轻烃气流量计

 轻烃气流量计主要用于工业管道介质流体的流量测量,如气体、液体、蒸气等多种介质。其特点是压力损失小,量程范围大,精度高,在测量工况体积流量时几乎不受流体密度、压力、温度、粘度等参数的影响。无可动机械零件，因此可靠性高,维护量小。仪表参数能长期稳定,也有数字脉冲信号输出,容易与计算机等数字系统配套使用,是一种比较*、理想的流量仪表。

二、工作原理：

轻烃气流量计工作原理是由设计在流场中的旋涡发生体、检测探头及相应的电子线路等组成。当流体流经旋涡发生体时，它的两侧就形成了交替变化的两排旋涡，这种旋涡被称为卡门涡街。在卡门涡街理论的基础上又提出了卡门涡街的频率与流体的流速成正比，并给出了频率与流速的关系式：f = St × V/d 式中:

f 涡街发生频率 （Hz）

V 旋涡发生体两侧的平均流速（m/s ）

St 斯特罗哈尔系数（常数）

这些交替变化的旋涡就形成了一系列交替变化的负压力，该压力作用在检测探头上，便产生一系列交变电信号，经过前置放大器转换、整形、放大处理后，输出与旋涡同步成正比的脉冲频率信号（或标准信号）。

三、流量计使用选择及应用：

1、为了使用方便，电池供电型采用微功耗高新技术，采用锂电池供电可不间断运行一年以上，节省了电缆和显示仪表的采购安装费用，可就地显示瞬时流量、累积流量等。

2、温度补偿一体型涡街流量计还带有温度传感器，可以直接测量出饱和蒸汽的温度并计算出压力，从而显示饱和蒸汽的质量流量。

3、温压补偿一体型带有温度、压力传感器，用于气体流量测量可直接测量出气体介质的温度和压力，从而显示气体的标况体积流量。

4、广泛应用于石油、化工、冶金、机械、造纸，以及城市管道供热、供水、煤气等行业的各种低黏度液体、气体、蒸汽等单相流体的工艺计量和节能管理。

四、轻烃气流量计主要特点：

1、可在很宽的流量范围内测量气体、液体和蒸汽的流量而不受流体物理性质的影响；

2、不受温度、压力的影响，同时不易堵，不易卡，不易结垢，耐高温，高压；

3、安全防爆，适用于恶劣环境；

4、无可动部件、无孔洞缝隙设计，产品无磨损、耐脏污，无须机械维修，使用寿命长；

5、采用微功耗高新技术,电池供电的现场显示型流量计,可不断电运行两年以上；

6、温压补偿一体化设计；

7、电流输出均为电隔离型,具有良好的共模干扰抑制能力；

8、同时显示流量值与累计流量值,不必轮流切换；

9、采用抗振动探头，有效消除外界振动影响；

10、采用分体式信号转换器，电缆*长100米；

11、量程比宽达20：1；

12、仪表整体结构设计合理，动态测量范围宽，压力损失小；

13、表体采用不锈钢材质，可适用于腐蚀性介质的测量；

14、轻烃气流量计现场液晶显示，脉冲、4～20mA输出或485通迅，可与工业自动化系统连接。

五、

轻烃气流量计主要技术指标表 ( 一 )

( 一 ) 参比条件下空气及水的流量范围，见表（二）， 参比条件如下：

1 ．气体： 常温常压空气， t= 20℃ ， P=0.1MPa （绝压）， ρ= 1.205 kg /m 3 ， υ=15×10 -6 m 2 /s 。

2 ．液体： 常温水， t= 20℃ ， ρ= 998.2kg /m 3 ， υ=1.006×10 -6 m 2 /s 。

（二）轻烃气流量计确定流量范围和仪表口径的基本步骤：

1 ． 明确以下工作参数。

（ 1 ）被测介质的名称、组份

（ 2 ）工作状态的*小、常用、*流量

（ 3 ）介质的*低、常用、*压力和温度

（ 4 ）工作状态下介质的粘度

2 ． 涡街流量仪表测量的是介质的工作状态体积流量，因此应先根据工艺参数求出介质的工作状态体积流量 , 相关公式如下：

（ 1 ）已知气体标准状态体积流量，可通过以下公

式求出工况体积流量

 公式（ 3 ）

(2) 已知气体标准状态密度ρ，可通过以下公

式求出工况密度

 公式（ 4 ）

（ 3 ）已知质量流量 Q m 换算为体积流量 Q v

  公式（ 5 ）

式中：

Q v ： 介质在工况状态下的体积流量 (m 3 /h)

（ Q v = 3600f /K K: 仪表系数 ）

Q o ： 介质在标准状态下的体积流量 (Nm 3 /h)

Q m ： 质量流量 (t/h)

ρ： 介质在工况状态下的密度 (kg/m 3 )

ρ o ：介质在标准状态下的密度 (kg/m 3 ) ，常用气体介质的标准状态密度，见表（三）

P ： 工况状态表压 (MPa)

t ： 工况状态温度 (℃)

3 ．仪表下限流量的确定。涡街流量仪表的上限适用流量一般可不计算，涡街流量仪表口径的选择主要是对流量下限的计算。下限流量的计算应该满足两个条件：*小雷诺数不应低于界限雷诺数（ Re=2×10 4 ）；对于应力式涡街流量仪表在下限流量时产生的旋涡强度应大于传感器旋涡强度的允许 值（旋涡强度与升力 ρ v 2 成比例关系）。这些条件可表示如下：

