流量计系列产品
 
 

涡街流量计在石油化工行业中的应用

发布时间:2017-10-18
 

涡街流量计自20世纪70年代在工业上应用以来,由于它具有一些突出的特点,受到用户欢迎,并得到迅速发展。但在实践中经常会出现一些预料不到的问题,这就是用户对涡街流量计存在一些疑虑的的原因,它亟需探索解决。
1、涡街流量计的测量原理
在流体中设置非流线型旋涡发生体(阻流体),则从旋涡发生体两侧交替地产生两列有规则的旋涡,这种旋涡称为卡曼涡街,如图所示。

旋涡列在旋涡发生体下游非对称地排列。设旋涡的发生频率为f,被测介质来流的平均速度为V,旋涡发生体迎流面宽度为d,表体通径为D,根据卡曼涡街原理,有如下关系式:
f=StV/d   公式(1)
式中:
f-发生体一侧产生的卡门旋涡频率    
St-斯特罗哈尔数(无量纲数)
V-流体的平均流速
d-旋涡发生体的宽度
由此可见,通过测量卡门涡街分离频率便可算出瞬时流量。其中,斯特罗哈尔数(St)是无因次未知数,
图表示斯特罗哈尔数(St)与雷诺数(Re)的关系。

在曲线表中St=0.17的平直部分,漩涡的释放频率与流速成正比,即为涡街流量传感器测量范围度。只要检测出频率f就可以求得管内流体的流速,由流速V求出体积流量。所测得的脉冲数与体积量之比,称为仪表常数(K),见式(2)
K=N/Q(1/m3)   公式(2)
式中:K=仪表常数(1/m3)。
N=脉冲个数
Q=体积流量(m3)
2、涡街流量计的主要优点
(1)涡街流量计结构简单,安装维护方便(与节流式差压流量计相比较,不需要导压管和三阀组等,在设计过程中无需考虑伴热、密闭排放以及引压所需要考虑的一系列问题);
(2)输出为脉冲频率,其频率与被测量流体的实际体积流量成正比,它不受流体组分、密度、压力、温度的影响;
(3)量程比宽,可达10∶1或20∶1(适用于工艺介质流量变化范围较大);
(4)压损小(约为孔板流量计1/4~1/2),无可动部件,可靠性高;
(5)精确度为中上水平,可适用液体、气体和蒸汽。
3、涡街流量计的选型
根据SH3005-1999《石油化工自动化仪表选型设计规范》中规定涡街流量计的选用,应符合下列规定:
(1)洁净气体、蒸汽和液体的流量测量。
(2)低流速及粘度大于20mPa·s液体的测量,不宜采用涡街流量计。
在工程设计中宜考虑下列情况:
(1)一般液体平均流速下限为0.5m/s,气体为4~5m/s。涡街流量计的正常流量最好在正常测量范围的1/2~2/3处。
(2)液体适合于雷诺数20000以上,气体和蒸汽适合于15000 以上。
(3)口径不宜过大,大口径仪表系数较低,频率分辨率低,口径愈大愈低。
(4)介质温度不宜过高,影响电子元件的使用寿命。
(5)脉动流和旋转流、两相流的情况不适合使用涡街流量计。
(6)仪表缩径不宜过大,缩径将流速提高,同时也增加了阻力和背压,容易出现空穴现象。
4、涡街流量计的安装
仪表的正确安装是保障仪表正常运行的重要环节,若安装不当,轻则影响仪表的使用精度,重则会影响仪表的使用寿命,甚至会损坏仪表。
(一)安装环境要求:
1.尽可能避开强电设备、高频设备、强开关电源设备。仪表的供电电源尽可能与这些设备分离。
2.避开高温热源和辐射源的直接影响。若必须安装,须有隔热通风措施。
3.避开高湿环境和强腐蚀气体环境。若必须安装,须有通风措施。
4.应尽量避免安装在振动较强的管道上。若必须安装,须在其上下游2D处加设管道紧固装置,并加防振垫,加强抗振效果。
