)産品(pin)之一(yi)熱解(jie)氣爲(wei)例，介(jie)紹渦(wo)街流(liu)量計(ji)的選(xuan)型設(she)計。
　　我(wo)國低(di)階煤(mei)資源(yuan)儲藏(cang)豐富(fu)，占可(ke)采儲(chu)量40?以(yi)上。然(ran)而它(ta)的高(gao)效利(li)用一(yi)直是(shi)業内(nei)努力(li)攻克(ke)的難(nan)題。低(di)階煤(mei)含水(shui)量高(gao)，熱值(zhi)低，機(ji)械🏃強(qiang)度低(di)，化學(xue)穩定(ding)性差(cha)。采用(yong)熱解(jie)🔞分級(ji)煉制(zhi)新工(gong)藝對(dui)煤及(ji)液化(hua)殘渣(zha)進行(hang)煉🎯制(zhi)利用(yong)，在溫(wen)和的(de)條件(jian)下對(dui)原料(liao)進行(hang)加工(gong)處理(li)，分步(bu)驟地(di)将其(qi)中有(you)用的(de)成❌分(fen)充分(fen)提取(qu)🐆出來(lai)，得到(dao)的産(chan)品之(zhi)一爲(wei)熱解(jie)氣，去(qu)除焦(jiao)油後(hou)的熱(re)解氣(qi)組成(cheng)見表(biao)1，采用(yong)渦街(jie)流量(liang)計對(dui)其💚進(jin)行測(ce)量。

1渦(wo)街流(liu)量計(ji)概述(shu)
　　渦街(jie)流量(liang)計是(shi)20世紀(ji)70年代(dai)發展(zhan)起來(lai)的一(yi)種新(xin)型流(liu)量🤩儀(yi)表，80年(nian)❄️代制(zhi)定了(le)渦街(jie)流量(liang)計專(zhuan)業标(biao)準（ZBN12008-1989)和(he)檢測(ce)規程(cheng)📧（JJG620-1989)。渦街(jie)♌流量(liang)計目(mu)前已(yi)發展(zhan)成爲(wei)主流(liu)流量(liang)儀表(biao)之一(yi)，因其(qi)有諸(zhu)多優(you)點，吸(xi)引了(le)國内(nei)外衆(zhong)多研(yan)究者(zhe)和企(qi)業的(de)關注(zhu)。研究(jiu)者從(cong)多方(fang)面對(dui)其進(jin)🐇行深(shen)入的(de)研究(jiu)：①旋渦(wo)發生(sheng)體的(de)研究(jiu)[1，2+;②壓電(dian)傳感(gan)器探(tan)頭位(wei)置的(de)研究(jiu)[3];③數字(zi)信号(hao)處理(li)方法(fa)的研(yan)究[4];④渦(wo)街信(xin)号檢(jian)測方(fang)法的(de)研究(jiu)[5];⑤數值(zhi)仿真(zhen)方法(fa)的研(yan)究[6]。
　　在(zai)衆多(duo)流量(liang)計中(zhong)，渦街(jie)流量(liang)計的(de)安裝(zhuang)、運行(hang)、維護(hu)費低(di)于節(jie)流式(shi)、容積(ji)式等(deng)，購置(zhi)費低(di)于容(rong)積式(shi)、質量(liang)式等(deng)，是一(yi)種實(shi)用性(xing)和經(jing)濟性(xing)都較(jiao)好的(de)流量(liang)計，受(shou)到用(yong)戶廣(guang)🛀🏻泛歡(huan)迎。該(gai)流量(liang)計優(you)點🔆如(ru)下：
(1)在(zai)一定(ding)雷諾(nuo)數Re範(fan)圍内(nei)（2X104~2X106)，輸出(chu)頻率(lü)信号(hao)不受(shou)流體(ti)物性(xing)（密🈲度(du)🚶、粘度(du)）和組(zu)分變(bian)化影(ying)響，即(ji)儀表(biao)系數(shu)僅與(yu)旋渦(wo)發生(sheng)體的(de)形❓狀(zhuang)尺寸(cun)及管(guan)道的(de)形狀(zhuang)尺寸(cun)有關(guan)，可以(yi)在一(yi)種典(dian)型介(jie)質中(zhong)🌂校驗(yan)而适(shi)用于(yu)各種(zhong)介質(zhi)。
(2)高(差(cha)壓、計(ji)比較(jiao)）。
(3)量程(cheng)比可(ke)達10:1或(huo)20:1，目前(qian)已有(you)廠家(jia)在研(yan)制适(shi)用于(yu)氣體(ti)測量(liang)能達(da)到80S的(de)渦街(jie)流量(liang)計。
