摘要:针对目前应力式涡街流量计在国内石化行业使用中存在的一些问题，介绍了该流量计的测量原理和组成结构，指出涡街发生体的几何结构、尺寸直接影响仪表K系数标定结果。从实际使用的角度分析了介质的流动状况及洁净程度、温度等因素变化对仪表K系数的影响，并提出相应对策。讨论了安装环境、工艺条件以及管线配置等方面应注意的问题，介绍了涡街流量计投入使用前在现场的测试与调试方法。
涡街流量计是20世纪70年代发展起来的一种新型流量测量仪表，首先在城市供水系统中得到应用和发展，后逐步进入炼油化工系统。涡街流量计结构简单牢固，安装维护方便。与孔板流量计相比，量程范围大可达10:1至20:1),压力损失小的为孔板流量计的1/4-1/2)，精度较高一般为测量值的±1%至±2%),适用于液体、气体和蒸汽等多种介质的测量。在一定的雷诺数范围内，输出信号不受流体物性温度、压力、组分、粘度)的影响,已被各行各业所广泛地采用。
某炼油厂近年来先后在70多个水、蒸汽、可燃气体等计量回路中,使用了不同型号的国产和进口应力式涡街流量计。涡街流量计具有其他流量计所不具备的许多优点，从开发到大量生产投放市场仅20余年，目前仍处于发展阶段，从理论和实践上来看,基础都较差，在日常使用中还存在较多的问题。通过分析应力式涡街流量计的测量原理与结构，进一步讨论在使用中存在的问题与成因以及相应的对策。
1.测量原理与结构
涡街流量计是利用卡门涡街原理进行测量的。实验证明卡门涡街的释放频率与流体的流动速度和柱状体的特征宽度有关。卡门涡街释放频率与流速成正比，因此通过测量卡门涡街频率可以求得瞬时流量值。
对于仪表内部形式固定的涡街流量计，仪表管道内径、旋涡发生体特征尺寸及斯特劳哈尔数已定，仪表系数是确定的。因此,只要正确测得涡街频率，就可以正确地测量管道中介质的体积流量。
应力式涡街流量计通常由旋涡发生体、检测元件、仪表表体和转换器四个部分组成。金陵石化南京炼油厂使用的应力式涡街流量计均采用三角柱旋涡发生体该形状的旋涡发生体是目前应用最为广泛的一种),旋涡频率是利用封装在旋涡发生体内部的压电晶体作为检测元件，借以感受旋涡分离时交替作用于旋涡发生体上不断变化的横向升力，升力的变化频率就是旋涡频率。
根据压电效应原理，压电晶体上产生的电荷强度与横向升力成正比，即在旋涡发生体的形状、尺寸以及支承方式一定的情况下，压电电荷强度与被测介质的密度和流速的平方成正比。
应力式涡街流量计分为满管式和插入式两种:满管式有法兰型、夹持型两种安装类型;插入式可带球阀或不带球阀安装。
不同厂家的转换器电路也不同，但其基本功能及思路是一致的。交变电荷信号被检出后，首先经高阻抗电荷放大器进行放大,再经噪声滤波,并由斯密特触发器检波及整形，其频率信号即可直接作为.信号输出;也可根据用户要求进行f/V和V/f的转换，产生与频率成正比的4-20mA模拟信号输出。
2问题及对策
(1)仅表系数K的标定及其影响因素与对策仪表系数K虽然受流体流速和粘度等的影响，但产生影响效果的却是这些参数的组合一雷诺数Re,它决定了仪表系数K的线性范围。
当Re≥2x104时，在理论上仪表系数K是一个仅由仪表几何结构、尺寸所决定的常数,不受流体温度、压力、密度、粘度、成分等性质变化的影响，对于各种液体、气体、蒸汽都有相同的数值。所以，理论上仪表的标定系数在基本误差范围内保持一致，具有通用性。
由于目前国内许多生产厂家生产方式不规范，无标定条件，使得生产的涡街流量计的K值无法得到保证且与实际值相差较大。实际使用中，影响仪表系数的因素及解决方法叙述如下:
①流速和粘度的变化
工业管道中绝大多数流体Re>2x104，满足涡街流量计的正常测量范围。如因某种原因使流体的流速降低和成)运动粘度升高，都将导致Re下降。当Re<2x104时，K值会发生较大的变化，出现了非线性误差。这在仪表选型、安装上可以通过缩管来提高流速以增大Re值。当管径缩小为原来的1/n,Re可提高n倍。其次,因液体运动粘度是温度的函数，当温度升高时粘度下降，同样可使Re增大，从而确保正常流量落在仪表量程下限之上。
②堆积
如果被测介质中存在粘性颗粒物质或夹杂较多纤维状物质，则可能会逐渐堆积在三角柱发生体迎流面上,使其几何形状尺寸发生变化,使仪表系数K也随之变化,产生附加测量误差。为了减小这个误差，在条件允许的情况下,可定期清除堆积物或对被测介质进行预处理。
③磨损
