摘要:介紹了渦街流量計(jì)的測量原理和使用過程中出現(xiàn)的問題。結(jié)合實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)了渦街流量計(jì)在儀表選型、設(shè)計(jì)安裝和使用過程中的注意事項(xiàng),以及氣體流量測量時(shí)的溫度壓力補(bǔ)償組態(tài)計(jì)算。
1渦街流量計(jì)的測量原理
渦街流量計(jì)是應(yīng)用流體振蕩原理來測量流量的，流體在管道中經(jīng)過渦街流量變送器時(shí),渦街流量變送器中設(shè)置有旋渦發(fā)生體(阻流體),在流體從旋渦發(fā)生體兩側(cè)交替地產(chǎn)生有規(guī)則的旋渦,這種旋渦稱為卡曼渦街。旋渦列在旋渦發(fā)生體下游非對(duì)稱地排列，對(duì)于確定的測量管內(nèi)徑D和發(fā)生體迎流面寬度d.流體的狀態(tài)體積流量q,與渦街的旋渦頻率成正比，也就是說只要測量出頻率f,可知流量q,的大小，即：
式中Sr是斯特勞哈系數(shù)，與Re有關(guān);d為鈍體的迎流向?qū)挾?D為管道內(nèi)徑。
由式可看出，用渦街流量計(jì)測量流體的體積流量,主要是通過測量旋渦頻率f來實(shí)現(xiàn)。而旋渦頻率只與流速f和發(fā)生體的幾何參數(shù)有關(guān),而與被測流體的特性和組分無關(guān)。
2渦街流量計(jì)的應(yīng)用
2.1渦街流量計(jì)的選型
流量儀表選型原則根據(jù)氯堿化工行業(yè)特點(diǎn)，首先要考慮防爆性能。如本案列中的乙炔氣體為易燃易爆的介質(zhì)，所以選型的第--步就是要考慮流量儀表的防爆性能。其次是弄清工藝介質(zhì)的物理和化學(xué)特性。比如:介質(zhì)的溫度、壓力、密度、粘度、電導(dǎo)率;流量測量范圍;充許的壓力損失;介質(zhì)的腐蝕程度等等。
2.2渦街流量計(jì)的安裝要求
渦街流量計(jì)屬于對(duì)管道流速分布畸變、旋轉(zhuǎn)流和流動(dòng)脈動(dòng)等敏感的流量計(jì)，因此，對(duì)現(xiàn)場管道安裝條件應(yīng)充分重視,嚴(yán)格遵照使安裝規(guī)范執(zhí)行。
(1)減小振動(dòng)對(duì)渦街流量計(jì)的影響應(yīng)該作為渦街流量計(jì)現(xiàn)場安裝的一個(gè)突出問題來關(guān)注，應(yīng)盡量安裝在遠(yuǎn)離振動(dòng)源和電磁干擾較強(qiáng)的地方。
(2)渦街流量計(jì)只能單向測量,安裝時(shí)注意保證介質(zhì)流量方向與流量計(jì)箭頭所示方向--致，安裝地點(diǎn)周圍應(yīng)有充裕的空間，以便安裝和維護(hù)。
(3)渦街流量計(jì)首選安裝方式為垂直安裝,介質(zhì)自下而上通過流量計(jì)。即將流量計(jì)安裝在豎直管道上,流量方向?yàn)樽韵孪蛏?本項(xiàng)目中所有渦街流量計(jì)全部垂直安裝。
(4)直管段要求:本項(xiàng)目中由于兩個(gè)流量參數(shù)的重要性，流量計(jì)全部安裝于調(diào)節(jié)閥的上游，直管段按前20D后10D要求完成配管。并直管段法蘭焊接時(shí)，應(yīng)卸下流量計(jì),一定不能帶著流量計(jì)焊接法蘭。
(5)安裝時(shí)注意管道口徑應(yīng)略大于或等于儀表的內(nèi)徑，配管應(yīng)與傳感器同心，同軸偏差應(yīng)不小于0.5DN。使用密封圈時(shí)，注意密封圈內(nèi)徑應(yīng)略大于或等于儀表的內(nèi)徑，密封圈中心位于管道中心。
(6)要做好渦街流量計(jì)的防雨工作。如果渦街流量計(jì)安裝在露天，就必須加裝遮雨帽，防止變送器表頭進(jìn)水,造成電子元件故障。
(7)連接渦街流量計(jì)的電纜走向,應(yīng)盡可能遠(yuǎn).離強(qiáng)電磁場的干擾場合。絕對(duì)不允許與高壓電纜一起敷設(shè)。屏蔽電纜應(yīng)盡量縮短，最大長度不超過500m，且不得盤卷，以減少分布電感。
2.3參數(shù)組態(tài).
