渦街流量計在蒸汽計量中的應用（yòng）

渦街流量計在蒸汽計量中（zhōng）的應（yīng）用

 

    隨著我國經濟形勢的飛速發展以及加入WTO,國際市場的競爭日趨激烈。各行各業（yè）都麵臨著（zhe）嚴峻的考驗。如何提高企業的管理水平,如何降低（dī）生產中成本（běn）以提高生產效率,成為一個企業興（xìng）衰存亡的（de）關鍵。其中,能源消耗是所有企業必須要計入生產成本的重要支出項目。所以正（zhèng）確、合理地使用（yòng）能源就成為了企業管理的重要內容。

能源的計量現在大多采用各種形式的流（liú）量計產品,對燃氣、燃油、蒸氣等多種形式的動（dòng）力能源進行準確計量通常應用在如（rú）下（xià）這些場合。

    1)鍋爐出口蒸汽（qì）流（liú）量、熱網蒸汽流量、冷凝水及各種用汽設備耗汽量的（de）計量。

    2)供水（shuǐ）,回水（shuǐ）流量計量；

    3)燃氣流量,燃油流量；   

    4)壓縮空氣產量和用量的計（jì）量；`

5)其它氣體流量計量(氧氣、氮氣（qì）、二氧化碳等)。

 

下麵菠萝蜜视频在线观看專門探討一下蒸汽的計量。

1          蒸汽的特性（xìng）

蒸汽是比較特殊的介質，有飽和及過熱兩種狀態（tài）。隨著工況（kuàng）（如溫度、壓力）的變化，過熱（rè）蒸汽經常會轉變成為飽和蒸汽。請看圖 (一)：

 

 

 

                                                  圖 (一)

圖中的縱坐標和橫坐（zuò）標分別為（水）蒸汽（qì）的壓力和溫度值。圖中的曲（qǔ）線稱作飽和曲線。曲線上的點為飽和狀態的蒸汽參數值，飽（bǎo）和（hé）曲線以上部分為過熱蒸汽（qì），以下部分為液態水。

由（yóu）此圖可以（yǐ）看出飽和蒸汽的溫度和壓力值是一一對應的，即（jí）當飽和蒸汽的溫度或壓力有其中一值確（què）定，另一值也就（jiù）可以確定了（le）。例（lì）如：150℃的飽和蒸（zhēng）汽（qì）對應的絕對壓力值為0.476MPa。絕壓為0.6 Mpa的飽和蒸汽對應的溫度為158.94℃。而過熱蒸汽（qì）的溫度（dù）和壓力並不一一對應，在圖中是在飽和曲線以上的區域。例如：150℃的蒸（zhēng）汽當其壓力值（zhí）大於0.476Mpa時，就稱其為過熱蒸汽。隻是過熱（rè）度不同。壓力值等於0.476Mpa時，稱為飽和蒸汽。

另外還有一個概（gài）念是濕蒸汽（幹蒸汽），蒸（zhēng）汽的溫壓狀態在飽和（hé）曲線以下區域時菠萝蜜视频在线观看（men）就不能稱其為蒸汽而是水了。飽和蒸汽實際上是水分子由液態轉變為氣態的臨界值（zhí），飽和蒸汽由於溫度或壓力的改變（biàn）部分氣態水（shuǐ）分子轉變為（wéi）液態，即蒸汽中攜帶了部分的水時就稱其為“濕蒸汽”。完全氣態水（shuǐ）分子稱為“幹蒸汽（qì）”。濕蒸汽在管道中實際上（shàng）是兩相流，會影響流（liú）量儀表的計量精度。當蒸（zhēng）汽攜帶的水量較大時，其對管道（dào）中的儀表及閥（fá）門等設備衝擊很大，可能損壞某些設備，俗稱“水（shuǐ）錘（chuí）”。解決濕蒸汽的（de）方（fāng）法是保（bǎo）持蒸汽的過熱度，例如：加強管道保溫，注（zhù）意倍壓等，還（hái）應注意管道排水。

