對如今廣泛應用的熱電聯(lián)產，蒸汽計量不僅關系到能源的統(tǒng)計和考核，還直接關系到產汽單位和用汽單位的經濟效益。目前工業(yè)上使用的流量計品種很多，由于渦街流量計結構簡單、安裝維護方便，已被廣泛應用。本文就渦街流量計在蒸汽計量應用中的若干問題進行分析。

 

    1 工作原理

 

    渦街流量計實現(xiàn)流量測量的理論基礎是流體力學中著名的卡門渦街流量原理。

 

    如圖1所示，在流體中設置旋渦發(fā)生體（阻流體），隨著流體沿旋渦發(fā)生體流動的速度加快，從旋渦發(fā)生體兩側交替產生有規(guī)律的旋渦，這種旋渦稱為卡門旋渦。

 

    由于旋渦之間的相互影響，這些渦列多數(shù)是不穩(wěn)定的，卡門對渦列的穩(wěn)定性條件進行了研究并得到結論：只有形成相互交替的內旋的兩排渦列，且當兩旋渦列之間的距離h和同列的兩旋渦之間距離l之比滿足：h/l=0.281時，這樣的渦街列才是穩(wěn)定的（圖1）。

 

 

 

圖1 卡門旋渦

 

    2 計算公式

 

    2.1 質量流量計算公式

 

    渦街流量計是根據旋渦脫離旋渦發(fā)生體的頻率與流量之間的關系來測量流量的儀表，根據卡門渦街原理，旋渦頻率f與管道內平均流速v有如下關系：

 

       （1）

 

    式中：St是斯特勞哈爾數(shù)，d是旋渦發(fā)生體的特征寬度。

 

    由上式可見f與管流流速成正比。由上式可得被測流體的瞬時流量和質量流量公式：

 

    

 

    式中：M為質量流量；r為管道內徑；ρ為流體的密度。通過在氣體標定裝置或水的標定裝置上檢定可以獲得儀表系數(shù)K，K是單位工況體積介質流過流量計時產生的脈沖數(shù)（即旋渦個數(shù)），即一個脈沖反過來代表多少工況體積的流體介質。

 

       （4）

 

    由上式可得：

 

       （5）

 

    交替產生的旋渦數(shù)通過壓電元件檢測出頻率f，經電子線路檢測后輸出到儀表單片機進行運算處理并顯示流體流量。

 

    2.2 溫度壓力補償

 

    對于使用渦街流量計測量流體體積流量，在其測量范圍內，這種體積流量不受流體溫度、壓力、密度、粘度、成分等性質變化所影響，因而是準確的，不需要任何溫度、壓力補償。

 

    但在實際生產中，一般測量蒸汽流量時習慣上以質量流量作為結算方式，單位用kg/h或t/h表示。所以上述體積流量Q需要引入蒸汽密度ρ（P，T）參數(shù)進行折算：

 

        （6）

 

    而蒸汽密度ρ是直接受到蒸汽工作狀態(tài)如溫度T、壓力P等影響的，例如溫度為190℃的蒸汽，當壓力由1.1MPa上升到1.2MPa時，其密度約增大了10%，如表1所示?？梢姡羝再|變化或操作條件波動時會產生一定的附加誤差。因此在體積流量檢測的同時還要進行溫度壓力的檢測，也即通過T、P對ρ進行實時補償以消除系統(tǒng)的附加誤差，保證最終需要的檢測結果即質量流量的準確性，而這些補償運算工作均在流量積算儀中自動完成。所以，應用渦街流量計測量蒸汽流量時，溫度壓力補償是很有必要的。

 

表1 飽和蒸汽密度表

 

 

 

    在本測量系統(tǒng)中，蒸汽的體積流量Q、壓力P和溫度T分別通過渦街流量計、壓力變送器和熱電阻（Pt100）的檢測而轉換為脈沖、4mA～20mADC和電阻值信號，并同時輸入現(xiàn)場的智能流量積算儀進行運算和顯示，其讀數(shù)即為補償后的蒸汽質量流量M。    

 

    3 現(xiàn)場安裝注意事項及我司安裝情況

 

    渦街流量計有多種結構形式，安裝人員必須了解所裝儀表的具體結構和特點。

 

    3.1 選擇合理的安裝場所

 

    安裝場所應避開強電力設備、高頻設備等；避免安裝在高溫和強腐蝕的環(huán)境中；避免安裝在強烈震動的地方，而且應選擇方便安裝、布線和維修的地點。我司的蒸汽用戶為糖廠、紙廠、方便面廠等，安裝環(huán)境相對來說較好，但由于設備多安放于露天，為了保護設備，均加裝了鐵罩。

 

    3.2 上下游配管應滿足安裝要求

 

