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涡街流量计的原理和在饱和蒸汽测量中的应用

用标准孔板流量计来测量饱和蒸汽流量存在一些不足之处:压力损失较大;导压管、三组阀及连接头容易泄漏;量程范围小,一般为3:1,当流量波动较大时,易造成测量值偏低。而涡街流量计结构简单,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小,量程范围宽,对饱和蒸汽测量量程比达30:1。因此,涡街流量计越来越受到人们的青睐。
1、涡街流量计的测量原理
涡街流量计是应用流体振荡原理来测量流量的。流体在管道中经过涡街流量计时,在三角柱旋涡发生体两侧交替产生规则的旋涡,这种旋涡称为卡曼涡街,如图图1所示体。
设旋涡的发生频率为f,被测介质流动的平均速度为v,旋涡发生体迎面宽度为d,流量计表体通径为D,根据卡曼涡街原理,有如下关系式:
f=Srv1/d=Srv/md   (1)
式中Sr---斯特劳哈尔数,无量钢;
v1---旋涡发生体两侧平均流速,m/s;
m---旋涡发生体两侧弓形面积与管道横截面面积之比;
v---流过旋涡发生体的流体的平均速度,m/s。
因此可知,通过测量f就可以计算出v,从而求得管道内的体积流量:
则流量计的仪表系数:
由式(3)可以看出,在仪表的正常工作范围内,即Sr为常数时,仪表系数只与旋涡发生体和表体的几何尺寸有关。
当旋涡在发生体两侧产生时,利用压电传感器测处于流体流向垂直的交变升力变化,将升力的变化转换为电的频率信号,再将频率信号进行放大和整形,输出到流量积算仪,进行累积,显示。
2、涡街流量计在饱和蒸汽测量中的应用
2.1 系统方案
根据饱和蒸汽压力、温度和密度相对应的关系,只需选择压力或温度其中一项来对流量进行补偿计算即可。考虑兰州石化公司炼油装置内的饱和蒸汽管路都较长,压力波动较大,适宜采用压力补偿。
LUB系列涡街流量计防爆等级为ExiaⅡCT2~T4,它必须与已取得防爆合格证的本安关联设备(防爆标志:ExiaⅡC)配套组成本安防爆系统。如图2所示。
2.2 涡街流量计的选型
根据用户提供的所测饱和蒸汽的压力(温度)、流量范围、管道直径等参数,选择相应规格的LUB系列涡街流量计。所测饱和蒸汽的流量范围应处于所选流量计的测量范围内,并最好处于流量计的最佳工作范围,即流量计量程的50%~67%处。对于管道直径与流量计内径不一致的,可采取缩径或扩管的方法。
2.3 压力补偿用压力变送器的选型
根据用户提供的所测饱和蒸汽的压力及压力波动范围,选择适当量程的压力变送器。
2.4 流量积算仪的参数设置
笔者选用的FC20系列流量积算仪提供了12种流量补偿算法,基本可满足各种测量介质的流量补偿计算,可显示瞬时流量和累积流量等参数,并且可输出标准模拟信号供控制和记录,还提供标准工业RS-485串行通讯接口。
要使用流量积算仪的饱和蒸汽的压力补偿算法,就需要先进入流量积算仪的参数设置状态,选择饱和蒸汽压力补偿模式,设置流量单位为千克每小时,流量输入模式为频率信号,压力输入模式为4~20mA,然后输入K值以及压力上下限值。
2.5 安装
a)涡街流量计应尽量安装在远离振动源和电磁干扰较强的地方,当管道较长或有可能发生振动时,必须采用加装管道支撑物等减振方法,减少管道受振动的影响。
b)涡街流量计对安装点上下游直管段的最小长度要求根据现场情况各不相同,如图3所示。
c)涡街流量计对安装点上下游配管的直径偏差和同轴度等有相应要求,配管内径d与仪表的通径D相同,满足0.95D≤d≤1.1D;配管与流量计同心,同轴偏差应不大于0.05D;流量计与法兰之间的密封垫不能凸入管道内,其内径可比流量计内径略大。
d)压力变送器的安装位置应在表前1D处。
e)流量积算仪安装在控制室。
3、结束语
涡街流量计在使用后克服了孔板流量计的诸多不足,对饱和蒸汽的测量更准确、更稳定,维护方便。但值得注意的是,测量饱和蒸汽的流体流速不得低于5m/s,否则,流量计量值偏低。