摘要渦(wo)街流量計(ji) 因其儀表(biao)系數與流(liu)體特性無(wu)關、精度高(gao)、寬量程比(bi)🛀和低壓損(sun)等優點，在(zai)化工領域(yu)的應用越(yue)來越廣。以(yi)熱解分級(ji)🏃🏻‍♂️煉制新工(gong)藝對煤及(ji)液化殘渣(zha)進行煉制(zhi)🐅利用中的(de)産品🌈之一(yi)熱解氣爲(wei)例，介紹渦(wo)街流量計(ji)的選型設(she)計。
　　我國低(di)階煤資源(yuan)儲藏豐富(fu)，占可采儲(chu)量40%以上。然(ran)而它的高(gao)效利用一(yi)直是業内(nei)努力攻克(ke)的難題。低(di)階煤含水(shui)量高，熱值(zhi)低，機械強(qiang)度低，化學(xue)穩定性差(cha)。爲❤️此，北京(jing)✏️低碳清🤟潔(jie)能源研究(jiu)所🧑🏽‍🤝‍🧑🏻承擔國(guo)家高技術(shu)研🧡究發展(zhan)計劃項目(mu)課題“煤分(fen)級㊙️煉制清(qing)潔燃料關(guan)鍵技術研(yan)究”，采⭐用熱(re)解分級煉(lian)制新工藝(yi)♌對煤及液(ye)化殘渣進(jin)行煉🐪制利(li)用，在溫和(he)的條件下(xia)對原料進(jin)行加工處(chu)理，分步驟(zhou)地将其中(zhong)有用的💚成(cheng)分充分提(ti)取出來，得(de)到的産品(pin)之📐一爲熱(re)解氣，去除(chu)焦油後的(de)熱解氣組(zu)成☎️見表1，本(ben)工程中采(cai)用渦街流(liu)量計對其(qi)進行測量(liang)。

1渦街流量(liang)計概述
　　渦(wo)街流量計(ji)是20世紀70年(nian)代發展起(qi)來的一種(zhong)新型流量(liang)儀✍️表，80年代(dai)制定了渦(wo)街流量計(ji)專業标準(zhun)(ZBN12008－1989)和檢測規(gui)程(JJG620－1989)。渦街流(liu)量🐕計目前(qian)已發展成(cheng)爲主流流(liu)量儀表之(zhi)一，因其有(you)諸多優點(dian)，吸引了國(guo)内外衆多(duo)研究者和(he)企業的關(guan)注。研究者(zhe)從多方♋面(mian)對其進行(hang)深入的研(yan)究:①旋渦發(fa)生體的研(yan)究［1，2］;②壓電傳(chuan)感器探頭(tou)位置的💁研(yan)究［3］;③數字信(xin)号處理方(fang)法的研究(jiu)［4］;④渦街信号(hao)檢測方法(fa)的研究［5］;⑤數(shu)值仿真方(fang)法的研究(jiu)［6］
　　在衆多流(liu)量計中，渦(wo)街流量計(ji)的安裝、運(yun)行、維護費(fei)低于節流(liu)式😘、容積式(shi)等，購置費(fei)低于容積(ji)式、質量式(shi)🚶等，是一種(zhong)實用性和(he)經濟性都(dou)較好的流(liu)量計，受到(dao)用戶廣泛(fan)歡迎。該流(liu)量計優點(dian)如下:
(1)在一(yi)定雷諾數(shu)Ｒe範圍内(2×104～2×106)，輸(shu)出頻率信(xin)号不受流(liu)體物性(密(mi)度、粘✔️度)和(he)組分變化(hua)影響，即儀(yi)表系數僅(jin)與旋渦發(fa)生體的形(xing)狀尺寸及(ji)管道的形(xing)狀尺寸有(you)關，可以在(zai)一種典型(xing)介質中💜校(xiao)驗而适用(yong)于😍各種介(jie)質。
(2)精度較(jiao)高(與差壓(ya)式、浮子式(shi)流量計比(bi)較)。
(3)量程比(bi)可達10∶1或20∶1，目(mu)前已有廠(chang)家在研制(zhi)适用于氣(qi)體✍️測量能(neng)達到80∶1的渦(wo)街流量計(ji)。
(4)壓損小(約(yue)爲孔闆流(liu)量計的25%～50%)，大(da)幅度降低(di)能耗。
(5)結構(gou)簡單牢固(gu)，安裝維護(hu)方便。
(6)使用(yong)範圍廣，可(ke)測量液體(ti)、氣體、蒸汽(qi)和部分混(hun)相流體。
