1 渦街流量計(jì)概述 流量計(jì)是工業(yè)領(lǐng)域中使用量大的物理量測量儀表之一，基于不同的工作原理研制出了許多不同種類的流量計(jì)產(chǎn)品，比如電磁流量計(jì)、超聲波流量計(jì)、差壓式流量計(jì)、渦輪流量計(jì)、渦街流量計(jì)等產(chǎn)品，我們可以根據(jù)產(chǎn)品名稱就可以知道此類流量計(jì)的工作方式，其中渦街流量計(jì)的工作原理就是基于“卡門渦街”來工作的。卡門渦街是流體力學(xué)中重要的現(xiàn)象，在自然界中常可遇到，在一定條件下的定常來流繞過某些物體時(shí)，物體兩側(cè)會(huì)周期性地脫落出旋轉(zhuǎn)方向相反、排列規(guī)則的雙列線渦，經(jīng)過非線性作用后，形成卡門渦街。如水流過橋墩，風(fēng)吹過高塔、煙囪、電線等都會(huì)形成卡門渦街。此物理現(xiàn)象早是因匈牙利裔美國空氣動(dòng)力學(xué)家西奧多·馮·卡門從理論上闡明而得名卡門渦街。

 

渦街流量計(jì)利用“卡門渦街”測量原理，測量封閉管道內(nèi)介質(zhì)的工況體積流量，它具有其他流量計(jì)不可兼得的較多優(yōu)點(diǎn)，20世紀(jì)70年代以來得到了迅速的發(fā)展。與渦輪流量計(jì)相比，它沒有可動(dòng)的機(jī)械部件，從而維護(hù)量小，儀表常數(shù)穩(wěn)定，容易在工作環(huán)境中保證精度；與孔板相比，它的測量范圍大，壓力損失小，準(zhǔn)確度高。渦街流量計(jì)屬于流體振動(dòng)式流量計(jì)，可用于測量飽和蒸汽、過熱蒸汽、各種氣體（如煤氣、天然氣、壓縮空氣、氧氣、氮?dú)狻鍤狻錃狻⒍趸嫉龋⑺暗驼扯取⒌蜏匾后w（如鹽水、液氮）。汽液通用，無需實(shí)液標(biāo)定；可準(zhǔn)確測量封閉管道中蒸汽、氣體和液體的流量。有抗振、耐腐、高溫、防爆等多種類型供選用。通徑DN200以上為插入式渦街流量計(jì)；適用于冶金、化工、石油、煤氣、城市供排水、食品、紡織、礦山等工業(yè)過程、能源管理和環(huán)境工程行業(yè)。塔西南化肥廠32臺(tái)渦街流量計(jì)主要用于蒸汽、天然氣、二氧化碳、冷凝液等的測量。

 

本文簡要介紹了渦街流量計(jì)在塔西南化肥廠的成功應(yīng)用，敘述了渦街流量計(jì)的工作原理、安裝及使用過程中的注意事項(xiàng)；總結(jié)了渦街流量計(jì)在現(xiàn)場應(yīng)用中的故障處理及常規(guī)維護(hù)。

2 渦街流量計(jì)的測量原理

 渦街流量計(jì)是根據(jù)卡門渦街原理制成的，在流動(dòng)的液體中插入一個(gè)非流線型柱狀物，則在柱體下游會(huì)產(chǎn)生如圖1所示的兩列不對稱且又有規(guī)律的漩渦。該漩渦在柱體的側(cè)后方產(chǎn)生、分開，形成漩渦列，通常稱作卡門渦街或者卡門渦列。當(dāng)滿足h'/1=0.281時(shí)，所產(chǎn)生的卡門漩渦是穩(wěn)定的，而且產(chǎn)生單列漩渦的頻率與圓柱體的直徑和流體流速有如下關(guān)系：

式中：f-旋渦的釋放頻率/Hz；υ-流過旋渦發(fā)生體的流體平均速度/m/s；d-旋渦發(fā)生體特征寬度/m；St為斯特羅哈數(shù)，無量綱，數(shù)值范圍為0.14~0.27，St是雷諾數(shù)的函數(shù)，St=f（l/Re）。

當(dāng)雷諾數(shù)Re在102～105范圍內(nèi)，St值約為0.2，因此，在測量中，要盡量滿足流體的雷諾數(shù)在102～105，旋渦頻率f＝0.2υ/d。

由此可知，通過測量旋渦頻率就可以計(jì)算出流過旋渦發(fā)生體的流體平均速度v，再由式q=υA可以求出流量q，其中A為流體流過旋渦發(fā)生體的截面積。

渦街流量計(jì)由檢測器、放大器和轉(zhuǎn)換器等組成，當(dāng)旋渦在發(fā)生體兩側(cè)產(chǎn)生時(shí)，利用壓電傳感器測出與流體流向垂直的交變升力變化，將升力的變化轉(zhuǎn)換為電的頻率信號(hào)，再將頻率信號(hào)進(jìn)行放大和整形，直接以數(shù)字輸出，與數(shù)字顯示儀表配套，也可以通過D/A轉(zhuǎn)換成4mA～20mADC輸出，以便進(jìn)行測量指示、記錄、積算和控制等。