(4)壓(ya)損小(xiao)（約爲(wei)孔闆(pan)流量(liang)計的(de)25%-50%)，大幅(fu)度降(jiang)低能(neng)耗。
(5)結(jie)構簡(jian)單牢(lao)固，安(an)裝維(wei)護方(fang)便。
(6)使(shi)用範(fan)圍廣(guang)，可測(ce)量液(ye)體、氣(qi)體、蒸(zheng)汽和(he)部分(fen)混相(xiang)流體(ti)。
2渦街(jie)流量(liang)計的(de)參數(shu)計算(suan)
2.1工作(zuo)狀态(tai)和标(biao)準狀(zhuang)态下(xia)的體(ti)積流(liu)量換(huan)算
　　渦(wo)街流(liu)量計(ji)的輸(shu)出信(xin)号是(shi)與工(gong)作狀(zhuang)态的(de)體積(ji)流🈚量(liang)成♉正(zheng)比例(li)，氣體(ti)的體(ti)積流(liu)量受(shou)溫度(du)、壓力(li)影響(xiang)較大(da)，在流(liu)量計(ji)選🌈型(xing)時💛，若(ruo)提供(gong)的流(liu)量是(shi)标準(zhun)狀态(tai)下❗的(de)體積(ji)🈲流量(liang)或❗質(zhi)量流(liu)量，應(ying)把🤩它(ta)換算(suan)成工(gong)作狀(zhuang)态😄下(xia)的體(ti)積流(liu)量。

　　式(shi)中，qv、qn分(fen)别爲(wei)工作(zuo)狀态(tai)和标(biao)準狀(zhuang)态下(xia)的體(ti)積流(liu)量，m3/h;P、Pn分(fen)别爲(wei)工作(zuo)🤩狀态(tai)和标(biao)準狀(zhuang)态下(xia)的絕(jue)對壓(ya)力，PaT、Tn、分(fen)别爲(wei)工🌈作(zuo)狀🔱态(tai)和标(biao)準狀(zhuang)态下(xia)的熱(re)力學(xue)溫度(du)，K。
23雷諾(nuo)數、壓(ya)力損(sun)失和(he)背壓(ya)的計(ji)算
　　在(zai)渦街(jie)流量(liang)計選(xuan)擇流(liu)量計(ji)通徑(jing)時，主(zhu)要是(shi)對流(liu)量下(xia)限值(zhi)進行(hang)核算(suan)雷諾(nuo)數，最(zui)小雷(lei)諾數(shu)不應(ying)低于(yu)下限(xian)雷諾(nuo)數，即(ji)雷諾(nuo)數Re≥2×104。在(zai)測量(liang)介質(zhi)爲液(ye)态時(shi)，還應(ying)檢查(cha)最小(xiao)工作(zuo)壓力(li)是否(fou)✨高于(yu)工作(zuo)溫度(du)下的(de)飽和(he)蒸汽(qi)壓，即(ji)是否(fou)産生(sheng)氣穴(xue)現象(xiang)。
⑴雷諾(nuo)數Re是(shi)一個(ge)表針(zhen)流體(ti)慣性(xing)力與(yu)粘性(xing)力之(zhi)比的(de)無✂️量(liang)綱量(liang)：

式中(zhong)，Q爲體(ti)積流(liu)量，m3/h;D爲(wei)流量(liang)計内(nei)徑，mm;v爲(wei)運動(dong)粘度(du)，m2/s。
(2)壓力(li)損失(shi)：選擇(ze)流量(liang)計時(shi)，通常(chang)可能(neng)會對(dui)流量(liang)計的(de)通徑(jing)進行(hang)适當(dang)縮小(xiao)，以取(qu)得較(jiao)大流(liu)速和(he)合适(shi)的流(liu)量量(liang)程。但(dan)是如(ru)果縮(suo)徑過(guo)于嚴(yan)重，可(ke)能會(hui)導緻(zhi)較大(da)🔞的壓(ya)力損(sun)失，能(neng)耗會(hui)增加(jia)，因此(ci)⛹🏻‍♀️在選(xuan)擇流(liu)量計(ji)的通(tong)徑時(shi)，也需(xu)☎️要适(shi)當考(kao)慮壓(ya)力損(sun)🔆失，盡(jin)可能(neng)減小(xiao)壓力(li)損失(shi)。壓力(li)損失(shi)ΔP計算(suan)：
ΔP=1.1×10-5ρ?V2（3）
　　式中(zhong)，ΔP爲壓(ya)力損(sun)失，kg/m2;ρ爲(wei)流體(ti)密度(du)，kg/m3;V爲流(liu)速，m/s。
