淺談渦街流量計在蒸汽計量中的應用

一、概述
LUGB 型渦街流量計是孔板流量計好理想的替代產品.渦街流量計是基于卡門渦街原理而研制成功的一種具有國際先進水平的新型流量計, 由于它具有其它流量計不可兼得的優點, 自七十年代以來得到了迅速發展, 據有關資料顯示,現在日本、歐美等發達國家使用渦街流量計的比例大幅度上升, 已廣泛應用于各個領域,將在未來流量儀表中占主導地位。
二、工作原理
     在流體中設置旋渦發生體(阻流體),從旋渦發生體兩側交替地產生有規則的旋渦, 這種旋渦稱為卡曼渦街, 旋渦列在旋渦發生體下游非對稱地排列。設旋渦的發生頻率為f, 被測介質來流的平均速度為U,旋渦發生體迎面寬度為d, 表體通徑為D,根據卡曼渦街原理,有如下關系式
f =S rU1 /d =S rU /md (1)
式中　U1———旋渦發生體兩側平均流速, m /s;
Sr———斯特勞哈爾數;
m———旋渦發生體兩側弓形面積與管道橫截面面積之比

式中K———流量計的儀表系數, 脈沖數/m3
(P /m3 )。
     K 除與旋渦發生體、管道的幾何尺寸有關外, 還與斯特勞哈爾數有關。斯特勞哈爾數為無量綱參數, 它與旋渦發生體形狀及雷諾數有關, 圖1 所示為圓柱狀旋渦發生體的斯特勞哈爾數與管道雷諾數的關系圖。由圖可見,在ReD =2 ×104 ～ 7 ×106范圍內, S r可視為常數,這是儀表正常工作范圍。當測量氣體流量時, 渦街流量計的流量計算式為

式中　qVn , qV ———分別為標準狀態下(0℃或20℃, 101.325kPa )和工況下的體積流量, m3 /h;
Pn, P———分別為標準狀態下和工況下的絕對壓力, Pa;
Tn, T———分別為標準狀態下和工況下的熱力學溫度, K;
Zn, Z———分別為標準狀態下和工況下氣體壓縮系數。
      由上式可見, 渦街流量計輸出的脈沖頻率信號不受流體物性和組分變化的影響, 即儀表系數在一定雷諾數范圍內僅與旋渦發生體及管道的形狀尺寸等有關。但是作為流量計在物料平衡及能源計量中需檢測質量流量, 這時流量計的輸出信號應同時監測體積流量和流體密度,流體物性和組分對流量計量還是有直接影響的。

三、儀表的選型
        儀表的正確選型是儀表正常使用的關鍵,實際應用中,太多的故障是由于儀表的選型不合理造成的, 詳細了解現場應用的工況條件及介質參數, 選擇合適的壓力,溫度,防護, 防爆等級及材質, 結構方式, 以保證儀表能運行在非常好的狀態。對于蒸汽的計量選擇合適的渦街流量計, 我認為主要按以下步驟進行:
1.首先了解所測量的工作介質, 是飽和蒸汽還是過熱蒸汽。
2.確定流量的使用范圍:好大流量和好小流量。
3.了解介質的好高、常用、好低工作壓力和工作溫度;(對于飽和蒸汽, 只需知道壓力或溫度即可)
4.查表得出工作狀態下的密度。
5.根據以上數據, 對于飽和蒸汽, 我們可以從該表的說明書中的飽和蒸汽的流量范圍表中查找出好接近的流量表. (過熱蒸汽可依據相應的密度從飽和蒸汽流量表中查的)
6.好后根據現場的工作環境選擇是使用一體式的還是分離式的。(例如介質溫度較高)
四、安裝:
1.渦街流量計屬于對管道流速分布畸變、旋轉流和流動脈動等敏感的流量計,因此,對現場管道安裝條件應充分重視,遵照生產廠使用說明書的要求執行。
2.減小振動對渦街流量計的影響應該作為渦街流量計現場安裝的一個突出問題來關注。首先在選擇傳感器安裝場所時盡量注意避開振動源。其次采用彈性軟管連接在小口徑中可以考慮。第三, 加裝管道支撐物是有效的減振方法,
3.在渦街流量計上游2 -10D處取測壓點,在流量計下游5 - 10D處取測溫點,測溫元件應探入管道內部且迎向流體方向。
五、常見故障現象及解決方法
1.通電后無流量時有輸出信號?？赡茉?)輸入屏蔽或接地不良, 引入電磁干擾2)儀表靠近強電設備或高頻脈沖干擾源3)管道有較強振動4)轉換器靈敏度過高。處理方法:1)改善屏蔽與接地, 排除電磁干擾2)遠離干擾源安裝, 采取隔離措施加強電源濾波3)采取減震措施, 加強信號濾波降低放大器靈敏度4)降低靈敏度,提高觸發電平

2.通電通流后無輸出信號?？赡茉?)電源出故障2)輸入信號線斷線3)放大器某級有故障4)檢測元件損壞5)無流量或流量過小6)管道堵塞或傳感器被卡死。處理方法:1)檢查電源與接地2)檢查信號線與接線端子3)檢測工作點, 檢查元器件4)檢查傳感元件及引線, 檢查閥門,增大流量或縮小管徑5)檢查清理管道, 清洗傳感器。

3.輸出信號不規則不穩定, 可能原因:1)有較強電干擾信號2)傳感器被沾污或受潮, 靈敏度降低3)傳感器靈敏度過高4)傳感器受損或引線接觸不良5)出現兩相流或脈動流6)管道震動的影響7)工藝流程不穩定8)傳感器安裝不同心或密封墊凸入管內9)上下游閥門擾動10)流體未充滿管道11)發生體有纏繞物12)存在氣穴現象。處理方法:1)加強屏蔽和接地2)清洗或更換傳感器, 提高放大器增益3)降低增益, 提高觸發電平4)檢查傳感器及引線5)加強工藝流程管理, 消除兩相流或脈動流現象6)采取減震措施7)調整安裝位置8)檢查安裝情況, 改正密封墊內徑。9)加長直管段或加裝流動調整器10)更換裝流量傳感器地點和方式11)消除纏繞物12)降低流速, 增加管內壓力

        經過幾年的使用, 我們發現渦街流量計非常適合外供熱用戶的蒸汽計量, 同時也得到了廣大用戶的肯定, 但是, 現在的我們國產的渦街流量計還不夠規范, 還不夠標準, 我們期待, 隨著技術的不斷進步, 國產渦街流量計能夠越來越規范, 測量精度越來越高, 更加方便我們用戶的使用。