[摘要(yao)]渦街流量(liang)計 是一種(zhong)重要的速(su)度型流量(liang)計,由于測(ce)量不受介(jie)質物性參(can)數的影響(xiang),輸出信号(hao)與流量成(cheng)正比,目前(qian)工業管道(dao)流體主流(liu)的流量測(ce)量裝置是(shi)渦街流量(liang)計,其具有(you)測量精度(du)高、結構簡(jian)單、安裝維(wei)護方便等(deng)優勢。本文(wen)從闡述渦(wo)街流量計(ji)的測量原(yuan)理着手,分(fen)析渦街流(liu)量計的優(you)缺點,提出(chu)合理的适(shi)用範圍和(he)安裝基本(ben)要求,以及(ji)在DMF回收裝(zhuang)置的應用(yong),提供一定(ding)的實踐參(can)考價值。
1引(yin)言
　　随着化(hua)工行業智(zhi)能化水平(ping)和要求的(de)不斷提高(gao),流量監測(ce)的重要性(xing)更加明顯(xian),爲了有效(xiao)的控制和(he)監測生産(chan)過程,需要(yao)檢測生産(chan)過程中各(ge)種流體的(de)流量,便于(yu)管理和控(kong)制工藝參(can)數。同時各(ge)車間對物(wu)料的轉運(yun)需要正确(que)的計量,以(yi)作爲經濟(ji)核算的依(yi)據,各種類(lei)型流量計(ji)層出不窮(qiong),亟需測量(liang)精度高,适(shi)用範圍廣(guang):,儀表參數(shu)長期穩定(ding),維修方便(bian)的流量計(ji),因此需要(yao)選擇合适(shi)的流量計(ji),在實際生(sheng)産中是至(zhi)關重要。
　　渦(wo)街流量計(ji)在化工行(hang)業應用相(xiang)當廣泛,由(you)于設備内(nei)沒有可動(dong)機械零件(jian),降低了維(wei)護成本和(he)人力成本(ben),提高了整(zheng)體可靠性(xing)。無論國内(nei)外皆已開(kai)發出多品(pin)種,實際應(ying)用中渦街(jie)流量計也(ye)存在一-些(xie)問題,大部(bu)分都是安(an)裝和選型(xing)問題,亟需(xu)探索解決(jue)。
　　DMF(NN二甲基甲(jia)酰胺)是一(yi)種無色透(tou)明有機溶(rong)劑,化學式(shi)爲C3HNO,主要應(ying)用于化工(gong)行業,車間(jian)回收量較(jiao)大且難度(du)高,一般采(cai)用連續精(jing)餾方式回(hui)收,需要在(zai)回收處理(li).上選擇合(he)适的流量(liang)計進行正(zheng)确計量和(he)控制以。結(jie)合我們公(gong)司在回收(shou)DMF項目的應(ying)用案例,發(fa)現流量計(ji)選型的一(yi)些問題,提(ti)出采用渦(wo)街流量計(ji)來計量的(de)整改方案(an),并得到了(le)很好的應(ying)用。
　　本文針(zhen)對渦街流(liu)量計的特(te)點,從工作(zuo)原理、儀表(biao)結構和一(yi)些實際安(an)裝問題探(tan)讨,同時結(jie)合在DMF回收(shou)裝置中的(de)應用等方(fang)面,論述該(gai)流量計的(de)技術特點(dian)和應用範(fan)圍。
2工作原(yuan)理
　　渦街流(liu)量計是基(ji)于卡曼渦(wo)街原理進(jin)行測量,在(zai)均勻流體(ti)中,垂直設(she)置阻流體(ti),在一定流(liu)速範圍内(nei),從阻流體(ti)兩側交替(ti)地釋放方(fang)向相反的(de)旋渦,這種(zhong)不對稱漩(xuan)渦稱爲卡(ka)曼渦街向(xiang),如圖1所示(shi)。
 
　　通過檢測(ce)元件檢出(chu)漩渦頻率(lü)後,可以推(tui)導出流體(ti)的流量,設(she)被測介質(zhi)的平均速(su)度爲v,漩渦(wo)的發生頻(pin)率爲f,阻流(liu)體迎面寬(kuan)度爲d,根據(ju)卡曼渦街(jie)原理,發生(sheng)頻率和流(liu)體速度成(cheng)正比，如下(xia)式:
f=SrV/d??????(1)
式中:
V一(yi)阻流體兩(liang)側平均流(liu)速,m/s;
Sr一斯特(te)勞哈爾數(shu);
d一阻流體(ti)的寬度,m。
　　斯(si)特勞哈爾(er)數Sr爲無量(liang)綱參數,它(ta)與阻流體(ti)的形狀及(ji)雷諾數有(you)關,實驗數(shu)據得知,在(zai)Re=2x104-~7x106範圍内,Sr基(ji).本保持不(bu)變,可視爲(wei)常數。由.上(shang)式(1)可見,漩(xuan)渦頻率f不(bu)受流體物(wu)性和組分(fen)變化的影(ying)響。
設管道(dao)内體積流(liu)量爲qr .
