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

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

1  渦街流量計(jì)在國(guó)內(nèi)外煉廠的應(yīng)用現(xiàn)狀

    渦街流量計(jì)雖然在我國(guó)的發(fā)展和應(yīng)用已經(jīng)有很長(zhǎng)一段時(shí)期了，但目前國(guó)內(nèi)煉廠的流量測(cè)量主要是以節(jié)流式差壓流量計(jì)為主，其他類型流量計(jì)為輔的形式來(lái)進(jìn)行的，并沒(méi)有把渦街流量計(jì)作為一種主要的測(cè)量手段。這其實(shí)有很多方面的原因，但主要有以下幾點(diǎn)：

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

        (2)渦街的一次性投資要比節(jié)流式差壓流量計(jì)高。

        (3)渦街的使用經(jīng)驗(yàn)相對(duì)節(jié)流式差壓流量計(jì)要少。

        由于上述的原因，渦街流量計(jì)在國(guó)內(nèi)煉廠中沒(méi)有大規(guī)模的應(yīng)用，不得不說(shuō)是種遺憾。 其實(shí)，上面所述的幾點(diǎn)通過(guò)合理的儀表選型和安裝，并不是*不能克服。筆者有機(jī)會(huì)參加了中東某個(gè)現(xiàn)代化煉廠柴油和煤油加氫裝置的設(shè)計(jì)工作。他們?cè)诹髁繙y(cè)量方面的需求和習(xí)慣與國(guó)內(nèi)煉廠有很大的不同，主要體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：

        (1)對(duì)流量測(cè)量的精度要求比較高，即使是在一些諸如開工時(shí)的非正常工況也要求準(zhǔn)確測(cè)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(duì)儀表后期的安裝和維護(hù)要求很高，*好能免維護(hù)或少維護(hù)。

        根據(jù)上面的要求，如果繼續(xù)選用節(jié)流式差壓流量計(jì)顯然不能滿足業(yè)主的要求，而選用渦街流量計(jì)則能很好地滿足業(yè)主的要求。以 300 萬(wàn)噸/年的柴油加氫和 250 萬(wàn)噸/年的煤油加氫兩套裝置為例，遠(yuǎn)傳流量計(jì)除了在一些有振動(dòng)或雙相流的場(chǎng)合采用節(jié)流式差壓流量計(jì)以及一些大管徑管道采用超聲波來(lái)測(cè)量流量外，其余 62臺(tái)流量計(jì)全采用 ROSEMOUNT 8800D 渦街流量計(jì)。大大減輕了儀表安裝和維護(hù)的工作量，同時(shí)省去了很多儀表伴熱設(shè)施，降低了全廠的能耗。這為我國(guó)煉廠的儀表設(shè)計(jì)選型提供了有益的借鑒。

2  渦街流量計(jì)在流量測(cè)量時(shí)的優(yōu)勢(shì)

        渦街流量計(jì)近些年由于材料和測(cè)量技術(shù)的進(jìn)步和渦街廠家的大力推廣，占領(lǐng)了許多流量測(cè)量的*。下面通過(guò)表一列出的目前國(guó)際**高的兩個(gè)渦街流量計(jì)廠家與*常用的節(jié)流式差壓流量計(jì)孔板的技術(shù)參數(shù)比較來(lái)介紹渦街流量計(jì)在流量測(cè)量方面的優(yōu)勢(shì)。

2.1 測(cè)量精度

     渦街流量計(jì)是基于卡門渦街原理來(lái)測(cè)量流體的。當(dāng)流體的雷諾數(shù)達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，流體在渦街發(fā)聲體的后面產(chǎn)生交錯(cuò)的，旋轉(zhuǎn)方向相反的和有規(guī)則的對(duì)稱旋渦，猶如一個(gè)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(jiǎn)單的線性關(guān)系，而頻率測(cè)量易于實(shí)現(xiàn)數(shù)字化與智能化，所以其測(cè)量精度能大大地提高。根據(jù)表一也可看出，相對(duì)于孔板大于 2 %滿量程的系統(tǒng)誤差，渦街流量計(jì)的測(cè)量誤差能達(dá)到 1 %以下。

2.2 量程比

        除了測(cè)量精度高外，渦街流量計(jì)還有一個(gè)顯著的優(yōu)勢(shì)，就是具有很寬的量程比。從表一中可以看出，渦街流量計(jì)的量程比普遍能大于 20∶1，這是其他儀表不易達(dá)到的水平。以常用的孔板流量計(jì)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(dá)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(jì)量程比不可能高的原因。

2.3 安裝和維護(hù)要求

        渦街流量計(jì)相對(duì)于差壓式流量計(jì)在安裝和維護(hù)方面有著顯著的優(yōu)點(diǎn)。除了無(wú)引壓管，無(wú)流動(dòng)死區(qū)，無(wú)需伴熱等優(yōu)點(diǎn)外，先進(jìn)的渦街流量計(jì)還有許多結(jié)構(gòu)上的優(yōu)勢(shì)，以 ROSEMOUT8800D 為例，可以采用全焊接、無(wú)墊圈的表體結(jié)構(gòu)，沒(méi)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(guò)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(wú)需增加旁路管線的情況下，隨時(shí)可對(duì)傳感器進(jìn)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(qiáng)。這些結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)讓原先在節(jié)流式差壓流量計(jì)上的優(yōu)點(diǎn)在渦街流量計(jì)上也能實(shí)現(xiàn)。

