摘要(yao)：介紹空分裝置(zhi)中液(ye)氧、液(ye)氦流量(liang)采(cai)用渦(wo)街流(liu)量計 測量(liang)的方法,探讨使(shi)用現狀的優點(dian),對不(bu)能測(ce)量較(jiao)大流(liu)量以(yi)及渦(wo)街流(liu)量計小信(xin)号切(qie)除量(liang)較大(da)的問題進(jin)行相關應(ying)用分析,對(dui)空分(fen)裝(zhuang)在(zai)産品(pin)核算(suan)、經濟效益(yi)分析、可靠(kao)運行的方面具有一(yi)定幫(bang)助。
　　目(mu)前，化(hua)工行(hang)業(ye)很多生(sheng)産現(xian)場所(suo)使用(yong)的流(liu)量(liang)計(ji)選型(xing)不夠合理(li),有的(de)存在(zai)安裝錯誤(wu),造成計量(liang)誤差(cha)過大,還有些不(bu)能滿(man)足生(sheng)産或産品交(jiao)接(jie)計量(liang)的需(xu)要(yao),流(liu)量計(ji)是化工(gong)企(qi)業最(zui)常用的儀表。但(dan)僅靠(kao)經(jing)驗(yan)或單(dan)純考慮購置費進行(hang)選型，可能(neng)會失去(qu)選(xuan)擇最(zui)适合(he)儀表的機(ji)會。由此可見,正(zheng)确選(xuan)擇(ze)和使用(yong)流量計(ji)并(bing)非易(yi)事。要正确、有效(xiao)地選(xuan)擇(ze)合(he)适的(de)流量(liang)計,必須考(kao)慮5個方面(mian)的因(yin)素,即(ji)性能要求(qiu)、介質物性、安裝(zhuang)要求、環(huan)境條件(jian)和費用。
　　煤(mei)基烯(xi)烴項(xiang)目建(jian)設的(de)空分裝(zhuang)置(zhi)生産(chan)氣氧(yang)、氣氮、儀表(biao)空氣、工廠(chang)空氣(qi)、液氧和液氮。通(tong)過對(dui)該裝(zhuang)置的(de)液氧、液氮産品(pin)流量計(ji)的(de)使用情況(kuang)進(jin)行摸索(suo)研究,從(cong)儀(yi)表測量原(yuan)理出(chu)發,進(jin)行必(bi)要(yao)的分析(xi)和研(yan)究,并進行(hang)觀察評(ping)估,對實(shi)施效果:提出推(tui)廣建(jian)議,從而進(jin)一步提高(gao)管理(li)和維(wei)護(hu)水(shui)平,使(shi)該裝(zhuang)置産品交(jiao)接計量向(xiang)更穩(wen)定、更(geng)可靠(kao)的方(fang)向發展。
1空(kong)分裝(zhuang)置液(ye)氧(yang)、液氨渦(wo)街流計使用現狀
1.1産品(pin)流(liu)量的(de)測量方法
　　一般情況下,煤化工(gong)配套的空(kong)分裝置都(dou)較(jiao)大(da),液氮(dan)、液氧(yang)産品在工(gong)藝系(xi)統負荷較(jiao)低時可以(yi)作爲産品(pin)銷售(shou)。爲了(le)準确測(ce)量(liang)這兩(liang)股産(chan)品(pin)的流量(liang),保證(zheng)貿(mao)易交接的準(zhun)确性,考慮(lü)到這兩(liang)股(gu)産品(pin)低粘度、低溫,産(chan)品管線口(kou)徑小(僅爲(wei)DN25mm), 以及一次(ci)儀表需安(an)裝于(yu)冷箱内隔(ge)箱而(er)變送器需要安(an)裝于(yu)冷箱(xiang)外部(bu)的特點,項(xiang)目最初選(xuan)用了(le) 分體(ti)式渦街流(liu)量計(ji) 配以(yi)轉(zhuan)換(huan)器來(lai)測量(liang)液(ye)氮、液氧(yang)流量(liang)。
1.2渦街(jie)流量(liang)計測量液氧、液(ye)氮流量
1.2.1測(ce)量原(yuan)理.