 

2        測量蒸汽流量儀表的分類及選擇

目前，測量蒸汽流量的儀表主要（yào）有渦街流量計、差（chà）壓式（孔（kǒng）板、均速管、彎管）流（liú）量計、分流旋翼式流量計、阿（ā）牛（niú）巴（bā）流量計,浮子式流量計等，但從儀表工（gōng）作原理上來講主要分為渦街和差壓兩大類。這裏主要討論渦街流量計、孔（kǒng）板流量計。蒸汽流量測量在80年代以前普遍采（cǎi）用標準孔板流量計,但從（cóng）流量儀表發展狀況來看,孔（kǒng）板流量計盡管其曆史悠久、應（yīng）用範圍廣（guǎng）；人們對它（tā）的研究也最充分，實驗數據最（zuì）完整（zhěng），但用標準孔板流量計來測量蒸汽流（liú）量（liàng），它仍存在一些不足之處：其一，壓力損失較大；其二，導壓管、三組閥（fá）及連接頭容易泄漏；其三，量（liàng）程範圍小，一般為3：1，對流量波動較大易造成測量值偏低。而渦街流量計具有結構簡單，變送（sòng）器直接安（ān）裝於（yú）管道上，克服了管路泄漏現（xiàn）象（xiàng）。

   另外， 渦街流量計（jì）的壓力（lì）損失小，量（liàng）程範圍寬， 對飽和蒸氣測量量程（chéng）比可（kě）達30：1。因此，隨著渦街流量（liàng）計測量技術的成熟，渦（wō）街流量計的使用越來越受（shòu）到人們的（de）青睞。

 

下麵為渦街流量計及孔板流量計的對（duì）比：

1、渦街流量計與孔板流量計目前的技（jì）術水平

    渦街流量計的基本結構由（yóu）渦街發生體、檢測元件、信號處理（lǐ）放大電路組成，目前對於渦街發生體的研究已達到相（xiàng）當完善的程度，以三角型發生（shēng）體為最佳型體，檢測元件有熱（rè）敏（mǐn）電阻、應變片、壓電晶體、差動電容、超聲（shēng）波等。信號處理部（bù）分有許多已微機化。

    渦街流量計具有安裝方便（可直接在管道上安（ān）裝）、體積小、互換性強、長期（qī）運行精度高，可適（shì）用於大（dà）多數液體、氣體（tǐ）和蒸氣測（cè）量。目前世界市場的渦街流量計的銷售額每年遞增30%左右。

    目前,孔板流量計的（de）技術發展水平仍（réng）以確定的經驗公式為基礎（chǔ），1980年國際標準化組織將R541與R781兩個標準合並成標準ISO5167（1980）。

    孔板節流裝置由於結構簡（jiǎn）單，造價低、可靠等優點，它（tā）幾乎適用於（yú）所（suǒ）有介質測量，而與之配套的差壓變送器發展迅速，使其本身具有的不足得以彌補。

 

2、渦街流量計與孔板流量計綜合性能評價

    孔板（bǎn）流量（liàng）計（簡稱孔板）由節流件取（qǔ）壓裝置和差壓變送器組成（chéng），導（dǎo）壓管（guǎn）對於易凍的場所需要有伴熱措（cuò）施，一個（gè）流量測量（liàng）回路靜密封點為20個左右，使用（yòng）中（zhōng）存在如（rú）下問題：

    易凍、易堵、易漏、伴熱容易造成差壓變送器器件老化、某些場合導壓管需（xū）加（jiā）隔離液，由於伴熱或工藝（yì）操作不穩，正、負導壓管隔（gé）離液液線常常不等，產生液柱差，使流量指示不準。