(3)背(bei)壓：測(ce)量液(ye)體的(de)流量(liang)時，要(yao)确認(ren)工藝(yi)管道(dao)的壓(ya)力對(dui)于較(jiao)小的(de)👄公稱(cheng)通徑(jing)而言(yan)有足(zu)夠大(da)的背(bei)壓，避(bi)免氣(qi)穴産(chan)生。流(liu)量計(ji)下遊(you)的🙇‍♀️管(guan)道壓(ya)力應(ying)滿足(zu)。
P≥2.7ΔP+1.3P0（4）
式中(zhong)，P爲流(liu)量計(ji)下遊(you)3.5~7.5D的最(zui)小管(guan)道壓(ya)力，kg/cm2（A）；P0爲(wei)液體(ti)的飽(bao)和蒸(zheng)汽壓(ya)，kg/cm2。
（4）根據(ju)工藝(yi)要求(qiu)及現(xian)成安(an)裝環(huan)境選(xuan)擇耐(nai)壓、耐(nai)溫等(deng)級、防(fang)護等(deng)級、防(fang)爆等(deng)級、輸(shu)出信(xin)号等(deng)。
3測量(liang)熱解(jie)氣的(de)渦街(jie)流量(liang)計的(de)選型(xing)設計(ji)
　　熱解(jie)氣的(de)組分(fen)如表(biao)1所述(shu)，其工(gong)藝參(can)數：操(cao)作密(mi)度0.63kg/m3，運(yun)㊙️動粘(zhan)度2X10_5m2/s，操(cao)作溫(wen)度48.9℃，操(cao)作壓(ya)力7.5kPa，管(guan)道DN80，最(zui)小流(liu)量50Nm3/h，正(zheng)常流(liu)量100Nm3/h，最(zui)📧大流(liu)量150Nm3/h，儀(yi)表測(ce)量範(fan)圍選(xuan)擇0?180Nm3/h。
　　在(zai)裝置(zhi)運行(hang)的過(guo)程中(zhong)，業主(zhu)可能(neng)會根(gen)據需(xu)要适(shi)當調(diao)整參(can)數，因(yin)此選(xuan)擇量(liang)程比(bi)寬一(yi)些的(de)流量(liang)計會(hui)有助(zhu)于🌈調(diao)整後(hou)的測(ce)量;另(ling)外熱(re)解氣(qi)作爲(wei)産品(pin)之一(yi)，其流(liu)量是(shi)驗證(zheng)工藝(yi)與關(guan)鍵設(she)備的(de)工程(cheng)可行(hang)性、優(you)化工(gong)藝參(can)數💃的(de)關鍵(jian)參⛹🏻‍♀️數(shu)之一(yi)，因此(ci)使用(yong)精🧑🏽‍🤝‍🧑🏻度(du)高一(yi)些的(de)流量(liang)計也(ye)是有(you)必要(yao)的；熱(re)解氣(qi)的組(zu)❤️分随(sui)着參(can)數的(de)調整(zheng)也可(ke)能會(hui)發生(sheng)變化(hua)，因此(ci)基于(yu)伯努(nu)利方(fang)程原(yuan)理的(de)，如 孔(kong)闆流(liu)量計(ji) 、噴嘴(zui)、 阿牛(niu)巴流(liu)量計(ji) 、德爾(er)塔巴(ba)流量(liang)計、 平(ping)衡流(liu)量計(ji) 等都(dou)不能(neng)很好(hao)的測(ce)量，因(yin)爲這(zhe)類流(liu)量計(ji)受流(liu)體物(wu)性（密(mi)🔴度🚶、粘(zhan)度）和(he)組分(fen)變化(hua)影響(xiang)，且最(zui)終的(de)熱解(jie)氣産(chan)㊙️品或(huo)多或(huo)少都(dou)❤️有焦(jiao)🍉油的(de)☂️存在(zai)，時間(jian)長了(le)可能(neng)堵塞(sai)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻流量(liang)計。楔(xie)形流(liu)量計(ji)帶🏃🏻有(you)自清(qing)潔功(gong)能，如(ru)果采(cai)用法(fa)蘭取(qu)壓，變(bian)送器(qi)采用(yong)隔膜(mo)密封(feng)式變(bian)送器(qi)，其受(shou)焦油(you)❄️的影(ying)響較(jiao)小， 楔(xie)形流(liu)量計(ji) 計算(suan)結果(guo)分别(bie)見圖(tu)1和圖(tu)2。