　　渦(wo)街(jie)流(liu)量計是一(yi)種典(dian)型的(de)速度(du)式流(liu)量計(ji),可檢(jian)測Re在(zai)5 x103~7 x106範圍(wei)内的(de)液體(ti)、氣體(ti)、蒸汽(qi)流(liu)體的流(liu)量。漩(xuan)渦分離的(de)穩定性受漩渦(wo)發生(sheng)體上(shang)遊流(liu)場畸變、漩渦流(liu)等的影(ying)響(xiang)，所以(yi)安裝(zhuang)儀表應根(gen)據上遊阻(zu)流件的不同形式,配(pei)備不同(tong)長(zhang)度的(de)上、下(xia)遊直(zhi)管段(duan),或安(an)裝流(liu)動調(diao)整器(qi),爲渦街流(liu)量計(ji)提供(gong)良好的流場(chang)條件,消(xiao)除流(liu)場對儀表的不利(li)影響。渦(wo)街流(liu)量計是應(ying)用流(liu)體振蕩原(yuan)理來測量(liang)流量的,流(liu)體(ti)在(zai)管道(dao)中經(jing)過渦街流(liu)量變送器時,在(zai)三角柱的(de)漩渦發生體後上下(xia)交替(ti)産生(sheng)正比(bi)于流速(su)的兩列(lie)漩渦,稱爲卡曼(man)漩渦(wo)。單側漩渦(wo)的釋放頻(pin)率與(yu)流過(guo)漩渦發生(sheng)體的(de)流體(ti)平均速度(du)及漩渦發(fa)生體特征(zheng)寬度(du)有關(guan),表示爲":
f=(Srxv)/d
式(shi)中
d一漩渦(wo)發生 體特(te)征寬(kuan)度,m;
f一(yi)漩渦 的(de)釋(shi)放頻率,Hz;
Sr一斯(si)特(te)勞哈(ha)爾數(shu),無量(liang)綱， 它(ta)的數(shu)值(zhi)範圍爲(wei)0.14 ~0.27;
?一流過漩渦發生體的流(liu)體平(ping)均速(su)度，m/s。
Sr是(shi)雷諾數的函(han)數,Re與Sr的(de)關系(xi)爲Sr =f(l/Re),如圖1所(suo)示。

由(you)上(shang)式可知(zhi)，在斯特(te)勞哈爾(er)數Sr爲常(chang)數(shu)時,流(liu)量qv與單(dan)側(ce)漩渦産生的頻(pin)率?成(cheng)正比。
　　當(dang)雷(lei)諾數Re在102~ 105範(fan)圍(wei)内(nei)時,Sr值(zhi)約爲0.2,因此(ci),在測(ce)量中(zhong)要盡量保(bao)證流(liu)體(ti)的(de)雷諾(nuo)數在102~ 105 ,漩(xuan)渦(wo)頻率(lü)?=0.2×?/d。由此可知(zhi)，通過測量(liang)漩(xuan)渦頻率(lü)就計(ji)算(suan)出(chu)流過漩渦發(fa)生體的(de)流體平均速度u,再由式(shi)qv = ? ×A0求(qiu)出流(liu)量qv,其中A。爲(wei)流體流過(guo)漩渦發生(sheng)體的截面(mian)積。
1.2.2渦街流(liu)量計測量(liang)空分裝置液氮(dan)、液氧(yang)的優劣
　　通(tong)過觀察裝置開(kai)車後近(jin)一(yi)年的(de)使用情況(kuang)，發現(xian)在這兩股産品(pin)處使用渦(wo)街流(liu)量計(ji)各(ge)存(cun)在一(yi)些優缺點。
1.2.2.1 優點(dian)
　　渦街(jie)流(liu)量計結(jie)構簡單(dan)牢(lao)固,安(an)裝維(wei)護方(fang)便,測(ce)量元件直(zhi)接安(an)裝于(yu)管道上,克(ke)服了管路(lu)的洩(xie)漏現(xian)象。可根據(ju)測量對(dui)象(xiang)選擇(ze)相應的(de)檢(jian)測方(fang)式,儀表的(de)适應性強(qiang)。非常(chang)适用(yong)于幹(gan)淨介(jie)質流(liu)體和(he)部分混相(xiang)流體(ti)。與其(qi)他脈(mo)沖輸(shu)出(chu)型(xing)流量(liang)計相(xiang)比(bi),渦(wo)街流(liu)量計(ji)的(de)儀表系(xi)數K較(jiao)低,且(qie)随儀(yi)表測量管徑D的(de)增大(da)儀(yi)表系數(shu)K近似(si)以直徑比(bi)的3次方速(su)率下(xia)降(表(biao)1)。