    以（yǐ）上都會使流量係數發生變化，測量精度降低,管縮短導（dǎo）壓管把差壓變送器直接安裝在管道上，但仍有流動的死區。

    渦街流量計（簡稱（chēng）渦街）隻有3個靜密封點，不易泄漏 ，沒有流動的死區，不需伴熱（rè）保溫（wēn），不（bú）受流體重度、溫度、壓力、和粘度等影響，流量係數長期（qī）不變。

    但渦街在有振（zhèn）動場合使用時，會使流量（liàng）測量不準。目前（qián），市場（chǎng）上（shàng）已推出（chū）抗振型的（de）渦街，來克服振動對流量測量不準的影響。

   （1）初步投資

    一台進口渦街大約2萬元人民（mín）幣（Dn15-Dn80），而一台節流裝置包括（kuò）差壓變送器、孔板及法蘭、導壓管、閥門（mén）、保溫箱或保護（hù）箱也需1.5萬（wàn）元人民幣，從長遠觀點看、采用渦（wō）街仍然是合算的。

    (2）安（ān）裝（zhuāng）費用

     渦（wō）街安裝簡單，隻需保證流量計前後有（yǒu）一定（dìng）的直管段即可，孔板直線段、同心度、導壓管、變送器、保溫箱都（dōu）有一定的安裝要（yào）求、安裝費用是渦街的數倍。

   （3）維護費用

    渦街除在（zài）計量上要求周期性標（biāo）定（dìng）外，一般（bān）不會出現故障，而孔板則不然，消泄漏，定期排汙，灌隔離液，更換（huàn）導壓管、閥（fá）門（mén）、保溫、清洗孔板等，有一定的維護量。如200套流量孔板測量（liàng）回路（lù）（需保溫（wēn）伴熱），每二年，保溫伴熱（rè）係統改造就得投（tóu）入一定的維修費，這還不包括差壓變送器的更新，孔板更新費用。算下來足可以買一定數量的進口渦街.

   （4）運行成本

    1.蒸氣消（xiāo）耗費（fèi）用

    如200套流量孔板測量回路（需保（bǎo）溫伴熱），每個伴熱點耗汽（qì）0.02t/h，如果（guǒ）每年平均按4300小時（shí）計算，蒸汽費用為40元/噸，則每年（nián）需消耗蒸汽費用大約為68.8萬元,每個回路（lù）每年耗費用為0.344萬元（yuán）。

    2.能耗費用

    渦街的壓力損失比孔板小（xiǎo），約是孔板的（de）1／15。因此，長期的運行對泵（bèng）及風機能耗費少。孔板（bǎn）是渦街15倍（bèi），當用於氣體（tǐ）或蒸汽（qì）流（liú）量測（cè）量時，由於密度小，同一管徑（jìng）體積流量大，壓力損失更是嚴重（chóng），耗能費更高（gāo）。

    3.泄漏排汙費

    排汙費視排汙次數，一般為每年約（yuē）20次左右（yòu），排出（chū）的汙物及物料汙染大氣環境，汙水超標，環保部門也要對其罰款。

   （5）長（zhǎng）期運行精度

    孔 板的設計係統精度1.5%-2.5%，由於差壓（yā）與流量是非線性關係（xì），當（dāng）流量低於30%時，誤差增大，氣體更（gèng）為嚴重，另一（yī）方麵，由於使用介（jiè）質的（de）長期磨損，銳（ruì）角變鈍，使流量係數（shù）發（fā）生變化，也是（shì）影響精度的一個（gè）重要原因。

    由於渦街的特殊結構，當精度經實際確定（dìng）後（約為0.5%-1%測量值），精度幾乎是不變的。

   （6）可互換性

    同一（yī）台渦街可測量氣（qì）體、液體及蒸汽的流量（liàng），電（diàn）子線路板及敏感元件對不同口徑（jìng）的流量計來說都有（yǒu）是通用的，信號輸出通常有三種形式：脈衝、模擬及數字信號。可以通過電路板的（de）開關來切換，用戶可（kě）隨時根據自己的需要切換到另一種輸出信號（hào）。更改（gǎi）量程也很容易，對模擬輸出來說，隻需改變輸入的脈衝頻率（lǜ）就行了（le）。

