摘要：流量計(jì)量技術(shù)是一門綜合性學(xué)科,它集流體力學(xué)、儀表技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子電路、通訊技術(shù)及現(xiàn)場(chǎng)工藝狀況于一體,具有較深的理論研究?jī)r(jià)值,而流量計(jì)量是公司一項(xiàng)極其重要的工作,和生產(chǎn)操作、成本核算直接關(guān)聯(lián),可以說流量計(jì)量工作是影響生產(chǎn)與效益的重要因素之一。在動(dòng)力量廠際流量計(jì)量中常用的流量計(jì)主要有以下幾種：孔板流量計(jì)(配差壓變送器、流量計(jì)算儀)、渦街流量計(jì)、金屬轉(zhuǎn)子流量計(jì)、文丘里管、威力巴流量計(jì)等。它們分別有著不同的測(cè)量原理及特點(diǎn)因而適用范圍(對(duì)象)也有所不同。其中渦街流量計(jì)在我廠的氧氣計(jì)量中取得了比較好的測(cè)量效果。下面結(jié)合實(shí)例闡述渦街流量計(jì)的使用方法及在使用中的注意事項(xiàng)。
1渦街流量計(jì)測(cè)量原理
渦街流量計(jì)是基于卡門渦街原理制成的一種流體振蕩性流量計(jì)。即在流動(dòng)的流體中放置一個(gè)非流線型的對(duì)稱形狀的物體(渦街流量傳感器中稱之為漩渦發(fā)生體),就會(huì)在其下流兩側(cè)產(chǎn)生兩列有規(guī)律的漩渦即卡門渦街,其漩渦頻率正比于來流速度：
F＝Stu/d (1)
式中
F-渦街頻率
d-漩渦發(fā)生體寬度
u-來流速度
St-斯特勞哈爾數(shù)
St的值與漩渦發(fā)生體寬度d和雷諾數(shù)Re有關(guān)。當(dāng)雷諾數(shù)Re＜2×104情況下,St為變數(shù)：
當(dāng)Re在2×104～7×106的范圍內(nèi),St值基本上保持不變,這段范圍為流量計(jì)的基本測(cè)量范圍。式(1)表明,當(dāng)d和St為定值時(shí),漩渦產(chǎn)生的頻率F與流體的平均流速u成正比,由于渦街傳感器所測(cè)的并不是平均流速,而大約是漩渦發(fā)生體兩側(cè)的流速。對(duì)于湍流狀態(tài),不同的雷諾數(shù)下,流速分布規(guī)律是不同的。即不同的流速下具有不同的流速分布,進(jìn)而說明了渦街流量傳感器檢測(cè)到的主要反映漩渦發(fā)生體兩側(cè)的流速與管道平均流速的關(guān)系不是唯一確定的。這說明渦街流量傳感器的非線性誤差是其檢測(cè)機(jī)理所決定的。
2渦街流量計(jì)在我廠的應(yīng)用實(shí)例
在動(dòng)力部制氧出口富氧量計(jì)量、焦化廠用氮?dú)庥?jì)量采用了渦街流量計(jì)。下面以制氧出口富氧量計(jì)量講述渦街流量計(jì)的選型及注意事項(xiàng)。
①工藝參數(shù)：被測(cè)介質(zhì)：氧氣工作壓力：1.6MPa(表壓)工作溫度：30℃被測(cè)流體流量：Q20max=6000Nm3/hQ20com=4000Nm3/hQ20min=500Nm3/h管道內(nèi)徑：D=150當(dāng)?shù)仄骄髿鈮海?.1MPa管道材質(zhì)：A3碳鋼
②設(shè)計(jì)計(jì)算：T1=273.15+30=303.15KP1=1.6+0.1=1.7MPa工作狀態(tài)下氧氣壓縮系數(shù)：Z=0.994≈1。
對(duì)照YEWFLO渦街流量計(jì)產(chǎn)品選型樣本,對(duì)于50A(口徑為50的渦街流量計(jì))：