實(shí)際應(yīng)用中，乙炔、氯氣流量配比要求非常嚴(yán)格,一旦氯氣過量就可能引起裝置爆炸。為了生產(chǎn)過程的質(zhì)量與安全，要求所測量的流量參數(shù)應(yīng)為20℃,101.325kPa標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積流量，才可以實(shí)現(xiàn)對(duì)氣體的計(jì)量與控制，故必須對(duì)氣體流量進(jìn)行壓力、溫度補(bǔ)償。實(shí)施過程中渦街流量計(jì)組態(tài)為工況流量,4-20mADC輸出至控制系統(tǒng)，由HoneywellExperionPKS系統(tǒng)中FLOWCOMP模塊完成流量的溫度壓力補(bǔ)償計(jì)算，該模塊簡化了復(fù)雜的過程控制邏輯編寫與調(diào)試過程，增加了測量和控制精度，提高了生產(chǎn)效率。
2.3.1渦街流量計(jì)參數(shù)組態(tài)
過程組態(tài)一工藝介質(zhì)(gas)、參考K系數(shù)、內(nèi)徑、PV單位(m3/h)、量程值-URV、LRV、PV阻尼等。
2.3.2DCS系統(tǒng)溫度壓力補(bǔ)償組態(tài)
在Honeywell的DCS中有專用的FLOWCOMP模塊進(jìn)行流量補(bǔ)償。此模塊可用于補(bǔ)償溫度、壓力、比密度或分子量變化的流量測量。被測介質(zhì)可以是氣體，蒸汽和液體。原理如圖1所示。
FLOWCOMP模塊使用以下基本公式來計(jì)算補(bǔ)償?shù)牧髁恐底鳛槠漭敵觥?
PV=CPV*(CF1/CF2)*F*COMPTERM
式中:PV---補(bǔ)償輸出;
CPV---全面比例系數(shù),缺省值為1;
CF1,CF2--修正系數(shù),缺省值為1;
F--未補(bǔ)償?shù)牧髁?
COMPTERM----補(bǔ)償值。F
LOWCOMP模塊的使用取決于Compterm的形式選擇。COMPTERM有5種形式-A液體,B氣體,蒸汽C氣體、蒸汽(特定引力),D氣體、蒸汽的體積流量,E蒸汽。補(bǔ)償輸入端引自各變量的PV輸入端。
本項(xiàng)目選用公式B用實(shí)際的絕對(duì)溫度和絕對(duì)壓力來進(jìn)行補(bǔ)償，具體如下:如果PVCHAR=SQUAREROOT,則
式中:P--實(shí)際壓力測量值(表壓);
T一實(shí)際溫度測量值;
設(shè)計(jì)壓力;
RT-設(shè)計(jì)溫度;
P0---大氣壓，101.325kPa;
T0-溫度,273.15K。
FLOWCOMP模塊中的組態(tài)內(nèi)容如下:
PVEQN=EQB
PVCHAR=NONE
CPV=1.0
CF1=1.0
CF2=1.0
COMPHILM(補(bǔ)償系數(shù).上限)=8(缺省值為1.25)
COMPHILM(補(bǔ)償系數(shù)下限)=0.8
RP=0.101325
RT=293.15
PO=0.101325
T0=273.15
這樣工況體積流量就可以轉(zhuǎn)換為209C,101.325kPa標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積流量,便于計(jì)量和計(jì)量單位的統(tǒng)--,從而流量計(jì)量能夠更加合理,確保裝置的穩(wěn)定運(yùn)行。
2.4常見故障處理及維護(hù)
渦街流量計(jì)常見問題錯(cuò)綜復(fù)雜，從設(shè)計(jì)安裝、參數(shù)整定、日常維護(hù)、運(yùn)行環(huán)境中都存在不同程度的問題,結(jié)合多年來的維修經(jīng)驗(yàn)總結(jié)來說有以下幾方面內(nèi)容。
2.4.1選型安裝方面的問題
在選型安裝任何一臺(tái)渦街流量計(jì)之前,必須考慮流量計(jì)的口徑、管路尺寸和安裝位置。正確的口徑對(duì)于流量計(jì)的性能很重要,流量計(jì)口徑選擇正確在應(yīng)用中就可以擴(kuò)大量程,并使壓力損失和氣穴產(chǎn)生的可能性降到最小。流量計(jì)安裝位置的正確選.擇，能保證得到一個(gè)清晰精確的輸出信號(hào)。本項(xiàng)目中，流量計(jì)的選型嚴(yán)格按照8800D型渦街流量計(jì)口徑計(jì)算程序選擇,安裝嚴(yán)格按照渦街流量計(jì)的安裝規(guī)范完成安裝,為后期的穩(wěn)定運(yùn)行奠定了基礎(chǔ)。
2.4.2與475HART手操器的通訊問題
475現(xiàn)場通訊器是渦街流量計(jì)現(xiàn)場組態(tài)的必備工具，在使用過程中不能與設(shè)備連接的原因主要從下面兩方面考慮:
(1)檢查回路電阻(250到1000歐姆),本項(xiàng)中HoneywellEPKSC300系統(tǒng)回路電阻阻值在HART通訊要求之間,浙大中控的DCS系統(tǒng)通訊時(shí)就必須另串接250歐姆電阻。
(2)檢查變送器端電源，最小值應(yīng)為16.
