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<<  多欽儀表（上海）有限公司   專注于流量計與服務(wù)  >> 技術(shù)專欄

    隨著我國煉廠和工業(yè)技術(shù)水平的迅猛發(fā)展，特別是國家環(huán)保要求的不斷提高，對流體物質(zhì)的測量和控制要求也越來越高。傳統(tǒng)節(jié)流式差壓流量計雖然在一定時期和范圍內(nèi)難以*被替代，但它在安裝，后期維護和檢修方面的不便越來越不滿足煉廠現(xiàn)代化的要求。近些年特別是隨著計算機技術(shù)和機械加工制造的飛速發(fā)展，渦街流量計在測量技術(shù)和本身結(jié)構(gòu)方面有了很大的突破和進展?，F(xiàn)在渦街流量計憑借其在安裝和維護方面的優(yōu)勢在越來越多的領(lǐng)域替代原來的差壓式流量計取得了良好的效果。本文通過筆者在海外煉廠中對渦街流量計的應(yīng)用，分析了渦街流量計在流量測量中的優(yōu)勢，同時探討了影響渦街流量計計量準(zhǔn)確性的因素與對策。

1  渦街流量計在國內(nèi)外煉廠的應(yīng)用現(xiàn)狀

    渦街流量計雖然在我國的發(fā)展和應(yīng)用已經(jīng)有很長一段時期了，但目前國內(nèi)煉廠的流量測量主要是以節(jié)流式差壓流量計為主，其他類型流量計為輔的形式來進行的，并沒有把渦街流量計作為一種主要的測量手段。這其實有很多方面的原因，但主要有以下幾點：

        (1)渦街在測高溫高壓介質(zhì)時的可靠性，穩(wěn)定性和適用性比節(jié)流式差壓流量計要差。

        (2)渦街的一次性投資要比節(jié)流式差壓流量計高。

        (3)渦街的使用經(jīng)驗相對節(jié)流式差壓流量計要少。

        由于上述的原因，渦街流量計在國內(nèi)煉廠中沒有大規(guī)模的應(yīng)用，不得不說是種遺憾。 其實，上面所述的幾點通過合理的儀表選型和安裝，并不是*不能克服。筆者有機會參加了中東某個現(xiàn)代化煉廠柴油和煤油加氫裝置的設(shè)計工作。他們在流量測量方面的需求和習(xí)慣與國內(nèi)煉廠有很大的不同，主要體現(xiàn)在以下兩個方面：

        (1)對流量測量的精度要求比較高，即使是在一些諸如開工時的非正常工況也要求準(zhǔn)確測量，這樣便于*地核算物料和能耗指標(biāo)。

        (2)由于人工成本很高，對儀表后期的安裝和維護要求很高，*好能免維護或少維護。

        根據(jù)上面的要求，如果繼續(xù)選用節(jié)流式差壓流量計顯然不能滿足業(yè)主的要求，而選用渦街流量計則能很好地滿足業(yè)主的要求。以 300 萬噸/年的柴油加氫和 250 萬噸/年的煤油加氫兩套裝置為例，遠傳流量計除了在一些有振動或雙相流的場合采用節(jié)流式差壓流量計以及一些大管徑管道采用超聲波來測量流量外，其余 62臺流量計全采用 ROSEMOUNT 8800D 渦街流量計。大大減輕了儀表安裝和維護的工作量，同時省去了很多儀表伴熱設(shè)施，降低了全廠的能耗。這為我國煉廠的儀表設(shè)計選型提供了有益的借鑒。

2  渦街流量計在流量測量時的優(yōu)勢

        渦街流量計近些年由于材料和測量技術(shù)的進步和渦街廠家的大力推廣，占領(lǐng)了許多流量測量的*。下面通過表一列出的目前國際**高的兩個渦街流量計廠家與*常用的節(jié)流式差壓流量計孔板的技術(shù)參數(shù)比較來介紹渦街流量計在流量測量方面的優(yōu)勢。

