摘(zhai)要渦街(jie)流量計(ji) 因其儀(yi)表系數(shu)與流體(ti)特性無(wu)關、精度(du)高、寬量(liang)程比和(he)低壓損(sun)等優點(dian)，在化工(gong)領域的(de)應用越(yue)來越廣(guang)。以熱解(jie)分級煉(lian)制新工(gong)⚽藝對🐆煤(mei)及液化(hua)殘渣進(jin)行煉制(zhi)🚶‍♀️利用中(zhong)的産品(pin)之一熱(re)解氣爲(wei)例，介紹(shao)渦街流(liu)量計的(de)選型設(she)計。
　　我國(guo)低階煤(mei)資源儲(chu)藏豐富(fu)，占可采(cai)儲量40%以(yi)上。然而(er)它的高(gao)效利用(yong)一直是(shi)業内努(nu)力攻克(ke)的難題(ti)。低階煤(mei)含水量(liang)高，熱值(zhi)低，機械(xie)強度低(di)，化學穩(wen)定性差(cha)。爲此，北(bei)京低碳(tan)清潔能(neng)源🐇研究(jiu)所承擔(dan)國家高(gao)技術研(yan)究發展(zhan)計劃項(xiang)目課題(ti)“煤分級(ji)煉制清(qing)潔🎯燃料(liao)關鍵🤟技(ji)術研究(jiu)”，采用熱(re)解分級(ji)煉制新(xin)工藝🔞對(dui)煤及液(ye)化殘渣(zha)進行煉(lian)制♊利用(yong)，在溫和(he)的條件(jian)下對原(yuan)料進行(hang)加工處(chu)理🏃‍♂️，分步(bu)驟地将(jiang)其中有(you)用的㊙️成(cheng)分充分(fen)提取出(chu)來，得到(dao)的産品(pin)之一爲(wei)熱解氣(qi)，去除焦(jiao)油後的(de)熱😄解氣(qi)組成見(jian)表1，本工(gong)程中采(cai)用🌐渦街(jie)流量計(ji)對其進(jin)行測量(liang)。

1渦街流(liu)量計概(gai)述
　　渦街(jie)流量計(ji)是20世紀(ji)70年代發(fa)展起來(lai)的一種(zhong)新型流(liu)量☂️儀表(biao)，80年代制(zhi)定了渦(wo)街流量(liang)計專業(ye)标準(ZBN12008－1989)和(he)檢測規(gui)程(JJG620－1989)。渦街(jie)流量計(ji)目前已(yi)⭕發展成(cheng)爲主流(liu)流量儀(yi)表之一(yi)，因其有(you)諸💋多優(you)點，吸引(yin)了國内(nei)外衆多(duo)研究者(zhe)和企業(ye)的關注(zhu)。研究者(zhe)從多方(fang)面對其(qi)進🌏行深(shen)入的研(yan)究:①旋渦(wo)發👈生體(ti)的研究(jiu)［1，2］;②壓電傳(chuan)感器探(tan)頭位置(zhi)的😄研究(jiu)［3］;③數字信(xin)号處理(li)方法的(de)研究［4］;④渦(wo)街信号(hao)檢🤟測方(fang)法的研(yan)究［5］;⑤數值(zhi)仿真方(fang)法的研(yan)究［6］
　　在衆(zhong)多流量(liang)計中，渦(wo)街流量(liang)計的安(an)裝、運行(hang)、維護費(fei)低✔️于節(jie)流㊙️式、容(rong)積式等(deng)，購置費(fei)低于容(rong)積式、質(zhi)量式等(deng)，是💃一種(zhong)實用性(xing)和經濟(ji)性都較(jiao)好的流(liu)量計，受(shou)到用戶(hu)廣泛歡(huan)迎🏃。該流(liu)量計優(you)點如下(xia):