    在管路上選擇安裝位置時應保證上游直管段的長度大于15D，且應盡量的增加上游直管段的長度。對于同心擴大管，上游直管段的長度應大于40D，而同心收縮管，上游直管段的長度應大于20D。下游直管段的長度應保證大于5D。要注意調節(jié)閥在小流量時易產生射流，閥后安裝流量計直管段過短會造成渦銜流量計工作不穩(wěn)定。蒸汽用戶多位于工業(yè)園里，蒸汽管路均有較長的直管段，直管段都在100D以上。

 

    3.3 減振措施

 

    渦街流量計是以流體振動原理工作的，因此傳感器安裝應避開強烈振動，特別是橫向的振動，會給儀表帶來干擾信號。如儀表裝在震動較強的管道上，則應采取減振措施，在傳感器上安裝防振座并加防振墊。由于現(xiàn)場沒有較大的振動源，因此未加裝減振措施。

 

    3.4 取溫點和取壓點的安裝

 

    實施流體溫度、壓力補償時，應合理選擇溫度、壓力測口的位置。上游如果有插入式測溫元件，會產生頻率很高的旋渦，類似閥門干擾，因此必須遠離流量計，一般取溫點都安裝在流量計后，因為流量計前后基本不會有多大的溫差，完全能滿足溫度測量的要求。而安裝取壓點時孔不必開得很大，也不能有焊渣探入到管邊中，更不允許取壓管有伸入管內的情況發(fā)生。如圖2所示。

 

 

 

圖2 溫度和壓力補償時的安裝位置    

 

    3.5 旁路管的安裝

 

    如選用的是管道式的渦街流量計，為了不斷流地檢查或清洗流量計，一般可加裝旁路管道。而對于插入式的渦街流量計，則可在不斷流的情況下將其拆出清洗或更換。我司選用的均為插入式的渦街流量計，因此并未安裝旁路。插入式的渦街流量計安裝和維護都比較方便，能在不影響蒸汽用戶生產的情況下對其進行維護。

 

    3.6 接地

 

    接地應遵循一點接地原則，接地電阻應小于10Ω，整體型和分離型的渦街流量計都應在傳感器一側接地，轉換器外殼接地點也應與傳感器同地。

 

    4 維護及應用

 

    4.1 日常維護

 

    （1）渦街流量計一般安裝于室外，條件允許的話可加裝鐵硼，或安裝不銹鋼保護箱來保護。

 

    （2）一般檢查：檢查主管道上各法蘭、閥門、測壓孔、測溫孔及接頭應無滲漏現(xiàn)象，管道的振動情況是否符合使用說明書的規(guī)定。

 

    （3）如渦街流量計測量數(shù)值偏低，則應首先檢查管路是否有漏汽或漏水的情況，再則輕敲流量計與管道的連接處，看流量數(shù)值是否有變化。或者測量探頭的電容，如果偏低，則應更換探頭。

 

    （4）如渦街流量計測量數(shù)值偏大，則應首先檢查管路是否存在震動和屏蔽線是否接觸不良。在沒有使用蒸汽的情況下仍有較大的流量數(shù)值，則需由相關部門對設備進行校驗。

 

    4.2 蒸汽測量的應用

 

    對于用戶數(shù)量不多且距離不算太遠的蒸汽用戶，我們可以使用無紙記錄儀，對每位蒸汽用戶的流量、累積流量、壓力、溫度等參數(shù)和掉電情況進行數(shù)據的記錄并保存，定期對無紙記錄儀中的數(shù)據進行拷貝和備份，以查看用戶的使用情況。

 

    如果蒸汽用戶數(shù)量較多且距離較遠，則會不方便管理，為此我們利用流量積算儀的通訊功能（RS485）和專網無線傳輸技術，與上位計算機構成網絡，將各測量點的計量數(shù)據實時傳輸?shù)綗犭姽镜腄CS系統(tǒng)中進行監(jiān)控與儲存，可在主機中隨時查看到任何一個用戶的流量、累積流量、壓力、溫度等參數(shù)和掉電情況，從而實現(xiàn)了遠傳監(jiān)控管理，也成為企業(yè)信息化建設的一部分。

 

    5 結語

 

    渦街流量計因其結構簡單牢固、維護方便，輸出脈沖信號與流量成正比，無零點漂移，壓力損失較小等的優(yōu)點，發(fā)展較快，應用不斷擴大。了解渦街流量計的工作原理，了解現(xiàn)場安裝及應用的基本知識及相關經驗，可發(fā)揮渦街流量計的優(yōu)勢，更好的服務于工業(yè)測量領域。

 

    參考文獻

 

    [1]樂嘉謙.儀表工手冊[M].北京：化學工業(yè)出版社.

    [2]紀綱.流量測量儀表應用技巧[M].北京：化學工業(yè)出版社.

    [3]上海華強儀表有限公司，HQ960系列渦街流量計產品說明書.