　　當H/D比(bi)爲0.2時(shi)，其壓(ya)力損(sun)失達(da)到4kPa，已(yi)經大(da)于操(cao)作壓(ya)力的(de)🐆一☎️半(ban)，此種(zhong)👅方案(an)不可(ke)可取(qu)，當H/D比(bi)爲0.3時(shi)，其壓(ya)力損(sun)失爲(wei)1.09kPa，可以(yi)⭕接受(shou)，但最(zui)小流(liu)量時(shi)🔅差壓(ya)隻有(you)0.11Kpa，甚至(zhi)正常(chang)流量(liang)時的(de)差壓(ya)也有(you)隻有(you)0.45kpa，由于(yu)采用(yong)的是(shi)隔膜(mo)密封(feng)式變(bian)送器(qi)，此時(shi)🐉的精(jing)度無(wu)法保(bao)證；另(ling)一類(lei)是基(ji)于線(xian)性連(lian)續方(fang)程原(yuan)理的(de)，如渦(wo)街流(liu)量計(ji)、質量(liang)流量(liang)計等(deng)，考慮(lü)到爲(wei)一個(ge)實♊驗(yan)裝置(zhi)，質量(liang)流量(liang)💯計價(jia)格昂(ang)貴，因(yin)此綜(zong)合考(kao)慮介(jie)🆚質和(he)裝置(zhi)的特(te)殊性(xing)、壓損(sun)、精度(du)和費(fei)用等(deng)因素(su)，選用(yong)渦街(jie)流量(liang)計測(ce)量熱(re)解氣(qi)的流(liu)量。
由(you)式1可(ke)得最(zui)小流(liu)量對(dui)應的(de)工作(zuo)狀态(tai)下的(de)體積(ji)流🌏量(liang)：

　　由上(shang)述計(ji)算結(jie)果可(ke)知，當(dang)流量(liang)計縮(suo)徑至(zhi)DN40時，雷(lei)諾數(shu)即🔞可(ke)滿足(zu)要求(qiu)。
按式(shi)（3）可以(yi)核算(suan)下DN50和(he)DN40口徑(jing)下的(de)最大(da)壓損(sun)：
DN50時：

　　從(cong)圖3可(ke)見，出(chu)流量(liang)計口(kou)徑爲(wei)DN80時，最(zui)小流(liu)量無(wu)法測(ce)量；流(liu)量計(ji)口徑(jing)縮徑(jing)至DN50時(shi)，最小(xiao)流量(liang)可測(ce)（此時(shi)流體(ti)的雷(lei)諾🤟數(shu)非常(chang)接🐆近(jin)2*104），但此(ci)時♈的(de)流量(liang)精度(du)稍微(wei)差些(xie)；流量(liang)計口(kou)徑縮(suo)徑至(zhi)DN40時，最(zui)小流(liu)量可(ke)測，且(qie)精度(du)也能(neng)得到(dao)保證(zheng)。用上(shang)述公(gong)式計(ji)算的(de)壓損(sun)與軟(ruan)件⚽計(ji)算出(chu)來❄️也(ye)基本(ben)抑制(zhi)🌏，差别(bie)來自(zi)計算(suan)值。如(ru)果流(liu)量計(ji)縮徑(jing)至DN25時(shi)，流量(liang)計的(de)🏃🏻壓損(sun)已經(jing)達到(dao)7.6kpa，壓損(sun)較大(da)，無法(fa)滿足(zu)工藝(yi)要求(qiu)。因此(ci)選擇(ze)DN40口徑(jing)的流(liu)量計(ji)能滿(man)足要(yao)求。對(dui)于DN50口(kou)徑的(de)方案(an)，如果(guo)流量(liang)大于(yu)54Nm3/h時，流(liu)量計(ji)的🏒精(jing)度爲(wei)此款(kuan)流量(liang)計🆚的(de)精度(du)，
　　爲1.0%，當(dang)流量(liang)爲50Nm3/h時(shi)，此時(shi)流量(liang)可測(ce)，隻是(shi)精度(du)稍差(cha)寫，約(yue)✌️爲♍1.81%，但(dan)流量(liang)計的(de)壓損(sun)會小(xiao)很多(duo)，從節(jie)能降(jiang)耗方(fang)面考(kao)🍓慮，選(xuan)擇DN50口(kou)徑的(de)流量(liang)計也(ye)是可(ke)以的(de)，綜上(shang)，選擇(ze)DN40口徑(jing)和DN50口(kou)徑的(de)渦街(jie)流量(liang)計🤞都(dou)能滿(man)足要(yao)求。