(1)在一定(ding)雷諾數(shu)Ｒe範圍内(nei)(2×104～2×106)，輸出頻(pin)率信号(hao)不受流(liu)體物性(xing)(密度、粘(zhan)度)和組(zu)分變化(hua)影響，即(ji)儀表系(xi)數僅與(yu)旋渦發(fa)生體的(de)形狀尺(chi)寸及管(guan)道的形(xing)狀尺寸(cun)有關，可(ke)㊙️以在一(yi)種典型(xing)介質中(zhong)校驗而(er)♍适用于(yu)各種介(jie)質。
(2)精度(du)較高(與(yu)差壓式(shi)、浮子式(shi)流量計(ji)比較)。
(3)量(liang)程比可(ke)達10∶1或20∶1，目(mu)前已有(you)廠家在(zai)研制适(shi)用于氣(qi)體測量(liang)能達到(dao)80∶1的渦街(jie)流量計(ji)。
(4)壓損小(xiao)(約爲孔(kong)闆流量(liang)計的25%～50%)，大(da)幅度降(jiang)低能耗(hao)。
(5)結構簡(jian)單牢固(gu)，安裝維(wei)護方便(bian)。
(6)使用範(fan)圍廣，可(ke)測量液(ye)體、氣體(ti)、蒸汽和(he)部分混(hun)相流體(ti)。
2渦街流(liu)量計的(de)參數計(ji)算
2.1工作(zuo)狀态和(he)标準狀(zhuang)态下的(de)體積流(liu)量換算(suan)
　　渦街流(liu)量計的(de)輸出信(xin)号是與(yu)工作狀(zhuang)态的體(ti)積流量(liang)成正比(bi)例，氣體(ti)的體積(ji)流量受(shou)溫度、壓(ya)力影響(xiang)較大，在(zai)流量計(ji)選🚩型時(shi)㊙️，若提供(gong)的流量(liang)是标準(zhun)狀态下(xia)的體積(ji)流量或(huo)質量流(liu)量，應把(ba)它換算(suan)成工作(zuo)狀态下(xia)的體積(ji)流量。
qV=qn(PnTZ/PTnZn)?????? (1)
式(shi)中，qV、qn分别(bie)爲工作(zuo)狀态和(he)标準狀(zhuang)态下的(de)體積流(liu)量，m3/h;P、Pn分别(bie)🙇‍♀️爲工作(zuo)狀态和(he)标準狀(zhuang)态下14的(de)絕對壓(ya)力，Pa;T、Tn分别(bie)爲工作(zuo)狀态和(he)标準狀(zhuang)态下的(de)熱力學(xue)溫度，K。
2.2雷(lei)諾數、壓(ya)力損失(shi)和背壓(ya)的計算(suan)
　　在渦街(jie)流量計(ji)選擇流(liu)量計通(tong)徑時，主(zhu)要是對(dui)流量下(xia)🏒限值進(jin)行核算(suan)雷諾數(shu)，最小雷(lei)諾數不(bu)應低于(yu)下限雷(lei)諾數，即(ji)雷諾數(shu)Ｒe≥2×104。在測量(liang)介質爲(wei)液态時(shi)，還應檢(jian)查最小(xiao)工作壓(ya)力是否(fou)高于工(gong)作溫度(du)下的飽(bao)和蒸汽(qi)壓，即是(shi)否産生(sheng)氣穴現(xian)象。
(1)雷諾(nuo)數Ｒe是一(yi)個表針(zhen)流體慣(guan)性力與(yu)粘性力(li)之比的(de)無♌量☀️綱(gang)🐪量:

式中(zhong)，Q爲體積(ji)流量，m3/h;D爲(wei)流量計(ji)内徑，mm;v爲(wei)運動粘(zhan)度，m2/s。
(2)壓力(li)損失:選(xuan)擇流量(liang)計時，通(tong)常可能(neng)會對流(liu)量計的(de)通徑進(jin)行适當(dang)縮小，以(yi)取得較(jiao)大的流(liu)速和合(he)适的流(liu)量量程(cheng)。但是🔴如(ru)果縮徑(jing)過于嚴(yan)重，可能(neng)會導緻(zhi)較大的(de)壓力損(sun)失，能耗(hao)會增加(jia)，因此在(zai)選擇流(liu)量計的(de)🙇🏻通徑時(shi)，也需要(yao)适當☔考(kao)慮壓力(li)損失，盡(jin)可♊能減(jian)小壓力(li)損失。壓(ya)力損失(shi)△P計算:
△P=1.1×10－5ρ·V2　　　　　　　(3)
式(shi)中，△P爲壓(ya)力損失(shi)，kg/m2;ρ爲流體(ti)密度，kg/m3;V爲(wei)流速，m/s。
(3)背(bei)壓:測量(liang)液體的(de)流量時(shi)，要确認(ren)工藝管(guan)道的壓(ya)力💃對于(yu)📱較小的(de)公稱通(tong)徑而言(yan)有足夠(gou)大的背(bei)壓，避免(mian)氣穴産(chan)生。流量(liang)計下遊(you)的管道(dao)壓力應(ying)滿足:
P≥2.7△P+1.3P0(4)
式(shi)中，P爲流(liu)量計下(xia)遊3.5～7.5D的最(zui)小管道(dao)壓力，kg/cm2(A);P0爲(wei)液體的(de)飽♈和蒸(zheng)汽♉壓，kg/cm2。
（4）根(gen)據工藝(yi)要求及(ji)現場安(an)裝環境(jing)選擇耐(nai)壓、耐溫(wen)等🐇級、防(fang)護等級(ji)✂️、防爆等(deng)級、輸出(chu)信号等(deng)。
3測量熱(re)解氣的(de)渦街流(liu)量計的(de)選型設(she)計
　　熱解(jie)氣的組(zu)分如表(biao)1所述，其(qi)工藝參(can)數:操作(zuo)密度0.63kg/m3，運(yun)動粘度(du)2×10－5m2/s，操作㊙️溫(wen)度48.9℃，操作(zuo)壓力7.5kPa，管(guan)道DN80，最小(xiao)流量50Nm3/h，正(zheng)常流量(liang)100Nm3/h，最⭐大流(liu)量150Nm3/h，儀🤞表(biao)測量範(fan)圍選擇(ze)0～180Nm3/h。
　　因爲本(ben)裝置爲(wei)試驗裝(zhuang)置，在裝(zhuang)置運行(hang)的過程(cheng)中，業主(zhu)可能🤞會(hui)根✉️據需(xu)要适當(dang)調整參(can)數，因此(ci)選關鍵(jian)設🆚備的(de)工程可(ke)行性、優(you)化工藝(yi)參數的(de)關鍵參(can)數之一(yi)，因此使(shi)用精度(du)高一些(xie)的流量(liang)計也是(shi)有必要(yao)的;熱解(jie)氣的組(zu)🛀分随着(zhe)參數的(de)調整也(ye)可能會(hui)發生變(bian)化，因此(ci)基于伯(bo)努利方(fang)程原♊理(li)的，如孔(kong)闆、噴嘴(zui)、阿牛巴(ba)、德爾塔(ta)巴、平衡(heng)式等都(dou)不能很(hen)好的測(ce)量，因爲(wei)這類流(liu)量計受(shou)流體物(wu)性(密度(du)、粘度)和(he)組分變(bian)化影響(xiang)，且最終(zhong)的熱解(jie)氣産品(pin)🚶‍♀️或多或(huo)少都有(you)焦油的(de)存在，時(shi)間長了(le)可🌐能堵(du)塞流量(liang)計。楔式(shi)流量計(ji)帶自清(qing)潔的功(gong)能，如果(guo)采用法(fa)蘭取壓(ya)，變送器(qi)采用隔(ge)膜密封(feng)式變送(song)器，其受(shou)焦油的(de)影響較(jiao)小，楔式(shi)流量計(ji)的計算(suan)結果分(fen)别見圖(tu)1和圖2。