3 渦街流量計(jì)在塔西南化肥廠的應(yīng)用

塔西南化肥廠主要生產(chǎn)裝置合成氨裝置和尿素裝置流量儀表共116塊，其中渦街流量計(jì)32塊，占28%，主要用于測量蒸汽、天然氣、二氧化碳、冷凝液等。用于蒸汽測量的渦街流量計(jì)的效果為明顯，在塔西南化肥廠的中壓蒸汽中加入了磷酸三鈉，磷酸三鈉易結(jié)晶，采用差壓式流量計(jì)，如果現(xiàn)場一次表的排污閥等有泄漏現(xiàn)象，磷酸三鈉就會(huì)在引壓管線中沉淀、析出，造成引壓管線的堵塞，從而導(dǎo)致流量儀表指示不準(zhǔn)確或者波動(dòng)大，給工藝人員的正常操作和控制帶來困難。下面結(jié)合塔西南化肥廠用于中壓蒸汽測量的渦街流量計(jì)FT-3002，談?wù)劀u街流量計(jì)的安裝、故障處理及常規(guī)維護(hù)。

 

3.1 渦街流量計(jì)的安裝

（1）渦街流量計(jì)盡量安裝在遠(yuǎn)離振動(dòng)源和電磁干擾較強(qiáng)的地方，F(xiàn)T-3002安裝位置附近無電磁流量計(jì)等高頻率電磁設(shè)備。

（2）閥門位置和直管段長度選擇。一般來講，把渦街流量計(jì)安裝在閥門的上游，直管段較長，前后直管段要滿足渦街流量計(jì)的要求。塔西南化肥廠的中壓蒸汽由輔助鍋爐提供，中壓蒸汽的流量控制由調(diào)節(jié)閥完成，F(xiàn)T-3002的安裝位置距離調(diào)節(jié)閥大約200m左右，流量計(jì)前后直管段約20m左右，這樣由于調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)帶來的流體振動(dòng)就不會(huì)對渦街流量計(jì)的測量產(chǎn)生任何影響，保證了測量的穩(wěn)定和準(zhǔn)確。

（3）有縮頸、擴(kuò)頸和彎管時(shí)，應(yīng)配置合理的上、下游直管段，如果管道中有一個(gè)彎管接頭，那么流量計(jì)和旋渦發(fā)生體與彎管接頭應(yīng)在同一平面。

（4）設(shè)計(jì)流量計(jì)的安裝管道時(shí)，應(yīng)設(shè)計(jì)旁路管道，方便拆卸、維修和調(diào)試。新安裝的管道或維修過的管道，運(yùn)行前應(yīng)沖洗掉管內(nèi)的鐵銹、水垢渣和污泥。FT-3002安裝位置較高，搭建了專門的維護(hù)平臺(tái)，這樣保證了儀表維護(hù)人員的人生安全。

（5）要做好渦街流量計(jì)的防雨、防雷電工作。如果渦街流量計(jì)安裝在露天，就必須加裝遮雨帽，防止變送器表頭進(jìn)水，造成電子元件故障；安裝渦街流量計(jì)的地方應(yīng)當(dāng)遠(yuǎn)離高大設(shè)備及建筑物，以防雷擊。

用通訊器調(diào)整好渦街流量計(jì)的量程、單位等參數(shù)。蒸汽流量受介質(zhì)溫度和壓力的影響很大，所以在距離渦街流量計(jì)較近的合適位置應(yīng)當(dāng)安裝壓力變送器和溫度計(jì)，在DCS系統(tǒng)里，應(yīng)當(dāng)做好溫壓補(bǔ)償?shù)慕M態(tài)，保證測量的準(zhǔn)確。

 

3.2 常見故障處理及常規(guī)維護(hù)

（1）參數(shù)整定故障。由于參數(shù)錯(cuò)誤，導(dǎo)致儀表指示有誤。參數(shù)錯(cuò)誤使得二次儀表滿度頻率計(jì)算錯(cuò)誤。滿度頻率相差不多的使得指示長期不準(zhǔn)，實(shí)際滿度頻率大于計(jì)算的滿度頻率的使得指示大范圍波動(dòng)，無法讀數(shù)，而資料上參數(shù)的不一致性又影響了參數(shù)的終確定，終通過重新標(biāo)定結(jié)合相互比較確定了參數(shù)，解決了這一問題。

（2）二次表故障。這部分故障較多，包括：一次儀表電路板有斷線之處，量程設(shè)定有個(gè)別位顯示壞，K系數(shù)設(shè)定有個(gè)別位顯示壞，使得無法確定量程設(shè)定以及K系數(shù)設(shè)定，通過修復(fù)相應(yīng)的故障，問題得以解決。

（3）四路線路連接問題。部分回路表面上看線路連接很好，仔細(xì)檢查，有的接頭實(shí)際已松動(dòng)造成回路中斷，有的接頭雖連接很緊但由于副線問題緊固螺釘緊固在了線皮上，也使得回路中斷。

（4）漩渦變送器輸出信號(hào)不穩(wěn)。漩渦發(fā)生體和儀表測量管結(jié)垢或阻塞，清洗變送器即可解決問題。

（5）如果是分體式的渦街流量計(jì)，應(yīng)當(dāng)經(jīng)常檢查接線是否正常。

（6）定期對渦街流量計(jì)進(jìn)行校驗(yàn)。校驗(yàn)時(shí)應(yīng)當(dāng)選擇具有相關(guān)資質(zhì)的校驗(yàn)機(jī)構(gòu)。

（7）在非鑒定期內(nèi)，如果工藝條件具備，應(yīng)當(dāng)拆下流量計(jì)，清洗漩渦發(fā)生體，清除發(fā)生體上的結(jié)垢。

（8）儀表的數(shù)據(jù)資料的管理應(yīng)引起足夠的重視，以利于日后的工作。

 4 結(jié)語

渦街流量計(jì)在南化肥廠的 成功應(yīng)用表明，渦街流量計(jì)故障率低，減少了儀表維護(hù)人員的工作量，節(jié)約了人工成本和材料成本，其高精度、高可靠性保證了裝置的正常運(yùn)行，提高了經(jīng)濟(jì)效益。值得同行借鑒。