qv=πD2V/4=πD2?df/4Sr?????(2)
K=f/qv=[πD2?d/4Sr]-1?????(3)
式中(zhong):
K一流量計(ji)的儀表,系(xi)數,m³。
　　K除與阻(zu)流體、管道(dao)的幾何尺(chi)寸有關外(wai),還與斯特(te)勞哈爾數(shu)Sr有關。由.上(shang)式(3)可見,流(liu)量qv和漩渦(wo)頻率f成正(zheng)比關系,輸(shu)出信号與(yu)流量成正(zheng)比,不受流(liu)體的溫度(du)、壓力、粘度(du)和密度.的(de)影響,通過(guo)傳感器檢(jian)測前後壓(ya)降和頻率(lü)f,将信号送(song)入放大器(qi),再由通過(guo)整形得到(dao)電信号輸(shu)出,就可以(yi)測出qv。
3儀表(biao)結構
 
　　渦街流量(liang)計在化工(gong)行業應用(yong)比較廣泛(fan),主流的渦(wo)街流量計(ji)由殼體、傳(chuan)感器和轉(zhuan)換器三部(bu)分組成,如(ru)圖2所示。.
傳(chuan)感器包括(kuo)漩渦發生(sheng)體(阻流體(ti))、檢測元件(jian)和儀表表(biao)體等,轉換(huan)器包括前(qian)置放大器(qi)、濾波整形(xing)電路、D/A轉換(huan)電路、輸出(chu)接口電路(lu)、端子、支架(jia)和防護罩(zhao)等。
　　根據卡(ka)曼渦街工(gong)作原理,通(tong)過漩渦發(fa)生體産生(sheng)漩渦,傳感(gan)器測量漩(xuan)渦頻率,主(zhu)要采用壓(ya)力傳感器(qi)進行測量(liang),通過檢測(ce)信号,再通(tong)過放大器(qi),信号顯示(shi)并遠程傳(chuan)輸至DCS系統(tong),就可以計(ji)算出流體(ti)的流速及(ji)流量,整個(ge)測量過程(cheng)可靠程度(du)高。
4優點和(he)局限性
4.1優(you)點
(1)渦街流(liu)量計結構(gou)簡單牢固(gu),一體化安(an)裝無可動(dong)機械零件(jian),安裝方便(bian),水平或垂(chui)直安裝均(jun)可,維修費(fei)用低;
(2)信号(hao)輸出與實(shi)際體積流(liu)量成正比(bi),測量幾乎(hu)不受流體(ti)參數(溫度(du)、壓力、密度(du)和粘度等(deng))變化影響(xiang);
(3)精度較高(gao)(±0.5 %~±1 %),測量範圍(wei)寬(10: 1),?壓力損(sun)失小;
(4)儀表(biao)系數和管(guan)道形狀尺(chi)寸有關,傳(chuan)感器不接(jie)觸介質,校(xiao)驗後可以(yi)适用各種(zhong)流體。
4.2局限(xian)性
(1)不适用(yong)于低雷諾(nuo)數測量(ReD=2x104),故(gu)在高粘度(du)、低密度、低(di)流速、小口(kou)徑情況下(xia)應用受到(dao)限制。
(2)對 管(guan)道機械振(zhen)動較敏感(gan),抗振能力(li)差,不宜用(yong)于強振動(dong)場所,需要(yao)增加防振(zhen)措施。
(3)當介(jie)質爲粘附(fu)流體時,檢(jian)測元件易(yi)受流體中(zhong)的污物及(ji)顆粒的影(ying)響。
(4)熱敏測(ce)量元件适(shi)用溫度低(di)于200℃,标準型(xing)壓力等級(ji)低于6.4 MPa.