　　當(dang)H/D比爲0.2時(shi)，其壓力(li)損失達(da)到4kPa，已經(jing)大于操(cao)作壓力(li)的一🈚半(ban)，此種方(fang)案不可(ke)取，當H/D比(bi)爲0.3時，其(qi)壓力損(sun)失爲1.09kPa，可(ke)以接受(shou)，但最小(xiao)流量時(shi)的差壓(ya)隻有0.11kPa，甚(shen)至正常(chang)流量時(shi)的差壓(ya)也隻有(you)0.45kPa，由于采(cai)用的是(shi)隔膜密(mi)封式變(bian)送器，此(ci)時的精(jing)度無法(fa)保證;另(ling)一類是(shi)基于線(xian)性連續(xu)方程原(yuan)理的，如(ru)渦街流(liu)量👌計、質(zhi)量流量(liang)🔞計等，考(kao)慮到本(ben)裝置爲(wei)一個實(shi)驗裝置(zhi)，質量流(liu)量計價(jia)格昂貴(gui)，因此綜(zong)合考慮(lü)介質和(he)裝置的(de)特殊性(xing)、壓損、精(jing)度和費(fei)🤩用等因(yin)素，選用(yong)渦街㊙️流(liu)量計測(ce)量熱解(jie)🏒氣的流(liu)量。
由式(shi)(1)可得最(zui)小流量(liang)對應的(de)工作狀(zhuang)态下的(de)體積流(liu)量:

由上(shang)述計算(suan)結果可(ke)知，當流(liu)量計縮(suo)徑至DN40時(shi)，雷諾數(shu)即可👉滿(man)👌足要求(qiu)。
按式(3)可(ke)以核算(suan)下DN50和DN40口(kou)徑下的(de)最大壓(ya)損:
DN50時:
△P=1.1×10－5×0.63×262=4.7×10－3kg/m2=0.46kPaDN40時(shi):
△P=1.1×10－5×0.63×402=11.1×10－3kg/m2=1.09kPa
利用橫(heng)河公司(si)計算軟(ruan)件計算(suan)出來的(de)結果見(jian)圖3。

　　從圖3可(ke)見，出流(liu)量計口(kou)徑爲DN80時(shi)，最小流(liu)量無法(fa)測量;流(liu)量計口(kou)徑縮徑(jing)至DN50時，最(zui)小流量(liang)可測(此(ci)時流體(ti)的雷諾(nuo)數非常(chang)接近2×104)，但(dan)此時👌的(de)測量精(jing)度稍微(wei)差些;流(liu)量計口(kou)徑縮徑(jing)至DN40時，最(zui)小流量(liang)可測，且(qie)精度也(ye)能得到(dao)保證。用(yong)上述公(gong)式計算(suan)的壓⛷️損(sun)與軟件(jian)計算出(chu)來的也(ye)基本一(yi)緻，差别(bie)來自計(ji)算時流(liu)速及流(liu)量計口(kou)⛹🏻‍♀️徑均采(cai)用的是(shi)估算值(zhi)。如果流(liu)🐅量計縮(suo)徑至DN25時(shi)，流量✔️計(ji)的壓損(sun)已經達(da)到7.6kPa，壓損(sun)較大，無(wu)法滿足(zu)工藝要(yao)求。因💋此(ci)選擇DN40口(kou)徑的流(liu)量計能(neng)滿足要(yao)求。對于(yu)DN50口徑的(de)🏃‍♀️方案，如(ru)果流量(liang)大于54Nm3/h時(shi)，流量計(ji)的精度(du)爲此款(kuan)流量💜計(ji)的精度(du)，爲1.0%，當流(liu)量爲50Nm3/h時(shi)，此時流(liu)量可測(ce)，隻是精(jing)度稍差(cha)些，約爲(wei)1.81%，但流量(liang)計的壓(ya)損會小(xiao)很多，從(cong)節能降(jiang)耗方🏃🏻‍♂️面(mian)考慮，選(xuan)擇DN50口徑(jing)的流量(liang)🌈計也是(shi)可以的(de)。綜上，選(xuan)擇DN40和DN50口(kou)徑的渦(wo)街流量(liang)計都能(neng)滿足要(yao)求。