    孔板則不然，孔徑是為特定的介質而設計的，互換性差，改（gǎi）變量程也（yě）比較困難，需重新計（jì）算孔板。

   （7）量程比

    由於渦街的輸（shū）出頻率與流量成線性關係，則（zé）流量的量程比可達20：1－80：1，例如：Foxboro公司的渦街流量計測（cè）量氣體及蒸氣的量程（chéng）比（bǐ）為80：1，測量液（yè）體的量程（chéng）比為40：1，能適應工藝流量測量量程較（jiào）大的要求，精度仍能保證。

    差壓流量計的差壓與流（liú）量成非線性關係，在小流量時測量不準，量程比隻有3：1－5：1。如果擴大量程比，必須設（shè）法提高差壓（yā）變送器的精度。

   （8）可靠性

    現（xiàn）在有種更為（wéi）可靠的渦街出現，它在一個表體上安裝了兩套電子線路、兩套敏感元件，且相互獨立，可用於重要的流量測量場合（hé），差壓式流量計難以做到這（zhè）點。

   （9）節能效果

    如蒸氣用量為120t/h,壓力為3.9Mpa,溫度為445ºC,如果用孔 板測量蒸氣，造（zào）成壓力損失為0.03-0.05Mpa，如按（àn）0.03Mpa算，這塊孔（kǒng）板（bǎn）所耗電能（néng）為82kW，按一年300天計（jì），每年耗電59萬（wàn）kW/h折算標準（zhǔn）煤為68.5t,如果采用渦街能耗僅為孔板的1/15-1/20,若以1／20計，則（zé）每年僅耗煤3.34噸，僅占孔板（bǎn）能耗的3.33%。

   （10）一次元件的流量特性對控製係統產生的影響

    由於渦街的輸出頻率與流量成線性關係，當它與調節閥（fá）、調節器集成一個（gè）控製係統時，相當於一個時（shí）滯和時間常數都小到可忽略的一個滯後環節，可視為比（bǐ）例環（huán）節，廣義對象的特性完全取決於回路中其他環節（jiē），對控製係統幾無（wú）影響，

    孔板則不然，由於它（tā）的（de）輸出與流量成線性（xìng）關係，回路增益隨著流量而變化（huà），雖然（rán）利用調節閥的流量特性來補償廣（guǎng）義對象（xiàng）的線性影響，但效果並不明（míng）顯，因此，必須引入開方器，開方器的引入雖然使廣義對象的特性不隨工作（zuò）點而變化，明顯改變了調節品質，但在小流量時反應快、靈敏、容（róng）易引起係統調（diào）節誤差增大（dà）。

    綜上所述，渦街在許（xǔ）多流量測量中用渦街來代替孔板是可行（háng）的， 既省錢又（yòu）省力，它確實給流量測（cè）量來許多好處。

 

3        渦街流量計的原理及分類

1、渦街流量計是根據“卡門渦街”原理研製成的一種流（liú）體振蕩型流量儀表。在流動的流體中插（chā）入一個斷麵為非流線型（xíng）柱狀物體時，在柱體後（hòu）部兩（liǎng）側會產生兩列交（jiāo）錯排列的（de）旋渦，見（jiàn）圖(二)。

 

                                 

圖 (二)

 

旋渦分離的頻率與流速成正比，與柱體的寬度成反比，可（kě）以用下式表示：

  

                          f=St×V/d   公式(1)

 

式中：

f： 旋渦（wō）分離頻（pín）率

S t： 無量綱常數(斯特勞（láo）哈爾數)

V： 柱體側麵的流速

d： 柱體的迎流（liú）麵寬度

 