2.1 測量精度

     渦街流量計是基于卡門渦街原理來測量流體的。當(dāng)流體的雷諾數(shù)達到一定數(shù)值時，流體在渦街發(fā)聲體的后面產(chǎn)生交錯的，旋轉(zhuǎn)方向相反的和有規(guī)則的對稱旋渦，猶如一個街道，渦街的頻率與流速有一定的關(guān)系。由于旋渦的頻率與流速成簡單的線性關(guān)系，而頻率測量易于實現(xiàn)數(shù)字化與智能化，所以其測量精度能大大地提高。根據(jù)表一也可看出，相對于孔板大于 2 %滿量程的系統(tǒng)誤差，渦街流量計的測量誤差能達到 1 %以下。

2.2 量程比

        除了測量精度高外，渦街流量計還有一個顯著的優(yōu)勢，就是具有很寬的量程比。從表一中可以看出，渦街流量計的量程比普遍能大于 20∶1，這是其他儀表不易達到的水平。以常用的孔板流量計為例，孔板壓降與流量的平方成正比，若流量的量程比為4∶1，差壓的量程比就要達到 16∶1，而普通的差壓變送器要在這么大的量程比下保證精度是很困難的，這也是限制孔板流量計量程比不可能高的原因。

2.3 安裝和維護要求

        渦街流量計相對于差壓式流量計在安裝和維護方面有著顯著的優(yōu)點。除了無引壓管，無流動死區(qū)，無需伴熱等優(yōu)點外，先進的渦街流量計還有許多結(jié)構(gòu)上的優(yōu)勢，以 ROSEMOUT8800D 為例，可以采用全焊接、無墊圈的表體結(jié)構(gòu)，沒有可阻塞的端口和縫隙，甚至能采用在線可更換的非接液式傳感器，傳感器與過程工藝隔離，可以在不破壞工藝密封的情況下更換(見圖1)。這樣就能在無需增加旁路管線的情況下，隨時可對傳感器進行插拔和標(biāo)定。傳感器和變送器能通用所有口徑，互換性很強。這些結(jié)構(gòu)上的特點讓原先在節(jié)流式差壓流量計上的優(yōu)點在渦街流量計上也能實現(xiàn)。

2.4 經(jīng)濟效益

渦街流量計經(jīng)濟效益可以從以下幾個方面分析：

        (1)設(shè)備采購費： 以進口的渦街和節(jié)流式差壓流量計(包括節(jié)流裝置，差壓變送器，一次閥，引壓配管和儀表箱等)做比較，在流量測量精度要求不高的情況下，當(dāng)儀表口徑比較小時，渦街采購費用要比節(jié)流式流量計貴 20 %~30 %。當(dāng)流量計口徑要求比較大時，孔板流量計只需放大節(jié)流裝置，成本上升不是很明顯，節(jié)流式差壓流量計的價格優(yōu)勢會更明顯，甚至能比同口徑的渦街便宜 50 %以上。但如果要求流量測量精度比較高的和一些寬量程比的場合，需要兩臺甚至多臺差壓流量計疊加使用的時候，節(jié)流式差壓流量計的采購成本優(yōu)勢和渦街流量計相比就不是很明顯了。

        (2)安裝費用：渦街流量計的安裝非常簡單，可以采用管道式安裝，人工成本很低。而孔板流量計由于引壓管的安裝，人工成本比渦街高的多。這點在國外的工程項目中由于人工成本比較昂貴尤其明顯。

        (3)后期維護費用：渦街流量計一次性安裝完畢后，除了定期標(biāo)定外，基本免維護。但由于標(biāo)定工作一般是在工廠進行的，要放在流量標(biāo)準(zhǔn)裝置上進行，費用稍高。而標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流式差壓流量計由于規(guī)定可以用幾何標(biāo)定法進行標(biāo)定，一般可在現(xiàn)場找到合適的場所進行標(biāo)定。但節(jié)流式差壓流量計正常使用時，需經(jīng)常更換各種材料，沖洗、排污、保溫伴熱和系統(tǒng)維護，其維護和人工費用累計起來很昂貴，這對工廠的長期運營是一筆不菲的開銷。

