介紹了渦街流量計的工作原理、選型注意事項及安裝要求，分析了其使用過程中的常見問題及相應(yīng)對策，指出渦街流量計具有壓力損失小、量程范圍大、精度高、維護(hù)工作量小、成本低廉的特點(diǎn)，主要用于工業(yè)管道介質(zhì)流體的流量測量。

渦街流量計主要用于工業(yè)管道介質(zhì)流體的流量測量，其特點(diǎn)是壓力損失小，量程范圍大，精度高，在測量流體工況體積流量時幾乎不受流體密度、壓力、溫度、黏度等參數(shù)的影響，可用來測量液體、氣體、蒸汽等多種介質(zhì)，且維護(hù)量小、成本低廉，因此被廣泛應(yīng)用于氯堿行業(yè)。

1.渦街流量計的工作原理

渦街流量計是基于卡門渦街原理( karman vor-tex street) 進(jìn)行測量。當(dāng)流體通過漩渦發(fā)生體時，發(fā)生體兩側(cè)會交替出現(xiàn)有規(guī)則的漩渦，這種旋渦稱為卡門渦街。而且兩側(cè)漩渦的旋轉(zhuǎn)方向相反 ( 見圖1) ，每個漩渦將產(chǎn)生一個低壓區(qū)，傳感器監(jiān)測壓力變化并轉(zhuǎn)換成脈沖信號。在流量計的允許量程范圍內(nèi)，渦街的形成具有一定的規(guī)律。因此，渦街頻率與體積流量成比例關(guān)系。標(biāo)定系數(shù)( K 系數(shù)) 為比例常數(shù)，也就是通常所說的儀表系數(shù)。K 系數(shù)為流量計流量系數(shù)，其物理意義是每立方米流體的脈沖數(shù)。 K 系數(shù) =流體體積脈沖數(shù)。

在流量計的允許量程范圍內(nèi)，K 系數(shù)僅僅取決于流量計的幾何尺寸，與流體流速和物理特性( 如黏度和密度) 無關(guān)。因此，K 系數(shù)與被測介質(zhì)類型無關(guān)。

 初始的測量信號( 渦街頻率) 已進(jìn)行數(shù)字化處理，與流量成線性比例關(guān)系。流量計在出廠前通過標(biāo)定確定 K 系數(shù)。

流量計的允許量程范圍主要取決于雷諾數(shù) ( Ｒe ) ，Ｒe 是流體的慣性力和黏性力的比值，用于表征流體的流動特性。在采用渦街流量計進(jìn)行測量時，當(dāng) Ｒe ＞ 4 000 后，儀 表 才 會 有 顯 示 值; 當(dāng)Ｒe ＞ 20 000后，儀表的測量值才是線性的。Ｒe 的計算公式見式( 1) 。

2.渦街流量計的特點(diǎn)

2． 1 優(yōu)點(diǎn)

( 1) 安裝簡便，免維護(hù) ( 與差壓式流量計比較) 。

( 2) 應(yīng)用范圍廣，可以測量液體、氣體以及蒸汽 ( 與電磁流量計比較) 。

( 3) 測量液體、氣體或蒸汽時，儀表內(nèi)置的溫度壓力傳感器直接補(bǔ)償，可得出質(zhì)量流量、標(biāo)況流量、熱量、比焓等值。

( 4) 成本低、壓損小 ( 與科氏力質(zhì)量流量計比較) 。

( 5) 結(jié)構(gòu)簡單牢固，無可動部件，使用壽命長。 

( 6) 采用抗機(jī)械振動、抗沖擊和抗臟污的結(jié)構(gòu)設(shè)計。

( 7) 更換傳感器后不需要重新標(biāo)定。

2． 2 缺點(diǎn)

( 1) 量程比小于 10∶ 1( 質(zhì)量流量計一般在25∶ 1，電磁流量計為 100∶ 1) 。

( 2) 管道振動對流量計影響較大。 ( 3) ***小流量受 Ｒe 影響。

( 4) 安裝要求高，對直管段以及墊圈同心度有較高的要求( 質(zhì)量流量計無直管段要求，電磁流量計要求其前面直管段長度為 10 DN ，其后面直管段長度為 5 DN ) 。