　　選擇流量(liang)計的(de)通徑(jing)應按(an)被測(ce)管道使用(yong)的流量範(fan)圍和(he)被選流量計的(de)上、下限(xian)流量來選配,而不是簡(jian)單地按(an)管(guan)道通徑選用。通常設(she)計管道流(liu)體最(zui)大流速是按經(jing)濟流速(su)來确定(ding)的,流速(su)選擇過(guo)低,則管徑(jing)粗、投(tou)資大(da);而流速過(guo)高則(ze)輸送(song)功率(lü)大,增(zeng)加運行費(fei)用21。大(da)部(bu)分(fen)流量計上限流量的(de)流速接近(jin)或略(lue)高于管(guan)道(dao)經濟(ji)流速(su),因(yin)此(ci)流量(liang)計通徑與(yu)管徑(jing)相同的可能性(xing)較大,安裝比較(jiao)方便(bian),如不(bu)相同(tong)也不(bu)應(ying).相差太(tai)多,一般相(xiang)鄰一(yi)檔規(gui)格,采用變(bian)徑管(guan)連接(jie)'。
　　若采用 标(biao)準孔闆流(liu)量計(ji) 來測(ce)量液氮、液(ye)氧的流量(liang)存在一些(xie)不足之處(chu)，如:壓力損(sun)失較大;導(dao)壓管(guan)、 三 (五)閥組(zu) 及連(lian)接接頭容易洩(xie)漏;導(dao)壓管(guan)、取壓(ya)口易堵(du)塞;量程(cheng)範圍小,一般爲(wei)3:1,對流量波動較(jiao)大易造成測量(liang)值偏低(di);液氮、液氧溫(wen)度較(jiao)低，需(xu)要采取複熱措(cuo)施由液态恢複(fu)爲氣态才可測(ce)量，否(fou)則易凍結(jie)。
　　量程比相對較(jiao)寬，可(ke)達10:1或20: 1。使用(yong)的情況是實際(ji)最小(xiao)流量(liang)可測(ce)到200Nm'/h,最(zui)大可測到1 865Nm'/h及以，上。實際情(qing)況是最大(da)流量(liang)在閥(fa)門(men)僅65%開度(du)時就(jiu)達到了100% ,最小流(liu)量僅(jin)可測(ce)到325Nm3/h,尤其上、下極(ji)限測量(liang)時(shi)基本(ben)很難用好。大多(duo)數渦(wo)街流量計(ji)具有(you)較(jiao)好(hao)的線(xian)性度(du),渦街流量(liang)計理論(lun)最大量(liang)程比可達300:1以上(shang)。但由于檢(jian)測元(yuan)件的靈敏度、儀(yi)表的壓力損失(shi)及其(qi)他方面的(de)限制,要達(da)到這麽高(gao)的量程比(bi)是非常(chang)困(kun)難的(de)。因此實際大多(duo)數的渦街流量(liang)計的(de)量程比僅(jin)爲10:1以上,有(you)的可達到(dao)20:1甚至(zhi)30:1。而其(qi)他的(de)流(liu)量計如(ru)差壓(ya)流量計,卻(que)沒有這麽(me)寬的(de)量程範(fan)圍。一般(ban)的渦街選(xuan)型,都會把(ba)所(suo)測流量(liang)範圍(wei)放在(zai)其全(quan)量程的5%~60%這(zhe)個範(fan)圍内(nei),如果(guo)要求(qiu)的量程太寬,就(jiu)必須把(ba)常(chang)用流(liu)量放在這個範(fan)圍的合适(shi)位置(zhi)以選(xuan)型(xing)。這樣選(xuan)型出(chu)來的(de)渦街(jie)才會(hui)好用、穩定(ding),精度(du)才能(neng)得以(yi)保障(zhang).
