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        渦街流量計選型及使應用中的特殊性

        發布時間:2019-09-15 15:43:30 瀏覽:

        在測量工業管道介質流體體積流量時,渦街流量計是重要的測量儀表之一。渦街流量計具有很高的測量精度以及較大的量程范圍,且儀表參數的穩定性比較高,儀器內部的零部件均不可動,對維護保養的要求相對較低,能夠很好地適應多種工況條件下的測量需要,因此渦街流量計的應用范圍十分廣泛。在實際應用渦街流量計進行測量時,要全面掌握渦街流量計在使應用中的特殊性,并根據渦街流量計的固有特性來合理選型,這樣才能有效提高測量的精度和效果,確保測量結果符合設計要求,充分發揮街流量計應有的作用。

        1 概述渦街流量計基本原理分析

        渦街發生體是設置在流通管內的非流線型柱體結構,當渦街發生體周圍后流體經過時,發生體的兩側就會有交替漩渦產生。而在漩渦脫落后會向下游進行傳播,從而形成交叉排列的兩列漩渦,即卡門漩渦現象[1]。渦街頻率則主要是指在漩渦在單位時間內的產生數量,其與流速之間的關系為線性正比例。而根據卡門渦街特性來對管道內的渦街頻率進行測量,以實現測量管道內介質流量目的的測量儀器就是渦街流量計。

         

        式中:f—渦旋頻率(Hz) ;Sr—斯特勞哈數;d—阻流件寬度值(m) ;—流體流速的平均值(m/s) ;m—發生體弓形面和工業管道橫截面面積之間的比值。

        此外,渦街流量儀表的系數可以用K來表示,其計算公式為:

         

        式中:qv—管道內部的體積流量(m3/s) 。

        2 選擇渦街流量計類型特殊性分析

        在對渦街流量計進行選擇時,首要問題和選擇其他類型流量計相同,都是要合理選擇流量計的口徑規格。在對流量計口徑規格進行選擇時,應充分考慮實際測量范圍的要求等因素,對不同流量計儀器的測量上下限范圍進行對比分析,從而合理選擇相應的口徑規格(在選型時要注意渦街的上下限)。

        在渦街流量計的使用過程中,往往會由于忽視了測量限值因素,或者是對測量限值的理解不準確,影響了渦街的正常運行,并造成測量結果的不準確。由于渦街流量計這種儀器對于旋轉流以及流暢畸變具有較高的敏感度,因此,應選擇具有流動調整期以及直段管長度能夠達到測量要求的設備,才能有效提高測量的準確性。

        2.1 選型時要對測量下限特殊性進行充分的考慮

        對于渦街流量計來說,其測量下限是一個可變數值。當工況條件發生改變時,同一設備在對相同狀態流體進行測量時,其測量下限也會存在變化的可能[2]。當流量未達到測量下限條件時,渦街流量計的示值通常會出現0的顯示,無法準確反映流量趨勢。影響渦街流量計實際測量下限的因素有很多,例如施測環境的干擾強度、設備的抗干擾性、雷諾數、信號和傳感器增益處理的低端頻響因素以及流體工況密度等,所以難以通過查詢產品樣本等方法來直接掌握測量下限的變化范圍,這就要求測量人員必須對各種因素進行全面的分析,并對各種因素影響下的測量下限進行計算查詢,最后應將計算結果的最高值確定為測量下限的實際數值。

        2.2 選型時要對測量上限特殊性進行充分的考慮

        當渦街流量計的被測流量體積超過其測量上限時,不僅會產生超差問題,甚至會造成發生體或者傳感器出現斷裂等嚴重的事故,對下游設備造成嚴重的安全威脅。

        影響流量計實際測量上限數值的因素主要包括渦街發生體以及傳感器的實際抗載性能、信號增益處理系統的實際高端頻響等。通常在產品樣本中會標示儀器在測量液體、氣體以及蒸汽時的可測流體流速的上限數值,將其與流通管的截面面積相乘就能夠對工況體積流量的測量上限進行計算;同時,也可以以此為基礎來對質量流量等進行上限值進行核算分析[3]。當流量加大時,會造成渦街穩定性下降;而當流量超出上限時,受高端頻響因素的影響,其不穩定性將進一步加劇,因此隨著流量的快速上升,漏記漩渦的數量也將不斷增加,造成顯示數值出現倒走的特殊情況,此時的測量超差十分嚴重。雖然一些產品在其樣本說明中指出,可以通過特殊算法來對倒走現象加以抵消,從而使渦街流量計的示值能夠在超限后仍維持在上限,以控制誤差范圍,然而這種處理方式不僅會進一步增加現場超限的判定難度,甚至還會產生傳感器斷裂等嚴重的安全事故。另外,部分渦街流量計儀器采用的是合并漩渦傳感器以及渦街發生體的結構形式,也就是在發生體內封裝壓電晶體。由于該結構類型的渦街發生體還需要配備絞支良以及懸臂梁等輔助性結構,一旦在流量超限條件下受到異物撞擊或者水錘作用的影響,比較容易造成發生體的斷裂,因此在選型時應充分考慮相關因素。

        3 渦街流量計使應用中的特殊性分析

        3.1 使應用渦街流量計的計算特性

        在應用渦街流量計進行測量時,其主要是對工況體積流量進行測量,而渦街流量計的儀器銘牌上的K系數則是指1 m3內的漩渦數量。該測量儀器在使用時的原始信號和其輸出信號的關系呈線性正比,因此,在使應用渦街流量計時,不需要按照差壓流量計的開方運算方法去進行計算分析。

        3.2 使應用渦街流量計的測量特性

        在應用渦街流量計對累積流量進行測量時,其主要是根據單位時間內累積計數的漩渦數量來對瞬時流量值進行測量。使用渦街流量計測量操作時的主要難點在于,如果在復雜工況條件下對漩渦進行準確的判定。

        3.3 渦街流量計的選型實踐應用

        在應用渦街流量計時,由于不同類型的渦街流量計所適應的工況范圍有所差異,因此應根據不用工況來選擇相應的儀表設備。同時,要注意渦街流量計只能對潔凈、低黏度以及具有一定流速的流體進行測量。以某油氣平臺的生產工況為例,其管道介質主要是經過除油處理后的生產水,水中所含的小油珠等成分均已經被過濾去除,水質比較潔凈且黏度較低,其流速在65~220 m3/h之間,該管道的實際尺寸為203 mm左右。在進行流量計的選型時,由于科式流量計的測量成本比較高,而靶式流量計主要用于黏稠度高的介質的測量,同時結合設備的安裝條件、運行環境以及后期的管理維護成本等因素,最后確定使用渦街流量計來進行測量。

        4 結語

        隨著流量測量技術設備的不斷發展,渦街流量計將在測量低黏度液體或者氣體流量等工作中得到越來越廣泛的應用。渦街流量計不僅具有較高的測量精度以及大范圍的量程,能夠適應多種工況條件下的流量體積測量要求,而且其對維護保養的要求相對較低,是一種實用性比較好的體積流量測量儀器。因此,需要進一步了解渦街流量計的固有特性以及其在選型和使應用中的特殊性,才能根據工況需要合理選擇渦街流量計的具體型號類型,提高應用的規范性和準確性,從而保證測量的精度,充分發揮渦街流量計應有的功能和作用。

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