由式(1)可（kě）見，通過測量旋渦的分離頻率便可測（cè）出流體流速和瞬時流（liú）量。斯特勞哈爾數St是可通過實驗確定的無量綱（gāng）常數。斯特勞哈爾數St與雷諾數Re函數（shù）關係中的線性部分，目口是渦街流量（liàng）計的線性測量範圍。檢測出頻率f即可求得管內流體（tǐ）的（de）流速，再由流速求出體積流量。一段（duàn）時間內輸出的脈；中（zhōng）數與流（liú）體的體積之比(流過單位體積流體對應的脈（mò）衝數)稱為儀表係數(K係數)。

 

K=N/Q(1/m³)    公式(2)

 

式中：

    K：儀表係數(脈衝/米（mǐ）³)

    N：脈衝數

Q：流體體積(米³)

 

菲波公司的10VME／10VTE係（xì）列渦街流量計采用壓電晶（jīng）體元件檢測旋渦分離頻率。旋渦在柱體後部兩側交替分離，產生壓力脈動（dòng），安裝在柱（zhù）體後（hòu）麵尾流中的探頭感受到（dào）交變力(見圖（tú）二)；埋（mái）設在探（tàn）頭體內部的（de）壓電（diàn）晶體元件受到交變力（lì）的作用產生交變電荷；交變電荷信號經檢測放大器處理後（hòu），以頻率信號輸（shū）出(傳感（gǎn）器)，或進一（yī）步變換成（chéng）與流量成比例的4-20mA直流標準信號輸（shū）出（chū）(變送器)。(見圖三)

 

                                   

 

圖(三)

 

2、渦街流量計的結構分類

目前（qián）在國內銷售的渦街流量計按旋渦發生體與檢測體的位置結構可分為一體式（shì）和（hé）分體式兩大類。

一體式結構是指發生體和檢（jiǎn）測體安裝在同一部件中，該部件既分離產生旋渦又檢測（cè）旋渦的（de）脈（mò）衝數。發生體在（zài）儀表內采用懸臂梁結構，可感受旋渦衝擊力。檢測體（tǐ）位於發生體內，通過發生體的震蕩檢測旋渦脈衝數。其優點是檢測體不與測量介（jiè）質接觸，可提高其壽命。缺點是懸臂梁（liáng）結構易被介質中的髒汙（如蒸汽中結垢、煤氣（qì）中的（de）焦油等）堵死而失去震蕩（dàng）能力，從而（ér）使檢（jiǎn）測體無法檢測脈衝數而使儀（yí）表無法工（gōng）作。另（lìng）外（wài），由於發（fā）生體的質量較大，受重力影響大，所以（yǐ）抗振性（xìng）能較差。目前橫（héng）河公司的（de）渦街流量計（jì）屬於這（zhè）種結構。

分體（tǐ）式結構的發生體和檢（jiǎn）測（cè）體是分離安裝在儀表中的不同位置。這種結構在儀表的抗振性能及耐髒汙上有很大提高。缺點是（shì）檢測體與測量介質直接接觸，一旦檢測體發生（shēng）故障更換時需切斷流量，會給用戶帶來麻煩。由此而知（zhī）分體式結構儀表對檢測體的質量要求是很高的。分體式結構的渦街流量計按發生體和檢測體的位置（zhì）不同又可分為分體內置式（如E+H公司、羅斯蒙特公司產品（pǐn））和分體外置式（ABB-菲雪波特公司、菲波（bō）公司）兩種結構，內置式儀表的檢測體與發生體安裝在同一中（zhōng）心（xīn）點上，發生體兩側開孔取信號。外置式儀表的檢測（cè）體安（ān）裝於發生體後端，如圖（三）中的旋渦發生處。內置式與外置式結構並沒有本質區別，但內置式結構由於開孔處也有被髒汙堵塞的問題，故在現場使用中耐髒汙的能力不如外置式理想。

 