3.渦街流量計選型注意事項

渦街流量計按傳感器形式分為法蘭式、夾持式、插入式。選型時優(yōu)先考慮法蘭式，其次是夾持式和插入式。原因是夾持式和插入式流量計的精度受安裝影響較大，不規(guī)范的安裝將產(chǎn)生很大的測量誤差。

受 Ｒe 的影響，測量液體時，一般情況下流量計口徑小于管道口徑一檔，測量氣體時縮徑在一檔到兩檔。要根據(jù)式( 1) 計算 Ｒe ，具體要求是: ***小流量時的 Ｒe ＞ 20 000 。如果擔(dān)心計算結(jié)果的準(zhǔn)確性，可以委托渦街流量計生產(chǎn)廠家進(jìn)行計算，廠家都有專業(yè)的計算軟件( 如 E + H 公司的 Applicator 流量計算軟件) ，可根據(jù)用戶提出的要求( 被測介質(zhì)、流量范圍、溫度、壓力) 計算出介質(zhì)密度、黏度、聲速、流量范圍( 精度范圍內(nèi)) 、壓損、流速、體積流量誤差、質(zhì)量流量誤差、Ｒe 、渦街頻率、的儀表口徑等參數(shù)。

變送器的選用方式有兩種: 一體式和分體式，需根據(jù)現(xiàn)場使用條件和環(huán)境進(jìn)行選型。在測量高溫介質(zhì)或安裝在水井中的場合下，建議選用分體式儀表，以方便檢修、調(diào)試或改善變送器的工作環(huán)境。

在測量氣體或蒸汽時，渦街流量計的選型一定要考慮溫度和壓力補(bǔ)償問題 。因?yàn)闅怏w是可壓縮流體，當(dāng)溫度和壓力變化時，其體積將隨之改變。所以測量氣體流量時均要求流量計輸出質(zhì)量流量或標(biāo)準(zhǔn)體積流量，而渦街流量計是速度式流量計，只能測量工況下的體積流量，這樣就要求進(jìn)行溫度和壓力補(bǔ)償，將工況體積流量轉(zhuǎn)換為質(zhì)量流量或標(biāo)況體積流量。測量一般氣體時，補(bǔ)償原理符合標(biāo)準(zhǔn)氣體狀態(tài)方程，方程式見式( 2) 。

一般氣體的溫度和壓力補(bǔ)償由上位機(jī)( DC S 控制系統(tǒng)) 通過其專用補(bǔ)償功能塊實(shí)現(xiàn)。

測量蒸汽時，不能使用標(biāo)準(zhǔn)氣體狀態(tài)方程，其一般有以下兩種補(bǔ)償方式可選用。

( 1) 有些廠家的渦街流量計傳感器內(nèi)置溫度和壓力探頭，儀表根據(jù)所測溫度和壓力判斷蒸汽是飽和蒸汽還是過熱蒸汽，由儀表內(nèi)部集成的蒸汽數(shù)據(jù)庫自動計算質(zhì)量流量。當(dāng)渦街流量計傳感器無內(nèi)置溫度和壓力檢測元件時，只能在儀表內(nèi)部做靜態(tài)補(bǔ)償( 即輸入固定的溫度和壓力值用于補(bǔ)償) 。此方法只適用于溫度和壓力變化不大的場所。

( 2) 采用蒸汽流量積算儀，將渦街流量計所測工況體積流量以及溫度和壓力變送器所測信號傳到蒸汽流量積算儀，通過蒸汽流量積算儀來完成溫壓補(bǔ)償 。蒸汽流量積算儀內(nèi)置過熱蒸汽以及飽和蒸汽所有數(shù)據(jù)，根據(jù)設(shè)計的流量測量單位可以輸出質(zhì)量流量、標(biāo)準(zhǔn)體積流量甚至熱量和比焓等。

4.渦街流量計的安裝要求

被測介質(zhì)具有穩(wěn)定流態(tài)是保證渦街流量計測量的前提條件，要使渦街流量計的測量值更穩(wěn)定、準(zhǔn)確，安裝時需注意以下 3 點(diǎn)。

 ( 1) 務(wù)必確保傳感器銘牌上的箭頭指向與流體流向一致。

( 2) 渦街流量計對***小直管段的要求見圖 2。

當(dāng)現(xiàn)場存在 2 個或過多干擾源時，建議遵循***長的直管段要求。圖 2 中的 A 表示前直管段，B 表示后直管段，h 表示管道擴(kuò)徑時產(chǎn)生的高度差; DN 為管道直徑。