　　操(cao)作溫(wen)度爲(wei)48.9℃，沒有(you)特殊(shu)性，選(xuan)擇普(pu)通的(de)渦街(jie)流量(liang)計即(ji)可；根(gen)據現(xian)場情(qing)況，流(liu)量計(ji)爲露(lu)天安(an)裝，防(fang)護等(deng)級選(xuan)擇IP65即(ji)可；根(gen)據《爆(bao)炸危(wei)險環(huan)境電(dian)力裝(zhuang)置設(she)計規(gui)範㊙️》GB50058-2014，各(ge)介質(zhi)所在(zai)組别(bie)屬于(yu)危險(xian)物料(liao)，見表(biao)2.因此(ci)儀表(biao)防爆(bao)标志(zhi)選擇(ze)ExiaIICT4Gb即能(neng)滿足(zu)要求(qiu)。根據(ju)項目(mu)統🆚一(yi)要求(qiu)輸出(chu)信号(hao)選擇(ze)爲4~20mA+HART。

　　至(zhi)此，渦(wo)街流(liu)量計(ji)的選(xuan)型已(yi)經完(wan)成，但(dan)考慮(lü)到熱(re)解氣(qi)🔞中焦(jiao)油的(de)存在(zai)，選擇(ze)渦街(jie)流量(liang)計時(shi)，需要(yao)注意(yi)：1不能(neng)選用(yong)因❌爲(wei)技術(shu)需要(yao)而在(zai)渦街(jie)流量(liang)計中(zhong)設計(ji)了🍓小(xiao)孔結(jie)💯構的(de)流♻️量(liang)計，因(yin)爲焦(jiao)油有(you)可能(neng)堵塞(sai)這些(xie)孔，從(cong)而失(shi)去其(qi)原有(you)的作(zuo)用；2焦(jiao)油有(you)可能(neng)附着(zhe)在漩(xuan)渦發(fa)生體(ti)上，從(cong)而改(gai)變其(qi)結🔴構(gou)，影響(xiang)測量(liang)🛀精度(du)，因此(ci)需要(yao)采用(yong)帶防(fang)粘附(fu)作用(yong)的發(fa)生💚體(ti)，另外(wai)考慮(lü)到熱(re)解氣(qi)中焦(jiao)油🌂含(han)量較(jiao)小，且(qie)由于(yu)漩渦(wo)的存(cun)在，其(qi)有剝(bao)離附(fu)着發(fa)生體(ti)上的(de)焦油(you)作用(yong)，因此(ci)認爲(wei)對流(liu)量精(jing)度的(de)影響(xiang)較小(xiao)。
4結語(yu)
　　目前(qian)項目(mu)已經(jing)開車(che)成功(gong)，渦街(jie)流量(liang)計現(xian)場使(shi)用效(xiao)果特(te)别☁️好(hao)☂️，在整(zheng)個實(shi)驗過(guo)程中(zhong)，都能(neng)很好(hao)的測(ce)出熱(re)解氣(qi)的流(liu)量。現(xian)場的(de)⭕使用(yong)結果(guo)表明(ming)，在發(fa)生體(ti)帶防(fang)❤️粘附(fu)作用(yong)情況(kuang)下，低(di)含量(liang)的焦(jiao)⭐油對(dui)流量(liang)計的(de)測量(liang)精度(du)影響(xiang)不大(da)。目前(qian)化工(gong)廠常(chang)用的(de)流量(liang)計節(jie)流裝(zhuang)置孔(kong)闆等(deng)，其❌受(shou)流體(ti)物性(xing)💛影響(xiang)大，量(liang)程比(bi)一般(ban)隻有(you)❓3:1，且容(rong)易出(chu)現堵(du)塞，直(zhi)管段(duan)要求(qiu)甚至(zhi)高達(da)50倍管(guan)徑，另(ling)外導(dao)壓系(xi)統還(hai)容易(yi)出現(xian)洩露(lu)。渦街(jie)流量(liang)計因(yin)其儀(yi)表🌈系(xi)數與(yu)流體(ti)特性(xing)無關(guan)（氣液(ye)通用(yong)）、精度(du)☁️高、寬(kuan)量程(cheng)比和(he)低壓(ya)損等(deng)優點(dian)，是節(jie)流裝(zhuang)💰置的(de)理想(xiang)替代(dai)品，但(dan)隻有(you)正确(que)設計(ji)、正确(que)選型(xing)以及(ji)正确(que)安裝(zhuang)的條(tiao)件下(xia)才能(neng)發揮(hui)其🐪應(ying)有的(de)作用(yong)。

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