5流體(ti)适用範圍(wei)
　　渦街流量(liang)計對于大(da)多數流體(ti)都是适用(yong)的,針對一(yi)些特殊的(de)流體,需要(yao)考慮流體(ti)的特性對(dui)流量計的(de)幹擾及影(ying)響,下面根(gen)據不同流(liu)體的适用(yong)範圍進行(hang)描述:
5.1低雷(lei)諾流體
　　渦(wo)街流量計(ji)不适用于(yu)測量低雷(lei)諾數(Re≤2x104的流(liu)體。流體處(chu)于低雷諾(nuo)數時,斯特(te)勞哈爾數(shu)Sr随着雷諾(nuo)數而變,儀(yi)表線性度(du)變差,流體(ti)粘度高會(hui)顯著影響(xiang)甚至阻礙(ai)旋渦的産(chan)生,選型的(de)一個适用(yong)條件是在(zai)使用于臨(lin)界限雷諾(nuo)數之上。
5.2含(han)固體微粒(li)流體
　　雖然(ran)适用的流(liu)體比較廣(guang)泛,但對于(yu)含固體微(wei)粒的流體(ti)要注意。固(gu)體微粒對(dui)漩渦發生(sheng)體沖刷會(hui)産生無關(guan)的噪聲,從(cong)而磨損漩(xuan)渦發生體(ti),可在上遊(you)安裝過濾(lü)器或對儀(yi)表定期校(xiao)驗。
5.3氣液兩(liang)相流體
　　對(dui)于含分散(san)、均勻的微(wei)小氣泡,但(dan)容積含氣(qi)率應小于(yu)7 %的氣、液兩(liang)相流,若超(chao)出2 %就應對(dui)儀表系數(shu)進行修正(zheng)。對于含分(fen)散、均勻的(de)固體微粒(li),固體含量(liang)小于2 %的氣(qi)固、液固兩(liang)相流;對于(yu)互不溶解(jie)的液液(如(ru)油和水)兩(liang)組分流等(deng),流速需要(yao)保證>0.5 m/s。
5.4 易結(jie)垢流體
　　對(dui)于易結垢(gou)的流體,污(wu)垢會附着(zhe)漩渦發生(sheng)體表面,影(ying)響其形狀(zhuang)和尺寸,從(cong)而使儀表(biao)系數發生(sheng)變化,需要(yao)定期清洗(xi)污垢:采用(yong)取壓孔或(huo)插入式檢(jian)測元件感(gan)應漩渦,.-旦(dan)介質雜質(zhi)嵌入縫隙(xi),對信号造(zao)成幹擾和(he)不穩定,影(ying)響其測量(liang)精度。
5.5氣體(ti)或者蒸汽(qi)
　　在測量氣(qi)體或者蒸(zheng)汽時,一定(ding)要考慮溫(wen)度和壓力(li)補償問題(ti),将工況下(xia)的流量轉(zhuan)換成質量(liang)流量或标(biao)況體積流(liu)量,--般補償(chang)由DCS控制系(xi)統通過專(zhuan)用補償功(gong)能模塊實(shi)現。
6安裝要(yao)求
6.1 安裝方(fang)式
　　渦街流(liu)量計分爲(wei)法蘭式、夾(jia)持式和插(cha)入式,優先(xian)選擇法蘭(lan)式,其餘兩(liang)者類型精(jing)度受安裝(zhuang)影響較大(da)口,正确的(de)選擇安裝(zhuang)方式非常(chang)重要,即使(shi)設計和選(xuan)型都很完(wan)美,若安裝(zhuang)不合理,同(tong)樣會影響(xiang)測量精度(du),甚至影響(xiang)傳感器的(de)使用壽命(ming),因此合理(li)的選型和(he)選擇合适(shi)儀表運行(hang)的最佳環(huan)境是至關(guan)重要的。
　　渦(wo)街流量計(ji)在管道上(shang)可以水平(ping)、垂直或傾(qing)斜安裝,但(dan)測量混相(xiang)流體時,測(ce)量精度得(de)不到保障(zhang),需保證測(ce)量流體充(chong)滿管道,避(bi)免産生混(hun)相流,根據(ju)混相流體(ti)的特點,選(xuan)擇合适的(de)安裝方式(shi),具體的安(an)裝方式如(ru)圖3所示。
 