　　渦街(jie)流量(liang)計屬測量(liang)精度(du)中等(deng)偏上的流(liu)量計,通常(chang)測量(liang)液體(ti)的(de)精(jing)度爲(wei)土(0.5% ~1.0%),測(ce)量氣(qi)體的(de)精度(du)爲土(tu)(1.0% ~1.5%),這種(zhong)精度比 渦輪流(liu)量計(ji) 科氏力質(zhi)量流(liu)量計(ji)低,但(dan)與傳(chuan)統(tong)的(de) 差壓(ya)流量(liang)計 、 浮(fu)子流量計(ji) 相(xiang)比,測量(liang)精度(du)較(jiao)高2]。考慮到這兩股(gu)産品(pin)既要計量(liang)總流量,又要應(ying)用在(zai)流量控制(zhi)系統(tong)中，流(liu)量計(ji)精度(du)的确定要(yao)在整(zheng)個系統控制精(jing)度要求(qiu)下進行(hang)，因爲(wei)整個系統(tong)不僅有流(liu)量檢(jian)測的(de)誤差,還包(bao)含有(you)信号(hao)傳輸、控制(zhi)調(diao)節等環(huan)節的(de)誤差和各(ge)種影響因素,對(dui)測量(liang)儀表(biao)确定(ding)過高(gao)的精度是(shi)不合理和(he)不經(jing)濟的(de),因此綜合(he)精度、經濟性一(yi)同考(kao)慮是選型(xing)的要素之一。
　　正(zheng)常情(qing)況下壓損(sun)約爲 孔(kong)闆(pan)流量(liang)計 的(de)1/4~1/2，但内縮徑(jing)渦街流量(liang)計不(bu)适用于(yu)此處。近(jin)似的(de)長(zhang)期(qi).壓損( PPL)計算(suan)公式(shi)爲

　　以(yi)液氮産品爲例(li)，經過(guo)計算，DN25mm的渦(wo)街流(liu)量(liang)計适用(yong)于此處(chu),圖2爲液(ye)氮DN25mm渦街流(liu)量計性能(neng)對(dui)照圖。從(cong)圖2可(ke)以(yi)看(kan)出，在保證(zheng)精度的情(qing)況下(xia),壓(ya)損(sun)是相(xiang)當小(xiao)的(de)。

　　輸出(chu)與流量成(cheng)正比的脈(mo)沖信(xin)号,适(shi)用于(yu)總(zong)量(liang)計量,無零點漂(piao)移[4。在(zai)一定雷諾數範圍内(nei),輸(shu)出(chu)頻率(lü)信号不(bu)受流體物性(密度、粘度(du))和組分的影.響(xiang),即儀表(biao)系數僅(jin)與漩渦發生體(ti)和管(guan)道的形狀(zhuang)尺寸有關,隻需在一(yi)種典(dian)型介(jie)質中校(xiao)驗(yan)而适(shi)用于(yu)各(ge)種(zhong)介質(zhi)。在各種流量計(ji)中渦(wo)街(jie)流量計(ji)是一(yi)種較有可能成爲僅需幹(gan)式校驗(yan)的(de)流量(liang)計。
　　對(dui)流量變化(hua)在一(yi)定(ding)的(de)雷諾(nuo)數範(fan)圍(wei)内(nei)，漩渦(wo)分離的(de)頻(pin)率僅(jin)與流(liu)體(ti)工作狀(zhuang)态下的體(ti)積流(liu)量成(cheng)正(zheng)比;而對(dui)被測流(liu)體壓力、溫度、粘度和組(zu)分變(bian)化(hua)不敏感(gan)。因此，在(zai)幾何相(xiang)似和動力(li)相似條件(jian)下，渦街流(liu)量計可用(yong)一種(zhong)典型(xing)介質(zhi)(如水(shui)或空氣)标(biao)定，就(jiu)可确(que)定(ding)它的儀(yi)表系數，并(bing)可在其他(ta)介(jie)質中使(shi)用。渦街流(liu)量計的這一(yi)特點，對(dui)生産(chan)廠(chang)和(he)用戶提供(gong)了(le)很大的(de)便利。對用(yong)于高(gao)壓氣體的(de)渦街(jie)流量(liang)計(ji)，使(shi)用常(chang)壓條件下(xia)标定(ding)的儀表(biao)系(xi)數，用(yong)戶完(wan)全可以放(fang)心，生産廠不必(bi)爲沒有(you)高(gao)壓标(biao)定設備而憂慮(lü);用于(yu)氣體的渦(wo)街流(liu)量計(ji)，也可(ke)在水流(liu)量(liang)标準(zhun)裝置中(zhong)校驗，提(ti)高标(biao)定精(jing)度。渦(wo)街流(liu)量計這一(yi)特點，爲它實現(xian)幹标定、發(fa)生體(ti)标準化(hua)提供了(le)有利條(tiao)件。