　　操作(zuo)溫度爲(wei)48.9℃，沒有特(te)殊性，選(xuan)擇普通(tong)的渦街(jie)流量計(ji)即可;根(gen)據現👨‍❤️‍👨場(chang)情況，流(liu)量計爲(wei)露天安(an)裝，防護(hu)等級選(xuan)擇🔴IP65即可(ke);根據《爆(bao)炸危險(xian)環境電(dian)力裝置(zhi)設計規(gui)範》GB50058－2014，本裝(zhuang)置中各(ge)介質所(suo)在🌈組别(bie)屬于危(wei)險物料(liao)，見表2。因(yin)此儀表(biao)的防爆(bao)标志💞選(xuan)擇ExiaⅡCT4Gb即能(neng)滿足要(yao)求。根據(ju)項目統(tong)一要求(qiu)輸出信(xin)号選擇(ze)爲4～20mA+HAＲT。

　　至此(ci)，渦街流(liu)量計的(de)選型已(yi)完成，但(dan)考慮到(dao)熱解氣(qi)中焦油(you)的存在(zai)，選擇渦(wo)街流量(liang)計時，需(xu)要注意(yi):①不能選(xuan)用因爲(wei)技術需(xu)要而在(zai)渦街流(liu)量計中(zhong)設計了(le)小孔結(jie)構的流(liu)量計，因(yin)爲焦油(you)有可能(neng)堵塞這(zhe)些孔，從(cong)而失去(qu)其㊙️原有(you)的作用(yong);②焦油有(you)可能附(fu)着在旋(xuan)渦發🏃‍♂️生(sheng)體上，從(cong)而🧑🏽‍🤝‍🧑🏻改變(bian)其結構(gou)，影響測(ce)量精🎯度(du)，因此需(xu)要🌈采用(yong)帶防粘(zhan)🈲附作用(yong)的發生(sheng)體，另外(wai)考慮到(dao)熱解氣(qi)中焦油(you)的含量(liang)較小，且(qie)由于旋(xuan)渦的存(cun)在，其有(you)剝離附(fu)着在發(fa)生體上(shang)的焦油(you)的作用(yong)，因此❗認(ren)爲其對(dui)測量精(jing)度的影(ying)響比較(jiao)小🐅。
4結語(yu)
　　目前項(xiang)目已經(jing)開車成(cheng)功，渦街(jie)流量計(ji)現場使(shi)用效果(guo)特别好(hao)，在整個(ge)實驗的(de)過程中(zhong)，都能很(hen)準确地(di)測出熱(re)🌍解氣🍓的(de)流量，深(shen)受業主(zhu)好評。現(xian)場的使(shi)用結果(guo)表明，在(zai)發生體(ti)帶防粘(zhan)🌈附作用(yong)的情況(kuang)🌈下，低含(han)量的焦(jiao)油對流(liu)量計的(de)測量精(jing)度影響(xiang)不大。目(mu)前化工(gong)廠常用(yong)的流量(liang)計節流(liu)裝置(孔(kong)闆等)，其(qi)受📐流體(ti)物性影(ying)🙇🏻響大，量(liang)程比一(yi)般隻有(you)3:1，且容易(yi)出現堵(du)塞，直管(guan)段要🐪求(qiu)甚至高(gao)達50倍管(guan)徑，另外(wai)導壓系(xi)統⛹🏻‍♀️還容(rong)易出現(xian)洩漏。渦(wo)街流量(liang)計因其(qi)儀表系(xi)數與流(liu)體特⛱️性(xing)無關(氣(qi)液通用(yong))、精度高(gao)、寬量程(cheng)比和低(di)壓損等(deng)優點，是(shi)節流✊裝(zhuang)置的理(li)想替代(dai)👨‍❤️‍👨品，但隻(zhi)有正确(que)設計、正(zheng)🔞确選型(xing)以及正(zheng)确安裝(zhuang)⭐的條件(jian)下才能(neng)⭕發揮其(qi)應有的(de)作用。

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