由密度决定的工况可测下限流量：

 

由运动粘度决定的线性下限流量：

 公式（ 7 ）

式中：

Q ρ ：满足旋涡强度要求的*小体积流量 (m 3 /h)

ρ 0 : 参比条件下介质的密度  

Q υ : 满足*小雷诺数要求的*小线性体积流量 (m 3 /h)

ρ : 被测介质工况密度（ kg/m 3 ）

Q 0 : 参比条件下仪表的*小体积流量

(m 3 /h)

υ : 工作状态下介质的运动粘度 (m 2 /s)

υ o : 参比条件下介质的 运动粘度 (m 2 /s)

通过 公式（ 6 ）、（ 7 ）计算出 Q ρ 和 Q ν 。 比较 Q ρ 和 Q ν ， 确定流量仪表可测下限流量和线性下限流量：

Q υ ≥ Q ρ ：可测流量范围为 Q ρ ～ Qmax , 线性流量范围为 Q υ ～ Qmax

Q υ < Q ρ ：可测流量范围和 线性流量范围为

Q ρ ～ Qmax

Qmax ：涡街流量仪表的上限体积流量 (m 3 /h)

公式（ 6 ） 4 ．仪表上限流量以表 ( 二 ) 中的上限流量为准 . 气体的上限流速应该小于 70m /s, 液体的上限流速应该小于 7m /s
5 ． 当 用户测量的介质为蒸汽时，常采用的计量单位是质量流量，即： t/h 或 Kg/h 。由于蒸汽（过热蒸汽和饱和蒸汽）在不同温度和压力下的密度是不同的，因此蒸汽流量范围的确定可由公式 (8) 进行计算得出

 公式（ 8 ）

式中：

ρ ： 蒸汽的密度（ kg/m 3 ）

ρ 0 ： 1.205kg /m 3

Q 蒸汽 ：蒸汽质量流量（ t/h ）

6 ．计算压力损失，检测 压力损失对工艺管线是否有影响 ，公式 ( 单位： Pa) ：

Δ p= Cd ρ V 2 /2 公式（ 9 ）

式中：

ρ ：工况介质密度（ kg/m 3 ） V: 平均流速（ m/s ）

7 ． 被测介质为液体时 , 为防止气化和气蚀 , 应使管道压力符合以下要求 :

p ≥ 2.7 Δ p+1.3p 0 公式（ 10 ）

式中：

Δ p: 压力损失（ Pa ）

p 0 ：工作温度下液体的饱和蒸汽压（ Pa 绝压）

Po: 流体的蒸汽压力 (Pa 绝压 )

8 ． 涡街流量计不适合测量高粘度液体。当计算出的可测流量下限不满足设计工艺要求时，应该考虑选用其它类型流量计。

9 ．通过计算如果有两种口径都可满足要求，为了提高测量效果、降低造价，应选用口径较小的表。应该注意的是，尽可能使常用量处在流量范围上限的 1/2 ～ 2/3

Δ p: 压力损失（ Pa ） Cd ：压力损失系数

表 ( 二 )   轻烃气流量计 参比条件下涡街流量传感器工况流量范围表

注：表中 (300) ～ (1000) 口径为插入式

表 ( 三 ) 轻烃气流量计 常用气体介质的标准状态密度（ 0℃ ，绝压 P=0.1MPa ）

( 三 ) 选型举例：

例一：已知气体压力和温度及标况下的流量时

某压缩空气，标况流量范围为 Q N =1 200-12000Nm 3 /h , 压力 P=0.7Mpa( 表压 ) ，温度 t= 30℃ 。试确定流量计口径。

步骤一：计算压缩空气的工况体积流量

由公式 (3):

工况使用下限体积流量为 :

Q vmin =Q N ×0.101325×(273.15+t)/293.15/ （ P +0.1 ）

=1200×0.101325×(273.15+30)/293.15/ （ 0.7 +0.1 ）

=157(m 3 /h)

工况使用流量上限为 : Q vmax =1570(m 3 /h)

步骤二：根据使用工况流量范围 157 -1570m 3 /h ，查表（二），满足下限流量条件的流量计为 DN80 、 DN100 和 DN125 ，考虑到上限流量 1270m 3 /h 及使用效果和经济成本，初选 DN100, DN100 流量计的工况流量范围是 100 -1700m 3 /h ，接近使用流量范围，初选 DN100 流量计，但应具体核算 DN100 流量计在该工况条件下的可测下限流量。核算 DN100 流量计在该工况条件下的可测下限流量：

由公式 (4) 及公式 (6):

 

 

=37.46(m 3 /h)

即，流量计在该工况条件下的可测下限流量是

37.46m 3 /h ，远小于要求的工况下限流量 157m 3 /h ，确定选用 DN100 流量计。

例二：已知蒸汽压力和温度及工况流量时

测量介质为过热蒸汽，蒸汽温度为 320 ℃ ，压力为 1.5MPa （绝压） , 流量范围为 3t/h ～ 25t/h, 试 确定流量计口径。

步骤一：计算蒸汽的等效空气参比条件下的体积流量范围，经查附表 ( 二 ), 该状态下蒸汽的密度为 : 5.665Kg /m 3 , 由公式 (8) :

 

=765(m 3 /h)

6379(m 3 /h)

步骤二：根据等效参比流量范围 765 -6379m 3 /h ，查表（二），比较适合该流量范围为 DN200 口径。