        綜合上面的分析比較，可以看出渦街流量計在設(shè)備采購的一次投資上比節(jié)流式差壓流量計要高以外，在安裝和后期維護方面有著明顯的成本優(yōu)勢。國外許多煉廠經(jīng)過詳細的成本核算，認(rèn)為渦街流量計的應(yīng)用可以有效減少煉廠的開支，所以在能采用渦街流量計的場合盡量采用。

3  影響渦街流量計準(zhǔn)確性的因素和對策

        渦街流量計雖然相對節(jié)流式差壓流量計有許多優(yōu)點，但是要想應(yīng)用好并不容易。一臺渦街流量計的使用，要經(jīng)過設(shè)計、選型、安裝、調(diào)試、投運和維護幾個階段，需要參與這幾個階段的工程技術(shù)人員對渦街流量計的原理、技術(shù)要求和安裝調(diào)試的步驟有必要的科學(xué)理論知識及基本技能。下面筆者通過自己實際的工程經(jīng)驗從幾個方面探討一下影響渦街流量計計量準(zhǔn)確性的因素和對策。

3.1 被測介質(zhì)

雖然渦街流量計適用的流體比較廣泛，可以適用于液體，氣體和蒸汽，但對流體有著比較高的要求。

        (1)雷諾數(shù)：渦街流量計不適用于低雷諾數(shù)的流體。這主要是由渦街流量計的測量原理決定的。低雷諾數(shù)時，渦街流量計的儀表系數(shù)線性度會變差。雖然如表一所示，渦街流量計可以測雷諾數(shù) Re>5000 的流體，但非常好的的可測范圍是雷諾數(shù) Re>20000 的流體。另外，流體雷諾數(shù)與粘度和流速相關(guān)，當(dāng)流體粘度高和流速低時，也會影響甚至阻礙旋渦的產(chǎn)生。

        (2)臟污度：當(dāng)流體的臟污度比較高時，所含的固體微粒對旋渦發(fā)生體的沖刷就會產(chǎn)生磨損，也會產(chǎn)生噪音，將會影響渦街流量計的儀表系數(shù)。

        (3)兩相流：渦街流量計不適用于兩相流的場合。所以在選用渦街的時候一定要考慮流體的飽和蒸汽壓，例如在柴油和煤油加氫裝置中，在熱高分和冷高分出口的流量測量特別容易出現(xiàn)兩相流的現(xiàn)象。渦街流量計的輸出脈沖與流過渦街發(fā)生體的流體體積成正比，當(dāng)流過旋渦發(fā)生體時產(chǎn)生兩相流，這種正比關(guān)系就不成立了，輸出的脈沖就會比應(yīng)有的脈沖數(shù)明顯減少，造成了所謂的“漏脈沖"現(xiàn)象。這時，流量測量的精度就會受到很大影響。

        (4)高溫高壓：由于渦街流量計測量原理，制造材料和結(jié)構(gòu)的局限性，對于被測流體的溫度和壓力高于一定數(shù)值時，用渦街流量計測量現(xiàn)在還是有困難。同樣以 ROSEMOUNT 8800D 為例，*高適用溫度只能到 427℃，*高壓力只能達到 Class 1500。

3.2 口徑的選擇

        渦街流量計的選型中，儀表口徑的選擇是非常關(guān)鍵的，它與流體的流速和壓降等參數(shù)相關(guān)聯(lián)，所以它直接影響渦街流量計應(yīng)用的好壞。下面介紹幾條選擇渦街口徑的經(jīng)驗以供參考：

        (1)渦街流量計口徑不能選擇過大，被測的*大流量*好不能小于該流量計可測流量的 35 %。

        (2)在選擇渦街流量計口徑時，一定要保證測量的流量要高于渦街流量計的*小切除流量，特別是在渦街流量計參與連鎖的場合，*低連鎖值一定要保證高于這個*小切除流量的 10 %以上。

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