8VDC。
2.4.34-20mA輸出不正確
(1)檢查變送器端電源，最小值應(yīng)為10.8VDC,檢查接線盒的是否進(jìn)水或者腐蝕。
(2)檢查URV、LRV、密度、單位、LFC等參數(shù)組態(tài)是否更改，如有必要更換電子系統(tǒng)。
2.4.4管道內(nèi)有流量但是流量計(jì)測量輸出錯(cuò)誤
渦街流量計(jì)流量測量值輸出值存在偏差是渦街流量計(jì)使用過程中的常見故障,其故障現(xiàn)象有可能是有流量無輸出,或者無流量有輸出,或者是有流量也有輸出但是測量值與實(shí)際值相差較大等。結(jié)合多年的使用經(jīng)驗(yàn)，故障排除方法主要從以下幾方面著手。
2.4.4.1基本參數(shù)設(shè)置
確定渦街流量計(jì)在使用過程中內(nèi)部參數(shù)設(shè)置沒有發(fā)生變化，按下列次序檢查并修改組態(tài)參數(shù):過程組態(tài)-變送器模式、工藝介質(zhì)、參考K系數(shù)、連接管道內(nèi)徑、PV單位、量程值-URV.LRV,PV阻尼、自動(dòng)過濾器調(diào)節(jié)。
2.4.4.2電子系統(tǒng)故障
渦街流量計(jì)電子系統(tǒng)故障在使用過程中并不常見,在本項(xiàng)目34臺(tái)渦街流量計(jì)多年運(yùn)行過程中緊發(fā)生--例故障,推薦故障排除方法:用475HART手操器進(jìn)行回路測試或用傳感器模擬器輸入測試信號(hào),如有必要更換電子部件。
2.4.4.3傳感器故障
壓電傳感器故障是本項(xiàng)目中出現(xiàn)的常見故障，故障原因?yàn)榄h(huán)境腐蝕性氣體長期侵蝕引起傳感器腐蝕,導(dǎo)致信號(hào)檢測錯(cuò)誤,在使用過程中出現(xiàn)流量偏低現(xiàn)象。如該裝置FT2201_6流量計(jì)在裝置提量過程中發(fā)現(xiàn)總表流量升高了150Nm2/h,而該流量計(jì)變化只有10~20Nm2/h,經(jīng)檢查確認(rèn)傳感器故障,更換后運(yùn)行正常。
(1)傳感器故障檢測方法:查傳感器螺母.上的轉(zhuǎn)矩(32ft-lb)是否符合規(guī)范;檢查傳感器同軸電纜是否有裂縫,如有必要換一根;在工作溫度下,檢查傳感器輸入阻抗是否大于1兆歐(降到0.5兆歐時(shí)功能會(huì)下降)。如有必要更換傳感器;在SMA連接器處測量傳感器電容(115-700pF)。
(2)傳感器安裝注意事項(xiàng):
A、清潔密封面:傳感器上的金屬0形圈用于密封傳感器內(nèi)腔,事故時(shí)被測流體不會(huì)在腐蝕了表體后而進(jìn)入傳感器內(nèi)腔，不要擦傷和損傷傳感器的任何部分,傳感器內(nèi)腔或傳感器螺母的螺紋。損傷了這些部分,就要更換整個(gè)傳感器或表體，也可能會(huì)使流量計(jì)發(fā)生危險(xiǎn)。如果你安裝以前曾經(jīng)使用過的傳感器,要采用下述步驟清潔傳感器上的金屬0形圈。如果你安裝的傳感器是新的,0形圈不必要進(jìn)行清潔。
B、要確保傳感器的中心對(duì)準(zhǔn)支架。傳感器中心線和流量計(jì)中心線沒有對(duì)齊，在壓緊過程中傳感器將會(huì)損壞。
C、施加力量要均勻加壓力把它按到支架上,然后將傳感器螺母旋進(jìn)傳感器內(nèi)腔,用開口力矩扳手將螺母旋緊至32ft-lbs(ANSI1500的表體為50ft-lbs)。必須注意流量計(jì)的精確穩(wěn)定運(yùn)行要求傳感器螺母必須旋緊到32ft-Ibs(ANSI1500的表體為50ft-lbs)，不要旋緊過度。
3結(jié)束語
渦街流量計(jì)結(jié)構(gòu)簡單牢固,安裝維護(hù)方便，對(duì)于運(yùn)行中出現(xiàn)的故障,只要在實(shí)際工作中深入現(xiàn)場,仔細(xì)觀察,仔細(xì)分析,就可以發(fā)現(xiàn)問題并進(jìn)行針對(duì)性的處理,從而確保流量計(jì)的精度佳、可靠性高，保證了裝置的安全穩(wěn)定運(yùn)行，提高了單位的經(jīng)濟(jì)效益。渦街流量計(jì)在該項(xiàng)目的成功應(yīng)用值得氯堿化工行業(yè)推廣。
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