當(dāng)現(xiàn)場無法滿足直管段要求時，建議采用與渦街流量計配套的流量鎮(zhèn)流器。流量鎮(zhèn)流器可以在確保測量精度的前提下，減少 10 DN 的前直管段長度。

( 3) 渦街流量計的安裝方式及注意事項。

①渦街流量計的***佳安裝方式是安裝在豎直管道上，流體自下而上流動為佳。

②渦街流量計安裝在水平管道時，當(dāng)被測介質(zhì)溫度大于 200 ℃ 時，變送器表頭一定要向下安裝，以免因介質(zhì)溫度過高燒壞變送器電路板.

③測量蒸汽時，管道保溫不要超過***大保溫標(biāo)志。

④渦街流量計盡量避免安裝在泵或壓縮機(jī)出口較近或振動大的場所。

⑤安裝渦街流量計時，必須規(guī)范使用密封墊，密封墊口徑絕不可小于流量計口徑，而且密封圈不可進(jìn)入管道。

5.渦街流量計使用中常見問題及對策

( 1) 計量不準(zhǔn)。

①流速太低，Ｒe 低于 20 000; 對策: 提高流速或流量計縮徑。

 ②管線振動大; 對策: 更改流量計安裝位置、加固管線、流量計前后加軟連接。

③測量氣體或蒸汽時補(bǔ)償方式或參數(shù)不正確;對策: 使用流量積算儀補(bǔ)償或上位機(jī)( DC S) 補(bǔ)償。

④流量計前后直管段不足; 對策: 更改流量計安裝位置或加流量鎮(zhèn)流器。

⑤流量計安裝時墊片不同心或伸入管道; 對策:正確選用配套墊片并正確裝配。

⑥氣液兩相或液體中固含量多; 對策: 改善工藝過程條件。

⑦儀表 K 系數(shù)或口徑等關(guān)鍵參數(shù)被修改; 對策: 根據(jù)流量計銘牌信息輸入正確參數(shù)。

⑧儀表傳感器損壞 導(dǎo)致傳感器靈敏度變差對策: 更換傳感器。

( 2) 傳感器損壞。

①流速過快。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)流速超過儀表***大量程的 95% 以后，極易造成傳感器的損壞; 對策: 減慢介質(zhì)流速或更換大口徑儀表。

②水錘。在蒸汽測量中，99% 的渦街流量計傳感器損壞原因是因?yàn)樗N; 對策: 工藝管線增加疏水器，緩慢開啟閥門以避免水錘產(chǎn)生。

③管線吹掃時未拆下流量計，管道內(nèi)殘留焊渣、焊條、小鐵塊等會打壞傳感器; 對策: 需拆下渦街流量計后再進(jìn)行管道吹掃。

④腐蝕。傳感器材質(zhì)選擇不正確; 對策: 根據(jù)所測介質(zhì)的特性選用正確材質(zhì)的傳感器。

⑤高溫。傳感器工作溫度大于其額定值; 對策:改善工藝條件或選用分體式傳感器測量。

6.結(jié)論

渦街流量計是依據(jù)卡門旋渦原理對封閉管道流體流量進(jìn)行測量的新型流量計，因具有良好的介質(zhì)適應(yīng)能力，無需溫度和壓力補(bǔ)償即可直接測量蒸汽、空氣及其他氣體、水及其他液體的工況體積流量，配備溫度、壓力傳感器可測量標(biāo)況體積流量和質(zhì)量流量，是節(jié)流式流量計的理想替代產(chǎn)品。溫度補(bǔ)償一體型渦街流量計還帶有溫度傳感器，可以直接測量出飽和蒸汽的溫度并計算出壓力，從而顯示飽和蒸汽的質(zhì)量流量。溫壓補(bǔ)償一體型渦街流量計帶有溫度、壓力傳感器，用于氣體流量測量，可直接測量出氣體介質(zhì)的溫度和壓力，從而顯示氣體的標(biāo)況體積流量。

渦街流量計可以測量液體、氣體以及蒸汽等介質(zhì)，在氯堿行業(yè)中廣泛應(yīng)用。但只有在正確設(shè)計、正確選型以及正確安裝的條件下才能保證其測量準(zhǔn)確穩(wěn)定，發(fā)揮其應(yīng)有的作用。