　　渦(wo)街流量計(ji)必須在穩(wen)定的流束(shu)場内,有一(yi).定的直管(guan)段要求,直(zhi)管的長度(du)會影響精(jing)度,必須保(bao)證上、下遊(you)直管段有(you)一定的長(zhang)度,通常是(shi).上遊直管(guan)段>10D,下遊直(zhi)管段> 5D,還要(yao)結合現場(chang)安裝情況(kuang)進行調整(zheng),如果_上遊(you)有彎頭或(huo)者閥門,直(zhi)管段相應(ying)的需要加(jia)長,具體的(de)安裝要求(qiu)如圖4所示(shi)。
 
　　管道振動(dong)是工業生(sheng)産中的普(pu)遍現象,如(ru)泵産生的(de)流體壓力(li)脈沖,大幅(fu)度的開關(guan)閥門引起(qi)的負荷突(tu)變等,由于(yu)所形成的(de)振動幹擾(rao)對檢測是(shi)不利的,嚴(yan)重時會影(ying)響儀表使(shi)用壽命,因(yin)此采用有(you)效的減振(zhen)措施非常(chang)重要回。
　　渦(wo)街流量計(ji)對振動很(hen)敏感,振幅(fu)通常是<3%,目(mu)前一些渦(wo)街流量計(ji)采用質量(liang)平衡傳感(gan)系統和自(zi)适應數字(zi)信号處理(li)技術(ADSP),提供(gong)極佳的抗(kang)振性能,但(dan)是不能從(cong)根本解決(jue)消除振動(dong)0。爲了避免(mian)管道振動(dong),在儀表傳(chuan)感器上下(xia)遊2D管道處(chu)設置管道(dao)支撐緊固(gu)或固定架(jia),并設置防(fang)振支座和(he)防振墊。
　　在(zai)項目施工(gong)安裝過程(cheng)中,渦街流(liu)量計應該(gai)在管道清(qing)洗及吹掃(sao)後再安裝(zhuang),對于連續(xu)生産的管(guan)線建議安(an)裝旁路,開(kai)車時物料(liao)走旁路運(yun)行一段時(shi)間,待介質(zhi)幹淨後再(zai)開表,防止(zhi)管道内焊(han)渣等異物(wu)對傳感器(qi)造成損壞(huai)。對于需要(yao)調節的管(guan)道,調節閥(fa)一般安裝(zhuang)在流量計(ji)後方,避免(mian)出現射流(liu)的情況;對(dui)于高溫管(guan)道,傳感器(qi)要垂直向(xiang)下安裝。隻(zhi)要合理的(de)掌握了渦(wo)街流量計(ji)的安裝方(fang)式,對測量(liang)的準确性(xing)會得到很(hen)大的提高(gao)。
6.2故障及維(wei)護
　　渦街流(liu)量計是-種(zhong)免維護儀(yi)表,可長期(qi)穩定可靠(kao)運行,實際(ji)應用中很(hen)多問題來(lai)自安裝方(fang)式不合理(li),針對産生(sheng)不同現象(xiang)分析原因(yin),在項目建(jian)設和生産(chan)過程中,還(hai)會遇到更(geng)多的問題(ti),需要慢慢(man)發掘後分(fen)析原因并(bing)找到解決(jue)方案,現列(lie)舉目前渦(wo)街流量計(ji)在安裝及(ji)運行過程(cheng)中常見的(de)一些問題(ti)及其處理(li)方法,如表(biao)1所示。
 
7應用(yong)案例
　　DMF是一(yi)種常見的(de)溶劑,在化(hua)工應用比(bi)較多,而且(qie)回收量也(ye)比較大,一(yi)般采用精(jing)餾連續回(hui)收方式,要(yao)求控制進(jin)出料和回(hui)流量,這樣(yang)對流量計(ji)選型有一(yi)-定要求,在(zai)DMF回收項目(mu)中,DMF采用精(jing)餾方式回(hui)收,其中對(dui)設計量需(xu)要正确的(de)計量和控(kong)制,由于項(xiang)目前期沒(mei)有選擇合(he)适的流量(liang)計,導緻精(jing)餾塔運行(hang)過程中不(bu)穩定,後來(lai)停車排查(cha)分析原因(yin),找到問題(ti)是部分流(liu)量計的選(xuan)型不合理(li)。
　　DMF回收工藝(yi)過程爲: DMF原(yuan)料進入脫(tuo)水塔,塔頂(ding)脫除.水分(fen),塔釜采出(chu)水分合格(ge)的DMF至DMF精制(zhi)塔,DMF精制塔(ta)塔頂采出(chu)合格的DMF,塔(ta)釜排出少(shao)量廢液去(qu)處理,工藝(yi)流程見圖(tu)5。
 