5.仪表最好安装在室内,安装在室外应注意防水,特别注意在电气接口处应将电缆线弯成U形,避免水顺着电缆线进入放大器壳内。
6.仪表安装点周围应该留有较充裕的空间,以便安装接线和定期维护。
(二)仪表管道安装要求:
1.对安装点的上下游直管段有一定要求,否则会影响介质在管道中的流场,影响仪表的测量精度。仪表的上下游直管段长度要求见图
DN为仪表工称口径
注:调节阀尽可能不安装在流量计的上游,而应安装在流量计的下游10D处。
2.上、下游配管内径应相同。如有差异,则配管内径Dp与流量计表体内径Db,应满足以下关系
0.98Db≤Dp≤1.05Db
上、下游配管应与流量仪表表体内径同心,它们之间的不同轴度应小于0.05Db
3.仪表与法兰之间的密封垫,在安装时不能凸入管内,其内径应比表体内径大1-2mm
4.测压孔和测温孔的安装设计。被测管道需要安装温度和压力变送器时,测压孔应设置在下游3-5D处,测温孔应设置在下游6-8D处,见图。D为仪表工称口径,单位:mm
5.仪表在在管道上可以水平、垂直或倾斜安装。
6.测量气体时,在垂直管道安装仪表,气体流向不限。但若管道内含少量液体,为了防止液体进入仪表测量管,气流应自下而上流动,如图a所示
7.测量液体时,为了保证管内充满液体,所以在垂直或倾斜管道安装仪表时,应该保证液体流动方向从下而上。若管道内含少量气体,为了防止气体进入仪表测量管,仪表应安装在管线的较低处
如图b所示
8.测量高温、低温介质时,应注意保温措施。转换器内部(表头壳体内)高温一般不应超过70℃;低温易使转换器内部出现凝露,降低印制电路板的绝缘阻抗,影响仪表正常工作。
5、涡街流量计的使用和维护
在使用涡街流量计过程中可能出现以下问题:
①指示长期不准;
②始终无指示;
③小流量时无指示;
④大流量时指示还可以,小流量时指示不准;
⑤仪表K系数无法确定。
总结引起这些问题的主要原因,主要涉及到以下方面:
(1)选型方面的问题。有些涡街传感器在口径选型上或者在设计选型之后由于工艺条件变动,使得选择大了—个规格,实际选型应选择尽可能小的口径,以提高测量精度,这方面的原因主要同问题①、②、③、④有关。例如,一条涡街管线设计上供几个设备使用,由于工艺部分设备有时候不使用,造成目前实际使用流量减小,实际使用造成原设计选型口径过大,相当于提高了可测的流量下限,工艺管道小流量时指示无法保证,流量大时还可以使用。宜使用缩径型涡街流量计。
(2)安装方面的问题。主要是传感器前面的直管段长度不够,影响测量精度,这方面的原因主要同问题①有关。例如:当传感器前面直管段明显不足,用于控制时精度下降,用于计量时误差较大。应使用整流器。
(3)工艺参数的问题。由于参数错误,导致仪表指示有误这方面的原因主要同问题①有关。应与工艺系统专业协商,对选型参数进行核实。由于理论工况与实际工况不可能完全一致,故小范围的误差是有可能的。
(4)线路连接的问题。部分回路表面上看线路连接很好,仔细检查,有的接头实际已松动造成回路中断,有的接头虽连接很紧但紧固螺钉却紧固在线皮上,也使得回路中断,这部分原因主要同问题②有关。宜选择业绩好的产品。
(5)使用环境的问题。尤其是安装在地井中的传感器部分,由于环境湿度大,造成线路板受潮,这部分原因主要同问题②有关。应使用分体式安装方式。
(6)K系数标定的问题。K系数只能依据厂家提供的资料,由于厂家本身的一些变动,造成提供的几处资料上K系数不—致,影响了问题解决。建议供货商提供最终的标定校核书,并根据标定校核书对相应的仪表量程范围做最后修订(最好写到标书中,要求标定校核书随供货清单一起发到施工现场)。