2.4 經(jīng)濟(jì)效益

渦街流量計(jì)經(jīng)濟(jì)效益可以從以下幾個(gè)方面分析：

        (1)設(shè)備采購(gòu)費(fèi)： 以進(jìn)口的渦街和節(jié)流式差壓流量計(jì)(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(cè)量精度要求不高的情況下，當(dāng)儀表口徑比較小時(shí)，渦街采購(gòu)費(fèi)用要比節(jié)流式流量計(jì)貴 20 %~30 %。當(dāng)流量計(jì)口徑要求比較大時(shí)，孔板流量計(jì)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(jì)的價(jià)格優(yōu)勢(shì)會(huì)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(cè)量精度比較高的和一些寬量程比的場(chǎng)合，需要兩臺(tái)甚至多臺(tái)差壓流量計(jì)疊加使用的時(shí)候，節(jié)流式差壓流量計(jì)的采購(gòu)成本優(yōu)勢(shì)和渦街流量計(jì)相比就不是很明顯了。

        (2)安裝費(fèi)用：渦街流量計(jì)的安裝非常簡(jiǎn)單，可以采用管道式安裝，人工成本很低。而孔板流量計(jì)由于引壓管的安裝，人工成本比渦街高的多。這點(diǎn)在國(guó)外的工程項(xiàng)目中由于人工成本比較昂貴尤其明顯。

        (3)后期維護(hù)費(fèi)用：渦街流量計(jì)一次性安裝完畢后，除了定期標(biāo)定外，基本免維護(hù)。但由于標(biāo)定工作一般是在工廠進(jìn)行的，要放在流量標(biāo)準(zhǔn)裝置上進(jìn)行，費(fèi)用稍高。而標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流式差壓流量計(jì)由于規(guī)定可以用幾何標(biāo)定法進(jìn)行標(biāo)定，一般可在現(xiàn)場(chǎng)找到合適的場(chǎng)所進(jìn)行標(biāo)定。但節(jié)流式差壓流量計(jì)正常使用時(shí)，需經(jīng)常更換各種材料，沖洗、排污、保溫伴熱和系統(tǒng)維護(hù)，其維護(hù)和人工費(fèi)用累計(jì)起來(lái)很昂貴，這對(duì)工廠的長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)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(jì)在設(shè)備采購(gòu)的一次投資上比節(jié)流式差壓流量計(jì)要高以外，在安裝和后期維護(hù)方面有著明顯的成本優(yōu)勢(shì)。國(guó)外許多煉廠經(jīng)過(guò)詳細(xì)的成本核算，認(rèn)為渦街流量計(jì)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(jì)的場(chǎng)合盡量采用。

3  影響渦街流量計(jì)準(zhǔn)確性的因素和對(duì)策

        渦街流量計(jì)雖然相對(duì)節(jié)流式差壓流量計(jì)有許多優(yōu)點(diǎn)，但是要想應(yīng)用好并不容易。一臺(tái)渦街流量計(jì)的使用，要經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)、選型、安裝、調(diào)試、投運(yùn)和維護(hù)幾個(gè)階段，需要參與這幾個(gè)階段的工程技術(shù)人員對(duì)渦街流量計(jì)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(shí)及基本技能。下面筆者通過(guò)自己實(shí)際的工程經(jīng)驗(yàn)從幾個(gè)方面探討一下影響渦街流量計(jì)計(jì)量準(zhǔn)確性的因素和對(duì)策。

3.1 被測(cè)介質(zhì)

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

        (1)雷諾數(shù)：渦街流量計(jì)不適用于低雷諾數(shù)的流體。這主要是由渦街流量計(jì)的測(cè)量原理決定的。低雷諾數(shù)時(shí)，渦街流量計(jì)的儀表系數(shù)線性度會(huì)變差。雖然如表一所示，渦街流量計(jì)可以測(cè)雷諾數(shù) Re>5000 的流體，但非常好的的可測(cè)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(shí)，也會(huì)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(shí)，所含的固體微粒對(duì)旋渦發(fā)生體的沖刷就會(huì)產(chǎn)生磨損，也會(huì)產(chǎn)生噪音，將會(huì)影響渦街流量計(jì)的儀表系數(shù)。

        (3)兩相流：渦街流量計(jì)不適用于兩相流的場(chǎng)合。所以在選用渦街的時(shí)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(cè)量特別容易出現(xiàn)兩相流的現(xiàn)象。渦街流量計(jì)的輸出脈沖與流過(guò)渦街發(fā)生體的流體體積成正比，當(dāng)流過(guò)旋渦發(fā)生體時(shí)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(huì)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(shí)，流量測(cè)量的精度就會(huì)受到很大影響。

        (4)高溫高壓：由于渦街流量計(jì)測(cè)量原理，制造材料和結(jié)構(gòu)的局限性，對(duì)于被測(cè)流體的溫度和壓力高于一定數(shù)值時(shí)，用渦街流量計(jì)測(cè)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(dá)到 Class 1500。

3.2 口徑的選擇

        渦街流量計(jì)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(jì)應(yīng)用的好壞。下面介紹幾條選擇渦街口徑的經(jīng)驗(yàn)以供參考：

        (1)渦街流量計(jì)口徑不能選擇過(guò)大，被測(cè)的*大流量*好不能小于該流量計(jì)可測(cè)流量的 35 %。

        (2)在選擇渦街流量計(jì)口徑時(shí)，一定要保證測(cè)量的流量要高于渦街流量計(jì)的*小切除流量，特別是在渦街流量計(jì)參與連鎖的場(chǎng)合，*低連鎖值一定要保證高于這個(gè)*小切除流量的 10 %以上。

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