渦街流量計選型中測量上/下限核算
多年工程實踐證明,選型是用好渦街流量計的關鍵環(huán)節(jié),而選型過程中對于測量上/下限的核算則是重要基礎,抓住了這一基礎環(huán)節(jié),該流量計不失為一種性能卓越的流量計。選型過程中,首先是根據(jù)工藝要求選擇正確的口徑規(guī)格,以確保流體流量介于所需精度等級下、流量計的最大及最小流量測量限之內(nèi);因為線性度與測量范圍及雷諾數(shù)相關,流體的雷諾數(shù)不可超限;渦街流量計為速度式流量計,應采用工況流速進行測量范圍的性能對比。 一、渦街流量計測量下限的核算 對于渦街流量計的測量下限,應引起足夠重視的是:當流量低于下限時,渦街流量計將指示為零,已不能反映流量的變化趨勢。因此,在工程應用中,應考慮足夠低的測量下限余量。渦街流量計的測量下限由雷諾數(shù)、二次部件信號處理系統(tǒng)的增益及抗干擾能力、頻帶寬度、抗震性能認證指標及現(xiàn)場振動強度等因素共同制約,必須對上述因素分別進行核算,并將核算結果中的最大值作為流量計測量下限使用,即實際測量下限: 需注意,與其他模擬式原理的流量計不同的是,渦街流量計是以計量漩渦數(shù)量測量流量,是通過信號頻率而非信號強度提取瞬時流量信息,因此,常見的通過(4~20)mA輸人通道進行小信號截除以穩(wěn)定零點的措施,通常是無效的。零點的穩(wěn)定,主要取決于渦街流量計的抗干擾能力。 1.雷諾數(shù)限制的流量下限的核算 通常情況下,上限流量對應的雷諾數(shù)無需考慮, 主要需對下限流量的雷諾數(shù)進行計算,在計算結果低于制造商標稱的雷諾數(shù)下限時,流量計不可選用。雷諾數(shù)下限導致的流速測量下限計算見式(1): 式中:Vminl一基于雷諾數(shù)限制的工況流速下限,m/s;Rdmin一為保證標稱精度,所需最小雷諾數(shù);μ一流體在工況下的動力黏度,cP或mPa·s;ρ一流體工況密度,kg/m3D一管道內(nèi)徑,mm。 對于黏度高于1cP的液體流量檢測或小于DN40的小口徑規(guī)格的選用,應不可省略雷諾數(shù)下限的核算。 由于渦街信號強度與流體密度成正比、與流體流速的平方成正比,隨流量減小,渦街信號的強度以二階關系急劇減弱。對于低密度流體(如氣體),信號更加微弱,在小流量時需要信號處理系統(tǒng)提供足夠的增益(放大倍數(shù)),并且應確保小流量時的微弱信號能夠在各類現(xiàn)場干擾下依舊得以正確地辨識,否則會將干擾信號頻率誤識為流量信號,產(chǎn)生無法預計的測量誤差,導致測量失敗。式(2)給出基于信號處理系統(tǒng)的增益及抗干擾能力的測量下限的核算: 式中:Vmin2一基于信號處理系統(tǒng)增益及系統(tǒng)抗干擾能力的流速下限,m/s;C一常數(shù),由信號處理系統(tǒng)的增益及抗干擾能力共同決定,各產(chǎn)品存在明顯差異;ρ一流體工況密度,kg/m3。 3.基于信號處理系統(tǒng)的頻帶限制導致的流速測量下限Vmin3 信號系統(tǒng)的低端頻響限制,直接限制測量下限,常見產(chǎn)品樣本分別給出各口徑規(guī)格在測量液體、氣體、蒸汽時的流速下限,可直接引用,但切不可與抗干擾能力確定的下限混淆。 4.基于抗震性能認證指標及現(xiàn)場振動強度的流速測量下限的核算 該方面導致的流速測量下限見式(3): 式中:Vmin4一基于抗震性能認證指標及現(xiàn)場管道振動強度的流速下限,m/s;V0一認證時的流速下限,m/s;VIf一預計的現(xiàn)場管道振動干擾強度,g;ρ0一認證時的流體工況密度,kg/m3;VI0一認證的抗振動干擾強度性能,g;ρ一現(xiàn)場流體工況密度,kg/m3。 二、渦街流量計測量上限的核算 渦街流量計的測量上限,同時受限于信號處理系統(tǒng)高端頻響、渦街發(fā)生體及傳感器的結構承受能力、工藝要求的壓力損失極限。在流量超過信號處理系統(tǒng)頻響范圍上限時,渦街流量計很可能出現(xiàn)流量越大,指示越小的“倒走”現(xiàn)象,產(chǎn)生難于預測的誤差。在流量超出渦街發(fā)生體及傳感器的結構承受能力的上限時,易出現(xiàn)傳感器壽命縮短,甚至發(fā)生體或傳感器斷裂的現(xiàn)象,威脅下游設備的安全。 過高的流速可能導致壓力損失超過工藝要求的限制,影響生產(chǎn)。流量計最高壓力損失計算可采用式(4)進行: 式中:△P一流量計產(chǎn)生的永久壓力損失,kPa;Cd一.渦街流量計阻力系數(shù),由其結構決定;V一流體工況流速,通常取最高流速,m/s;ρ流體工況密度,kg/m3。 制造商在產(chǎn)品樣本中通常已給出各口徑規(guī)格流量計對于液體、氣體、蒸汽的測量上限流速,可直接采用。 三、其他需關注的問題 1.在對氣體進行測量范圍核算時,切勿混淆工況體積與標況體積,以免核算結果嚴重偏離,致使流量計口徑規(guī)格選擇錯誤。 2.大口徑1低流速的應用問題。由于K系數(shù)與渦街流量計流通管內(nèi)徑成反比,對于相同流速,呈現(xiàn)口徑規(guī)格越大,渦街頻率越低的規(guī)律。在選用DN200及以上口徑規(guī)格的滿管式渦街流量計時,可能出現(xiàn)渦街頻率與流速波動頻率相近甚至相同的情形,致使渦街頻率難以正確識別,產(chǎn)生難以接受的測量誤差,這種情形出現(xiàn)的概率隨口徑規(guī)格的增大及流速的降低而升高,因此更易出現(xiàn)在大口徑液體檢測的應用之中,這正是大多數(shù)制造商不生產(chǎn)DN300以上規(guī)格滿管式渦街流量計的原因。在選用DN300以上口徑滿管式渦街流量計時,應向制造商了解應用的限制情況。 四、結論 以上僅對渦街流量計選型過程中,上/下限的核算提出了基本思路和方法,在實際工程應用中,還.需要工程技術人員對渦街流量計的精度、性價比、使用成本、安裝條件(包括機械振動)以及技術支持等做更深人的分析。
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