本文概述：
作为一种速度式的流量测量仪表，涡街流量计石油、电力、化工等领域有着广泛的应用。涡街流量计是一种基于利用流体自然振荡的原理制成的分离型流量计,当流体以足够大的速度经过管道中的旋涡发生体时在两侧交替地产生有规则的旋涡,这种旋涡称为卡门涡街,涡街流量计也由此得名，本文通过介绍了涡街流量计的工作原理及特点,结合我厂长期使用的经验,介绍涡街流量计选型及安装使用过程中必须注意的一些问题。
一、涡街流量计的工作原理：
涡街流量的工作原理可见图1所示。旋涡列在旋涡发生体下游非对称地排列。设旋涡的发生频率为f,被测介质来流的平均速度为U,旋涡发生体迎面宽度为d,表体通径为D,根据卡门涡街原理,有如下关系式:
f=SrU1/d=SrU/md(1)
式中U1--旋涡发生体两侧平均流速,m/s;
Sr--斯特劳哈尔数;
m--旋涡发生体两侧弓形面积与管道横截面
面积之比:
管道内体积流量q为:
q=πD2U/4=πD2mdf/4Sr(2)
K=f/q=[πD2md/4Sr]-1 (3)
q=f/K=f/[πD2md/4Sr]-1 (4)
在涡街流量表中,旋涡发生体、管道的几何尺寸决定了仪表的K值,而斯特劳哈尔数与旋涡发生体形状及雷诺数有关,圆柱状旋涡发生体的斯特劳哈尔数与管道雷诺数的关系如图2所示。
显然,在ReD=2×104～7×106范围内的雷诺数可视为常数,这使得仪表在此范围内可以正常工作。因此,可以通过装在柱体内部的压电探头测量流体出的频率,经过放大后变成脉冲信号,从而计算出流体的流量。
二、 涡街流量计在我厂的使用情况
涡街流量计在我厂已有十几年的使用历史。由于具有结构简单、测量范围宽、安装方便、日常维护费用低等优点,涡街流量计的用户中数量已从初十几户发展到现在四十几户。热用户流量表型号的统一也有利于电厂人员日常维护及管理。随着电子技术的发展,流量计由初的分体式发展到现在的一体化智能式。而日常巡视制度的完善、仪表检测手段的提升、远程抄表系统的建立也为涡街流量计的正常运行提供了有力保障。
三、 涡街流量计的选型
在热网中,各类用户的生产方式差异很大,有的用户连续生产,终年热负荷都很稳定;有的用户负荷随季节变化较明显,如以采暖设备为主要负荷的用户,夏季流量与冬季流量相差较大;而另一类用户,仅单班生产,多数时间热负荷为零。但的来说,范围度是这种用途的仪表须考虑的重要问题。在热网的测量应用中,一般主要考虑测量饱和蒸汽的流量不得低于涡街流量计的下限,以满足流体流速不得低于5m/s。用户端的管道一般在设计上可供几个设备同时使用,但有时候由于生产需要部分设备不使用,使用汽流量减小,实际造成原设计选型口径过大,相当于提高了可测的流量下限,当管道小流量时指示无法保证仪表的精度。因此,要尽量采用小点的口径,以保证测量精度。
涡街流量计的选型是用好流量计的关键环节。有些场所由于工艺由于管道没有充满介质,而用户不愿意缩管,甚至出了所选流量计的使用范围而无法测量。因此流量计选型时应先初步估算,结合温度和压力再计算出流量范围,按照流量范围再选择流量计的口径,避免处于测量的下限而导致测量精度的大大降低。涡街流量计的仪表口径及规格要遵循以下原则进行选择:
(1)明确流体的名称、成分。(2)明确工作状态的大、常用、小流量。(3)明确高、常用、低工作压力和工作温度。(4)工作状态下介质的黏度。(5)根据被测流体状态的不同(液体、气体、蒸汽)进行仪表流量范围、口径大小的计算与选择。
四、 涡街流量计的安装
涡街流量计的安装也是使用中的重要环节,如果安装不当,不仅影响测量的精度,而且会影响仪表的寿命,甚至损坏仪表。涡街流量计的安装一般遵守以下要求:
(1)安装场所和环境的选择:要避开大功率电器、高频设备及高压线及强电源开关设备;周围不能有高温高辐射设备,电源应不能和大电机同路且应有可靠接地;避开强烈震动场所。
