涡街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,精度佳,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。涡街流量计采用压电应力式传感器,可靠性高,可在-20e~+250e的工作温度范围内工作。有模拟标准信号,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,是一种理想的计量仪器。笔者从事计量工作多年,总结出涡街流量计在实际计量过程中的一些经验,希望能与同行进行探讨。
1 影响因素
涡街流量计的工作原理是在流体中设置旋涡发生体,从而发生体两侧交替地产生有规则的旋涡,旋涡列在旋涡发生体下游非对称地排列,产生一定的频率,通过公式f=St*v/(1-1127d/D)*d,(St为斯特劳哈尔数,为无量纲数,与旋涡发生体及雷诺数有关;v为流速;d为发生体迎面宽度;D为公称通径)即可得出流速。
一般的来说,涡街流量计输出信号(频率)不受流体物性和组分变化的影响,是指仪表系数仅与旋涡发生体形状和尺寸以及雷诺数有关。它的优点是:结构简单牢固,安装维护方便;适用多种类流体,液、气、蒸汽及部分混合相皆适用;精度较高,一般达?1%R左右;流量范围宽,可达10:1或20:1或更大;压头损失小;无零点飘移;价格相对便宜;缺点是:不适于低雷诺数Re<20000的情况,对高粘度、低流速、小口径的使用有限制;对环境的要求较高,应尽量杜绝有振动的场所,且上游侧需要有较长的直管段;仪表系数较低,口径愈大愈低。信号分辨率降低,故口径不宜过大,一般应用于DN15~DN300。涡街流量计在测量饱和蒸汽(以饱和蒸汽为例)质量流量时,因压力波动、干度变化、振动、差压过大等因素影响着涡街流量计正确的计量。
2 存在的问题分析
工业现场常用质量流量作为测量蒸汽的流量的依据,公式如下:
Qm=Qvρ
式中: ρ流体的密度,kg/m3;
Qm质量流量,kg/h;
Qv体积流量,m3/h。
由上式可知,质量流量与密度有关,也就受压力、温度、流体种类、干度、流速等因素的影响,这几种因素直接影响流量值的正确测量。
2.1 干度变化
涡街流量计在测量饱和蒸汽时,要求饱和蒸汽干度不低于85%。但现场实际情况时饱和蒸汽干度在锅炉内就小于100%,而经管道传送一段距离后,会出现干度低于85%现象,它使测量值下降。
2.2 压力变化大
在工业现场压力经常发生波动,压力波动则影响饱和蒸汽密度。在压力低于或高于标定值时,直接影响质量流量值偏高或偏低。
2.3 管道及流量计振动
管道及流量计加固不好,或流量计靠近电动机。当电机工作产生振动时,通过地板或墙体传到与其固定的蒸汽管道上,振动会对涡街流量计产生干扰,使流量计测量值偏高或造成流量误判断。
2.4 流量计出口侧通向大气
在涡街流量计出口侧通向大气,会出现前后压差过大现象,这会导致流速达到上限,因此不能正确反映流量变化。
2.5 流量计前后直管段安装不符合要求
涡街流量计对安装在其前后直管段有一定要求,如不符合要求,便会影响卡门涡街的正确形成,从而影响饱和蒸汽的测量值。如LUGB-2310型涡街流量计要求在管道上游安装一个弯头时,应在涡街流量计的上游侧配置长度为大于等于20D(D为流量计公称通径)的直管段,下游侧配置长度为大于等于5D的直管段。
3 问题的解决方法
3.1 干度低于85%
当饱和蒸汽干度变化较大且低于85%时,应在流量计出口侧7D~8D处安装一湿度变送器,并根据可测数据按下式进行修正:
V=XVg+(1-X)Vf
式中:V--湿蒸汽比容,m3/kg;
X--干度,%;
Vg--饱和蒸汽的比容,m3/kg;
Vf--水的比容,m3/kg;
(1-X)--湿度,%。
将处理后的湿蒸汽比容参与质量流量的计算可得到正确的数据。现在市场上的智能流量积算仪,一般只能实现压力补偿无干度补偿,一旦遇到干度低于85%的蒸汽(饱和)时则不能正确反映质量流量值。最好采用既能对压力补偿又能对干度补偿的智能流量显示仪。
3.2 波动的压力
如上所述,由于饱和蒸汽对压力、温度、密度之间有一定的对应关系,因此,只需根据压力变化情况对所测流量密度进行修正(如查表分段补偿法等),则可以得到较为正确的测量值。
3.3 管道及流量计振动
对于管道及流量计产生振动,应立即采取加固措施,严格按要求施工。若不得已要安装在振动较强的管道上,必须采取减振措施,在传感器的上下游2D处分别设置管道紧固装置,并加防振垫。特别注意:在空压机出口处振动较强,不能安装传感器,应安装在储气罐之后。
3.4 流量计出口侧通向大气
涡街流量计出口侧直接通向大气,容易产生流速达到上限值,这是由于前后压差过大造成的。此时,涡街流量计因输出模拟信号(4~20)mA或脉冲信号超限,因此,系统不能正确反映测量值。为此,应严格限制饱和蒸汽流速使之低于上限,或在上游侧前面加整流器。在条件允许的情况下也可采用提高背压的方法。
3.5 直管段安装不符合要求
对于直管段的安装一定要严格按照规范执行,不能因为环境条件不允许或者施工方便随便安装流量计,这样才能保证涡街流量计的正确计量。此外,对流量计应定期检查校验,并确保直流电压源为24V,最低也不能不小于21V。
4 结束语
以上几点问题和解决对策是笔者在现场工作中的实践经验,涡街流量计在使用过程中影响测量值的原因大部分都来自于这些问题,而且对这些问题的解决方法效果都比较明显。在使用中应特别重视干度、压力波动、流量计出口侧通大气这些问题。而管道振动、直管段等在一般说明书均有较为详细介绍和规定。建议在选用涡街流量计测量流量时,最好采用有压力、温度、流体种类、干度及流速补偿的涡街流量计,以达到计量正确。
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