如果三角柱发生体两棱边因某种被测介质作用而受到磨损，虽然仪表系数K对边缘尖锐度的变化不像孔板流量计那样敏感，但也会引起附加误差。这就要求定期校验或更换一次表。
④温度变化
仪表系数K通常在常温20℃左右)下标定,如果被测介质的温度较高或较低,与常温相差较大，造成流通面积变化而引起附加误差，因此对仪表系数K必须进行补偿修正。根据固体热膨胀定律可得到修正系数K,的表达式:
Kt,=1-ax10-5(t-20)
式中:t-被测流体的温度;a-仪表发生体材质对应的系数(不锈钢、铸铁a=4.88,哈氏合金钢C2a=3.40,钛a=2.62)。
修正后的仪表系数为
K'=KtK=K[1-ax10-5(t-20)]
计算表明，当t>100℃或t<100℃时,有必要.进行此项修正。
(2)安装中存在的问题及其对策
应力式涡街流量计是依据流体力学振动现象中振动频率与流速的对应关系工作。它对管道流速分布畸变、流动脉动及旋转流十分敏感，同时由于其感.测元件为压电晶体，各种机械振动对输出信号干扰较大,仅表抗振性差。因此现场安装条件要求较高。
为了达到测量精度，涡街流量计必须保证一定的前后直管段,并尽量避免在靠近调节阀、半开阀和.截止阀后安装流量计;测压点和测温点应分别在下游侧距流量计中心线3.5D~5.5D和6D-8D;。
涡街流量计的表体安装不良，如接管偏大、偏小、偏移有台阶)或垫片突入管道都会引起测量误差。配管内径一般应等于或略大于流量计的内径。如配管的实际内径略小于流量计的内径5%以内),虽不会影响仅表的固有K系数，但因流通面积突变引起表观流速变化而产生附加测量误差，这可以通过修正K系数来补偿。修正后的仪表系数为
K"=K（D2/D1）2
式中:Dt-仪表实际内径;D2-配管实际内径。
当测量容易汽化的液体或工作条件接近临界状态的液体时,为防止气穴现象出现，设计安装时必须确认管道内的最低压力P'，这样才能保证涡街流量计正常工作。p由下式计算:
p≥2.7△p+1.3po
△p≈1.1x10-6ρv2
式中:p-管道内流体绝对压力，MPa;△p-流体在.发生体前后的压差，MPa;po-在工作温度下流体的饱和蒸汽压，MPa;ρ--工作条件下流体的密度，kg/m³，V-流动流体的流速,m/s.
仪表使用中还要注意以下问题:
①安装涡街流量计的位置要远离动力设备和变化频繁的阀门，如管线振动较大，应在流量计前、后2D处加装固定支架以咸振;
②如管道流体的流速不稳，可考虑在管线上增加稳压装置或整流器来消除流速分布的不均匀现象;
③由于压电晶体的灵敏度随温度升高而大幅度下降，应避免在测量高温介质（≤250℃),特别是高低温频繁变化的介质中使用;
④流量计的安装位置应避开较强的热源、电场及磁场,尽量选择较好的工作环境。
(3)现场调试中存在的问题及对策
由于应力式涡街流量计使用时受现场安装条件、环境条件、所测介质的实际流动状况和流量计的自身因素等各方面影响很大,必须进行现场调试,把各种因素的影响降到最低。方法如下:
①应力式涡街流量计发生体中封装的压电晶体有单片和双片装两种，它们通过专用引线接入到转换器输入端。断开接点，用万用表检测每两根引线之间、每根引线与表壳之间的电阻值应≥20MQ.若有电阻值则说明探头性能下降;若为电阻值为几十千欧以下，则说明探头可能损坏或专用引线受潮、被腐蚀。
②上述检测均正常,再用物体轻敲探头或表体，用示波器可观察到不规则正弦波，或用万用表交流电压挡可测量到幅值100~200mV的交变信号，则说明探头完好。
③NB调整时使用示波器一边观察电荷放大器输出端的信号波形，一边进行调整。在流量为零时最易调整,在小流量时皎体流速<0.5m/s,气体或蒸汽流速<8m/s)调整也可行。如用万用表调整，在流量为零时使脉冲输出为零或电流输出为4mA。
④TLA调整起抑制振动等干扰的作用。在NB调整效果不明显时，需进行TLA调整。TLA调整原则上使用示波器一边观察有源滤波电路的输出端及脉冲放大电路的输出端的信号波形，一边进行调整;在流量为零时调整至脉冲输出为零;在小流量时液体流速<0.5m/s,气体或蒸汽流速<8m/s)调整至脉冲输出为规则的方波。
现场调整非常重要，同时也应该注意检查仪表的接地是否完好，电源的电压是否在规定的范围内，负载电阻大小，电缆线连接和绝缘性是否符合要求等。
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