　　DMF回收項目(mu)運行一段(duan)時間後,部(bu)分流量計(ji)顯示不正(zheng)常,波動性(xing)比較大,針(zhen)對存在的(de)問題對流(liu)量計進行(hang)改造更換(huan),最終将部(bu)分流量計(ji)換成渦街(jie)流量計,DCS可(ke)以正常顯(xian)示,流量測(ce)量曲線更(geng)穩定,波動(dong)性更小,生(sheng)産可以正(zheng)常穩定運(yun)行,渦街流(liu)量計在該(gai)DMF回收項目(mu)中發揮其(qi)重要作用(yong),項目如期(qi)正常運轉(zhuan),主要的改(gai)進點分析(xi)如下。
　　脫水(shui)塔釜采出(chu)流量計(F103)之(zhi)前采用轉(zhuan)子流量計(ji),由于轉子(zi)流量計測(ce)量的波動(dong)性比較大(da),而且浮子(zi)經常容易(yi)卡死,測量(liang)誤差偏大(da),使用效果(guo)不佳,經過(guo)改造後換(huan)成渦街流(liu)量計後,流(liu)量顯示更(geng)穩定可靠(kao)。
　　DMF精制塔回(hui)流流量計(ji)(F104)輸送介質(zhi)的主要成(cheng)分是DMF,之前(qian)采用電磁(ci)流量計一(yi)直顯示不(bu)正常,一直(zhi)沒找到原(yuan)因,後來取(qu)樣測電導(dao)率<5 us/cm,?沒有達(da)到電磁流(liu)量計電導(dao)率最低要(yao)求指标,後(hou)來換成渦(wo)街流量計(ji)後,流量可(ke)以正常顯(xian)示。
　　DMF精制塔(ta)塔釜流量(liang)計(F105)之前采(cai)用渦輪流(liu)量計,由于(yu)内部采用(yong)葉輪機械(xie)零件,随着(zhe)使用時間(jian)長,渦輪葉(ye)片經常會(hui)卡死,流量(liang)顯示不正(zheng)常,需要經(jing)常拆下維(wei)修清理,改(gai)造後換成(cheng)渦街流量(liang)計,設備運(yun)行穩定,故(gu)障率比較(jiao)低。
　　整個DMF回(hui)收車間經(jing)過改造後(hou),采用渦街(jie)流量計替(ti)代了部分(fen)流量計,更(geng)新後的DMF回(hui)收工藝流(liu)程的PFD圖如(ru)圖6所示。
 
　　通(tong)過上述項(xiang)目案例分(fen)析,可以判(pan)斷不同類(lei)型的流量(liang)計适用于(yu)不同的場(chang)合,要根據(ju)流體特性(xing)來選擇合(he)适的流量(liang)計。在DMF回收(shou)工藝中,渦(wo)街流量計(ji)發揮其卓(zhuo)越的性能(neng),完全契合(he)該流體特(te)性,正确的(de)控制工藝(yi)參數。隻要(yao)對流量計(ji)的性能和(he)特點全面(mian)掌握,在實(shi)際生産中(zhong)才能應對(dui)自如并解(jie)決問題。
8結(jie)束語
　　在衆(zhong)多的流量(liang)計中,渦街(jie)流量計是(shi)-.種經濟實(shi)用的流量(liang)計,可在很(hen)寬的流量(liang)範圍内測(ce)量流體。基(ji)本性能處(chu)于中等偏(pian)上水平,購(gou)置費低于(yu)電磁式、質(zhi)量式、容積(ji)式等,而安(an)裝、長期處(chu)于複雜的(de)環境中,應(ying)充分分析(xi)導緻其腐(fu)蝕的原因(yin)采取合理(li)有效的防(fang)腐措施來(lai)減少腐蝕(shi)的程度,進(jin)而延長其(qi)使用壽命(ming),提高電力(li)系統運行(hang)的安全性(xing),在提出表(biao)面防腐措(cuo)施的同時(shi)考慮節能(neng)技術以及(ji)材料的經(jing)濟性進行(hang)實施方案(an),對于燃煤(mei)電廠電力(li)系統本身(shen)更具普遍(bian)價值。

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