　　通常(chang)渦街(jie)流量(liang)計的(de)儀表(biao)系數(shu)K是通(tong)過液體或(huo)氣體(ti)流量校準裝置在常(chang)溫(wen)、常壓條(tiao)件下标定(ding)後确(que)定的(de)。如果儀表(biao)用于(yu)高(gao)溫(wen)流體(例如(ru)蒸(zheng)汽)或低(di)雷諾數區(qu)域的流量(liang)測量時,還(hai)照用實驗室标(biao)定的(de)儀表(biao)系數(shu)的話(hua),則(ze)會(hui)産生一定(ding)的測(ce)量偏(pian)差。因(yin)此,當(dang)儀表的工作條(tiao)件偏(pian)離标定(ding)條(tiao)件較(jiao)遠時(shi),需對該系(xi)數進行修(xiu)正。
　　儀(yi)表标定時,根據(ju)校準(zhun)裝置給出(chu)的标(biao)準(zhun)流量、流(liu)體密(mi)度ρ、粘(zhan)度μ和(he)被測(ce)渦街流量(liang)計輸(shu)出(chu)的頻率(lü),計算出儀(yi)表系(xi)數K和對(dui)應(ying)的雷(lei)諾數。先(xian)進行雷(lei)諾數Re>2 x 104的各(ge)流量(liang)測試(shi)點(dian)的标定(ding),再進行(hang)Re≤2x104各(ge)點流(liu)量的(de)标定(ding)。然後(hou)算出(chu)Re>2x104各流量測試點(dian)的平(ping)均儀(yi)表系(xi)數(shu)K,以(yi)K作爲(wei)标準(zhun)儀(yi)表系數(shu),再分(fen)别(bie)計算Re<2x104各(ge)流量測試點的(de)儀表系數(shu)Ki與K的(de)比值E作爲雷諾(nuo)數修正系(xi)數,這(zhe)樣就(jiu)得(de)到與表(biao)2相似(si)的各(ge)雷諾數所(suo)對應的修(xiu)正系數，然後把(ba)這些(xie)數據寫人(ren)儀表中。

1.2.2.2缺(que)點
　　渦(wo)街流(liu)量計小信(xin)号切除(chu)量(liang)較大(da),使下限流(liu)量不(bu)能太低(di)，因(yin)此不(bu)能滿(man)足較小流(liu)量測(ce)量(liang)的要求。渦街(jie)流量(liang)計的(de)下限流(liu)量(liang)受雷諾數和(he)檢測元(yuan)件靈敏度(du)的制(zhi)約。
　　雷(lei)諾(nuo)數的影(ying)響。渦(wo)街流(liu)量計(ji)不适(shi)用(yong)于(yu)低雷(lei)諾數測量(Re≥2 x104),故在高粘(zhan)度、低(di)流速(su)、小口(kou)徑情況下(xia)應用(yong)受到限制(zhi)。大多數渦街流(liu)量計(ji)的(de)下限雷(lei)諾數爲(wei)(1 ~2) x104 ,隻(zhi)有當(dang)儀表(biao)工(gong)作在下(xia)限雷諾數以.上區域時,斯(si)特勞(lao)哈爾數Sr或儀表(biao)系數K才進人平(ping)直區,儀表(biao)也才(cai)能進(jin)人線性工(gong)作區域，否則當雷諾(nuo)數Re低于渦(wo)街流量(liang)計(ji)線性工作(zuo)區的臨界(jie)雷諾(nuo)數時,儀表系數(shu)K将出現嚴(yan)重的非線(xian)性,産生非(fei)線性誤差(cha)。在粘度高(gao)、口徑(jing)小的(de)工(gong)作條件(jian)下工作的(de)渦街(jie)流量計，下限流(liu)量不能太(tai)低。以液氮産品(pin)爲例(li),經過計算(suan),DN25mm的渦(wo)街流量計所測(ce)流量爲全量程流量的15%及以下(xia)時,流速下(xia)降迅(xun)速,已經不能保(bao)證精(jing)度了(le)， 即使滿足了可測量(liang)程上限(xian)的要求也滿足不(bu)了可(ke)測較小流(liu)量的需要(yao)(表3)。

