涡街流量表在蒸汽计量中的实现

 

　　一、概述：

　　涡街流量计：在流体中安放一个非流线型旋涡发生体，使流体在发生体两侧交替地分离，释放出两串规则地交错排列的旋涡，且在一定范围内旋涡分离频率与流量成正比的流量计。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，高，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-20℃~+250℃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，是一种比较先进、理想的测量仪器。

　　二、涡街流量表在蒸汽计量中的优点：

　　1.结构简单而牢固，无可动部件，可靠性高，长期运行十分可靠。

　　2·安装简单，维护十分方便。不象差压式流量计那样再另装导压管和固定支架，即节省了安装费用，又减少了故障点，还不用采取保温措施。

　　3.检测传感器不直接接触被测介质，性能稳定，寿命长。（针对于内藏式）

　　4.输出是与流量成正比的脉冲信号，无零点漂移，高。也可根据需要使其输出4-20MA信号。

　　5.测量范围宽，量程比可达1:10,可达1:20.这一点对一些用汽很不平衡的用户的蒸汽计量很有作用。

　　6.压力损失较小，运行费用低，更具节能意义。（相对于差压流量计）。

　　三、工作原理：

　　涡街流量计的测量原理饱和蒸汽流量测量在80年代人们普遍采用标准孔板流量计，但从流量仪表发展状况来看，孔板流量计尽管其历史悠久、应用范围广；人们对它的研究也充分，试验数据完善，但用标准孔板流量计来测量饱和蒸汽流量，它仍存在一些不足之处：其一，压力损失较大；其二，导压管、三组间及连接接头容易泄漏；其三，量程范围小，一般为3比1,对流量波动较大易造成测量值偏低。而涡街流量计具有结构简单，涡街变送器直接安装于管道上，克服了管路泄漏现象。另外，涡街流量计的压力损失较小，量程范围宽，对饱和蒸汽测量量程比可达30比1.因此，随着涡街流量计测量技术的成熟，涡街流量计的使用越来越受到人们的青睐。

　　在流体中设置旋涡发生体（阻流体），从旋涡发生体两侧交替地产生有规则的旋涡，这种旋涡称为卡曼涡街，如图1所示。旋涡列在旋涡发生体下游非对称地排列。设旋涡的发生频率为f,被测介质来流的平均速度为U,旋涡发生体迎面宽度为d,表体通径为D,根据卡曼涡街原理，有如下关系式

　　f=SrU1/d=SrU/md（1）

　　式中U1--旋涡发生体两侧平均流速，m/s;

　　Sr--斯特劳哈尔数；

　　m--旋涡发生体两侧弓形面积与管道横截面面积之比

　　管道内体积流量qv为

　　qv=πD2U/4=πD2mdf/4Sr（2）

　　K=f/qv=[πD2md/4Sr]-1（3）

　　式中K--流量计的仪表系数，脉冲数/m3（P/m3）。

　　K除与旋涡发生体、管道的几何尺寸有关外，还与斯特劳哈尔数有关。斯特劳哈尔数为无量纲参数，它与旋涡发生体形状及雷诺数有关，图2所示为圆柱状旋涡发生体的斯特劳哈尔数与管道雷诺数的关系图。由图可见，在ReD=2×104~7×106范围内，Sr可视为常数，这是仪表正常工作范围。当测量气体流量时，涡街流量表的流量计算式为

　　式中qVn,qV--分别为标准状态下（0oC或20oC,101.325kPa）和工况下的体积流量，m3/h;

　　Pn,P--分别为标准状态下和工况下的压力，Pa;

　　Tn,T--分别为标准状态下和工况下的热力学温度，K;

　　Zn,Z--分别为标准状态下和工况下气体压缩系数。

　　由上式可见，涡街流量表输出的脉冲频率信号不受流体物性和组分变化的影响，即仪表系数在一定雷诺数范围内仅与旋涡发生体及管道的形状尺寸等有关。但是作为流量计在物料平衡及能源计量中需检测质量流量，这时流量计的输出信号应同时监测体积流量和流体密度，流体物性和组分对流量计量还是有直接影响的。

　　四、仪表的选型：

　　仪表的正确选型是仪表正常使用的关键，实际应用中，太多的故障是由于仪表的选型不合理造成的，详细了解现场应用的工况条件及介质参数，选择合适的压力，温度，防护，防爆等级及材质，结构方式，以保证仪表能运行在状态。对于蒸汽的计量选择合适的涡街流量表，我认为主要按以下步骤进行：

　　1.首先了解所测量的工作介质，是饱和蒸汽还是过热蒸汽。

　　2.确定流量的使用范围：流量和流量。

　　3.了解介质的、常用、工作压力和工作温度；（对于饱和蒸汽，只需知道压力或温度即可）

　　4.查表得出工作状态下的密度。

　　5.根据以上数据，对于饱和蒸汽，我们可以从该表的说明书中的饱和蒸汽的流量范围表中查找出接近的流量表。（过热蒸汽可依据相应的密度从饱和蒸汽流量表中查的）

　　6.根据现场的工作环境选择是使用一体式的还是分离式的。（例如介质温度较高）

　　五、局限性分析：

　　1.对直管段的要求较高，一般起码要求前直管段在15D左右，后直管段在5D左右。

　　2.蒸汽的水击容易造成探头及旋涡发生体的损伤。

　　3.不适合安装在管线振动较大或干扰较强的地方。

　　4.所测介质温度不能过高，不能高于400度。

　　5.现在大管径的流量表稳定性欠佳（大于DN250MM）

　　六、安装：

　　1.涡街流量表属于对管道流速分布畸变、旋转流和流动脉动等敏感的流量计，因此，对现场管道安装条件应充分重视，遵照生产厂使用说明书的要求执行。

　　2.减小振动对涡街流量表的影响应该作为涡街流量表现场安装的一个突出问题来关注。首先在选择传感器安装场所时尽量注意避开振动源。其次采用弹性软管连接在小口径中可以考虑。第三，加装管道支撑物是有效的减振方法，

　　3.在涡街流量表上游2-10D处取测压点，在流量计下游5-10D处取测温点，测温元件应探入管道内部且迎向流体方向。

　　4.仪表在管道上安装时必须遵循下面的规则：

　　（1）。管道内径尽量与传感器通径一致。

　　（2）。电焊焊接法兰时，不应带表焊接。

　　（3）。安装时注意传感器流向标志指向介质的流动方向。

　　总之，经过几年的使用，我们发现涡街流量计非常适合外供热用户的蒸汽计量，同时也得到了广大用户的肯定，但是，现在的我们国产的涡街流量表还不够规范，还不够标准，我们期待，随着技术的不断进步，国产涡街流量表能够越来越规范，测量越来越高，更加方便我们用户的使用。