(2)流量计前有弯头、口径变管、阀门时,流量计的上下游必须有够的直管段,其长度要求如图3所示。
(3)在水平管道上,若被测气体中含有少量的液体,传感器应安装在管线的较高处;相反,则传感器应安装在管线的较低处。
(4)在垂直管道上,若被测气体中含有少量的液体,传感器的流向应由下向上;相反,传感器的流向应该由上往下,这样不会将液体重量额外附加在探头上。
(5)测量过热蒸汽,饱和蒸汽和低温液体时,若条件允许好采用侧装,这样流体的温度对放大器的影响较小。
(6)当需要在传感器附近测量压力和温度时,测压点应在传感器下游的3-5D处,测温点应在传感器下游的6-8D处。
五、涡街流量计使用中应注意的几个问题
5.1 震动和干扰
涡街流量计是一种基于震动原理的仪表,对机械震动、流体流动的震动特别敏感,因此应避免安装在强烈振动的管道上,以免影响测量精度,特别是管道的横向振动会导致管道内的流体随之振动,从而使仪表产生附加误差。振动幅度大于0.2g应安装减振支架。
空间高频率电磁干扰通过信号线和电源线的分布电容耦合到仪表的输入端,对涡街流量计信号构成干扰,消除这种干扰的影响主要通过增加金属防护罩解决。而低频电磁干扰,特别是民用电源(AC220V,50Hz)是主要的干扰源,这种干扰与仪表信号线的敷设、安装位置、安装方式、工作环境、接地环境及方式有很大关系。电源的干扰降低流量测量效果,使输出信号误差增大。其检查方法可以通过公式:f=q*K计算出结果,若f=50,则可以判定仪表受到电源干扰。避免电源干扰,主要通过合理选择安装地点,增加信号线与电源线之间的间隔,流量计信号采用单独接地等措施解决。
5.2 防雷、防雨
防雷、防雨在涡街流量计的使用中是一项比较重要的工作,主要因为:仪表及仪表箱通常安装在室外,风吹雨淋,容易被锈蚀氧化,使接地效果越来越差;高空架设的电线也是雷击的对象,GPRS无线抄表系统中的远传通信特别容易受到雷击波的冲击引起仪表损坏;雷电对涡街流量计的损坏主要通过以下方式:1、雷电经过电源部分侵入烧坏仪表。2、雷电产生的同时伴随强大磁场仪表电子元件产生磁感应,瞬间生成强电压和电流,击穿绝缘烧坏仪表。
5.3 雷电脉冲波经过无线网络侵入流量仪烧坏通讯芯片或仪表
基于以上原因,安装在室外的流量计必须加装防雨罩,以免流量变送器进水,损坏电子元件。
通常采用的防雷方案:(1)外部防雷:包括避雷针、避雷带、引下线、接地极等等。(2)内部防雷:在需要保护设备的前端安装合适的防雷器,使设备、线路与大地形成一个有条件的等电位体。
5.4 参数设置
虽然涡街流量计的主要参数在出厂时已设置好,但使用中有时必须根据现场实际情况进行相应的调整。其重要参数的正确性是仪表精度的保证。
(1)仪表系数:是涡街流量计中一个核心参数,它只与仪表的尺寸及漩涡发生体的形状有关。虽然使用一段时间后有微笑变化,但除非经过质量部门校验,一般不允许修改。
(2)小信号切除:一般工业用户管道都会有一定的振动,因此会产生假的流量信号,特别停汽状态下,会对涡街流量计计量产生较大影响,而小信号切除功能正好可以去掉假的流量信号,避免产生结算误差。
(3)仪表不灵敏区:该参数用来检出有用信号,克服无用噪声。在用户设置好系统增益参数后,再根据信号强度来设置系统阈值。一般情况下,系统阈值数设为信号强度低值的1/3～1/4。
六、 结语
涡街流量计以其的优点在热网蒸汽计量中广泛应用,但其安装、使用条件比较复杂。随着电子技术的不断发展,涡街流量计的性能必将得到更大的提升,比能更好地满足各类用户的需求。
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