　　另外,從(cong)圖3還可以(yi)清楚(chu)地看(kan)到,流(liu)量達(da)到量程(cheng)上限以(yi)後精(jing)度和壓損(sun)明顯(xian)呈比例上升。這也(ye)就不難(nan)解釋爲什麽渦(wo)街流量計(ji)往往(wang)未用到全(quan)量程(cheng)就很(hen)難用好了(le)

　　檢測元(yuan)件靈(ling)敏度的限(xian)制。漩(xuan)渦強(qiang)度越(yue)強對信号(hao)檢測(ce)越有(you)利。而漩渦強度(du)與(yu)流(liu)速平(ping)方是(shi)成正(zheng)比的，所以在量(liang)程下(xia)限的(de)低速(su)區，漩渦信(xin)号很微弱(ruo)，能否有效地檢測出(chu)漩渦(wo)信号(hao),取決(jue)于檢(jian)測元(yuan)件的(de)靈敏(min)度[2]
　　受(shou)以上兩方面因(yin)素的制約，渦街(jie)流量(liang)計(ji)的下限流速不(bu)能太低(di)，這點可以參考(kao)表3。一(yi)般(ban)情(qing)況下(xia),測量液體流量(liang)時,下限(xian)流速爲(wei)0.3 ~0. 5m/s;測量氣體時下(xia)限流速爲(wei)3.0 ~5.0m/s。不能(neng)采用内(nei)縮(suo)徑渦(wo)街流量計(ji)測量(liang)較小(xiao)流量，否則(ze)無法保(bao)證流體(ti)的穩定(ding)狀态，畢(bi)竟渦街(jie)靠(kao)的是(shi)穩流才能(neng)準确測量,内縮徑多(duo)少會(hui)造成(cheng)壓損(sun)增加,影(ying)響(xiang)渦街(jie)的測(ce)量(liang),尤(you)其測到70%以上很難保(bao)證精度,特點是(shi)精度随流量增(zeng)大而産生(sheng)偏差。
　　正常(chang)情況(kuang)下渦(wo)街流量計壓損(sun)僅比(bi)差(cha)壓流量(liang)計小(約(yue)爲(wei)孔闆流量(liang)計1/4~1/2),但是由(you)于這兩(liang)股(gu)産品(pin)的正(zheng)常(chang)壓力都(dou)在0.5MPa以下(xia)，因此測(ce)量值達不到精(jing)度偏離點(dian)就壓(ya)損太(tai)高(gao)無法使(shi)用了。以液氮産(chan)品爲(wei)例,經(jing)過計(ji)算,DN15mm的(de)内(nei)縮(suo)徑渦(wo)街流(liu)量(liang)計不适(shi)用于此處(chu)，流量爲全量程50%及以(yi)上時(shi),壓損上升(sheng)迅速(su),如圖4所示(shi)。但是優點是可以滿(man)足較小流(liu)量測(ce)量的(de)需要,這時幾乎(hu)沒有(you)壓損(表4)。.


2結(jie)束語(yu)
　　對空(kong)分裝置的液氧(yang)、液氮(dan)産品流量(liang)測量(liang)結合(he)實際使用(yong)情(qing)況進行(hang)了研(yan)究與(yu)分析(xi),對其測量原理(li)技術難點(dian)以及(ji)優缺點(dian)等(deng)進行(hang)了全面的(de)統計(ji)、綜述和(he)評價。當(dang)然對(dui)于(yu)量程比(bi)适中(zhong)、隻(zhi)保證流(liu)量上限(xian)其中一端即(ji)可的液氧(yang)、液氮(dan)産品流量測量,使(shi)用這類(lei)低溫(wen)型分(fen)體式(shi)渦街流(liu)量計還(hai)是相(xiang)當可靠的(de)。

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