相對(duì)應(yīng)(Qmin)1=×a1×3600=2.8×0.00205×3600=20.664m3/h對(duì)于80A(口徑為80的渦街流量計(jì))：
相對(duì)應(yīng)(Qmin)2=×a2×3600=2.011×0.00396×3600=28.67m3/h
其中：a1、a2分別為口徑為50的渦街流量計(jì)與口徑為80的渦街流量計(jì)的口徑面積。
由以上條件,從理論上來說50的渦街流量計(jì)與口徑為80的渦街流量計(jì)均符合流量測(cè)量要求,但綜合考慮,由于富氧管道內(nèi)徑為150mm,當(dāng)縮徑到50mm時(shí),有可能當(dāng)用量較大時(shí),縮徑部位流通能力達(dá)不到要求,在者,從氧氣輸送安全角度著想,管道內(nèi)徑由150mm猛縮至50mm,當(dāng)用量較大時(shí),縮徑部位流速大大增加,從而使氣體及氣體與管道之間摩擦系數(shù)增大,增加了安全隱患。所以從流通能力及安全角度兩方面綜合考慮,選擇口徑為80的渦街流量計(jì)為最佳。注意事項(xiàng)：
①在渦街流量計(jì)產(chǎn)品選型樣本中,所指流量為工況下實(shí)際流量,在選型時(shí)必須將標(biāo)況下流量換算成工況下流量。
②在渦街流量計(jì)產(chǎn)品選型過程中,一般無需考慮流量上限值,但流量下限值必須滿足,為滿足流量下限值的測(cè)量要求,通常考慮縮徑,在同樣滿足測(cè)量要求的情況下,應(yīng)結(jié)合流體特性及管道條件綜合考慮縮徑的大小。
③在震動(dòng)較強(qiáng)的地方不宜選用渦街流量計(jì)。
④渦街流量計(jì)的耐高溫性能較差,所以不宜用作蒸汽的計(jì)量。在我廠也曾經(jīng)有過失敗的例子。
3優(yōu)缺點(diǎn)
渦街流量計(jì)具有量程寬,無可動(dòng)部件,運(yùn)行可靠,維護(hù)簡(jiǎn)單,壓力損失小,具有一定的計(jì)量精度等優(yōu)點(diǎn)。特別是在很寬的范圍內(nèi),它的測(cè)量與介質(zhì)的密度、粘度等物性參數(shù)無關(guān),因而受到普遍歡迎。旋渦流量計(jì)比較先進(jìn),但安裝也有一定的困難,而且防震性能較差,抗干擾能力差；質(zhì)量流量計(jì)造價(jià)較高。
4結(jié)語
對(duì)比孔板流量計(jì)、渦街流量計(jì)、金屬轉(zhuǎn)子流量計(jì),它們各有不同特點(diǎn)。孔板具有權(quán)威性的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),適用范圍廣泛,但是對(duì)于安裝要求也較高,有嚴(yán)格的安裝規(guī)范,一旦安裝出現(xiàn)問題,由此造成的誤差也是相當(dāng)大的,而且孔板流量計(jì)的維護(hù)量較大。而渦街流量計(jì)的應(yīng)用具有一定局限性,不適合測(cè)量臟污介質(zhì)、抗震動(dòng)能力差、不適合測(cè)量低流速氣體,但渦街流量計(jì)安裝簡(jiǎn)單,日常維護(hù)量小,比較適合測(cè)量高流速大流量的干凈氣體。金屬轉(zhuǎn)子流量計(jì)比較適合小流量的計(jì)量,但對(duì)管道的清潔度要求較高。在流量測(cè)量方面,新技術(shù)、新發(fā)明、新產(chǎn)品不斷出現(xiàn),我們計(jì)量工作者應(yīng)向計(jì)量技術(shù)的更高層次研究發(fā)展,使萊鋼的計(jì)量工作更加完善。
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