4          正確選型、安裝、調試並用好渦街流量計

    （一）、用好渦街流量計是需要各方麵配合的係統工程

    1.先進的設計和高品質（zhì）的產品是基礎

          *設計不良和粗製濫造的渦街隨處可見

          *可靠性是產品的第一質量

   2.正確選型是滿意使用的前提

          *渦街（jiē）測量原油（yóu），生油，氫氣等高黏度介質有附（fù）加條（tiáo）件（溫度管徑，流量）

          *如何麵對大管道小流量的工藝設計:以流量定呂徑，采取縮管，利多弊少

（二）、渦街流量計類型

    渦街流量（liàng）計的係統按信號類型分為流量傳感器和流量變送器

    渦街流量計的係統按結構和安裝可分為一體（tǐ）型（xíng）和分離型。分離型在於使檢

    測電路部（bù）件脫離高溫，地下或高空等惡劣或不（bú）便的環境。

    渦街流量計的係統按供電電源類型又可分為係統供電和電池供電

    渦街流量計還可選擇是否（fǒu）有（yǒu）當地顯示

（三）、合理的選擇原則是：

    1.滿足基本功能，不追求錦上（shàng）添花

    2.可選（xuǎn）基本（běn）型儀表就不選取特殊型（xíng）儀表

    3.盡量避免采用模擬信號傳輸的（de）係統

    4.要與原有係（xì）統協調，也要考（kǎo）慮末來的更（gèng）新和發展

    5.采用（yòng）廣義性能價格（gé）比概念，綜合性能，可靠性和安（ān）裝，維修費用（yòng）進行（háng）比（bǐ）較

（四）、選型前應（yīng）完成的兩個（gè）基（jī）本（běn）工作：

    1.由給定流量（liàng）範圍（通過計算）確定流量計口徑

    2.根據（jù）介質壓力，溫度（dù）管道連接及其他現場條件要求確定流量計的具體型號

    口徑計算的依據：工藝參數和儀表數據

    參數的單位換算，介質（zhì）物性參數數據庫

    儀表參數數據庫：流量，流速，阻力損失

（五）、選型前應了解的其他信息：

    *儀表原理（lǐ），特點，應用場合等

    *儀表的結構，外形及安裝尺寸

    *與儀表相配的附件，配套（tào）儀表信息

（六）、正確安裝帶來滿意使用

    *動手安裝前務（wù）必先閱讀操作手冊（cè）

    *位置，直管，方（fāng）位，流向，法蘭對中

    *電氣接線：需用心連接，先查後通電（diàn）

（七）、儀表調整和故障處理：

    *儀表調整時，先核實工況條件，然後根據廠家的經驗數據庫進行（háng）調整

    *遵循“確認現象-判定（dìng）原因-動（dòng）手處理”的程序。

    （儀表無（wú）流量顯示並不等於儀表（biǎo）出故障）

 

另外（wài）值得注（zhù）意的是：

目前我國對蒸汽的計量記錄及結算值的單位基本上是（shì）質量流量，即噸或公斤。而蒸汽流量計測量值均是體積流量，即立方米。這就需要實時采集蒸汽的溫度（dù）和壓力，在積算儀或計算機中計算出密度進行補償。（飽和蒸汽的溫度壓力（lì）一一對應，隻需單路補償。）

以測量過熱蒸汽為例，使用渦街流量計時（shí）應安裝壓力變送器和溫度傳感器采集壓力和溫度進行補償計算，如圖 (四)。

            

    

        

                                     圖（tú） (四)

 

綜（zōng）上所述，蒸汽流量儀表的選用是非常重要的，準確測量蒸汽流量是生產部門（mén）都需要和普遍關心的問題。隨著（zhe）經濟的發展，提高測量水平的呼聲越來越高。因此，應針（zhēn）對生（shēng）產實際情況，做一些細致的技術工作，切實探索出一條蒸汽流量測量的成功之路。