2渦(wo)街流量計(ji)的參數計(ji)算
2.1工作狀(zhuang)态和标準(zhun)狀态下的(de)體積流量(liang)換算
　　渦街(jie)流量計的(de)輸出信号(hao)是與工作(zuo)狀态的體(ti)積流量成(cheng)正比例，氣(qi)體的體積(ji)流量受溫(wen)度、壓力影(ying)響較大，在(zai)流量計選(xuan)🚶‍♀️型時，若提(ti)⭕供的流量(liang)是标準狀(zhuang)态下的體(ti)積流量或(huo)質量流✌️量(liang)，應把它換(huan)算💔成工作(zuo)狀态下的(de)體積流量(liang)。
qV=qn(PnTZ/PTnZn)?????? (1)
式中，qV、qn分别(bie)爲工作狀(zhuang)态和标準(zhun)狀态下的(de)體積流量(liang)，m3/h;P、Pn分别爲工(gong)作狀态和(he)标準狀态(tai)下14的絕對(dui)壓力，Pa;T、Tn分别(bie)爲工作狀(zhuang)态和标準(zhun)狀态下的(de)熱力學溫(wen)度，K。
2.2雷諾數(shu)、壓力損失(shi)和背壓的(de)計算
　　在渦(wo)街流量計(ji)選擇流量(liang)計通徑時(shi)，主要是對(dui)流量下限(xian)值進行核(he)算雷諾數(shu)，最小雷諾(nuo)數不應低(di)于下限雷(lei)諾數🈲，即雷(lei)諾數Ｒe≥2×104。在測(ce)量介質爲(wei)液态時，還(hai)應檢查最(zui)小工作壓(ya)🈲力是否🔞高(gao)于工作溫(wen)度下的飽(bao)和蒸汽壓(ya)，即是否産(chan)生氣穴現(xian)象。
(1)雷諾數(shu)Ｒe是一個表(biao)針流體慣(guan)性力與粘(zhan)性力之比(bi)的無量綱(gang)量:

式中，Q爲(wei)體積流量(liang)，m3/h;D爲流量計(ji)内徑，mm;v爲運(yun)動粘度，m2/s。
(2)壓(ya)力損失:選(xuan)擇流量計(ji)時，通常可(ke)能會對流(liu)量計的㊙️通(tong)✂️徑🐪進行适(shi)當縮小，以(yi)取得較大(da)的流速和(he)合适的流(liu)量量程。但(dan)是如果縮(suo)徑過于嚴(yan)重，可能會(hui)導緻較大(da)的壓力損(sun)失，能耗會(hui)💋增加，因此(ci)在選擇流(liu)量計的通(tong)徑時，也需(xu)要适當考(kao)慮壓力損(sun)失，盡可能(neng)減小壓👌力(li)損失。壓力(li)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻損失△P計算(suan):
△P=1.1×10－5ρ·V2　　　　　　　(3)
式中，△P爲壓(ya)力損失，kg/m2;ρ爲(wei)流體密度(du)，kg/m3;V爲流速，m/s。
(3)背(bei)壓:測量液(ye)體的流量(liang)時，要确認(ren)工藝管道(dao)的壓力對(dui)于較小的(de)公稱通徑(jing)而言有足(zu)夠大的背(bei)壓，避免☔氣(qi)穴産生。流(liu)量計下遊(you)的管道壓(ya)力應滿足(zu):
P≥2.7△P+1.3P0(4)
式中，P爲流(liu)量計下遊(you)3.5～7.5D的最小管(guan)道壓力，kg/cm2(A);P0爲(wei)液體的飽(bao)🌈和🎯蒸汽壓(ya)🏃‍♂️，kg/cm2。
（4）根據工藝(yi)要求及現(xian)場安裝環(huan)境選擇耐(nai)壓、耐溫等(deng)級、防護等(deng)級💁、防爆等(deng)級、輸出信(xin)号等。
3測量(liang)熱解氣的(de)渦街流量(liang)計的選型(xing)設計
　　熱解(jie)氣的組分(fen)如表1所述(shu)，其工藝參(can)數:操作密(mi)度0.63kg/m3，運動粘(zhan)🚶‍♀️度2×10－5m2/s，操作溫(wen)度48.9℃，操作壓(ya)力7.5kPa，管道DN80，最(zui)小流量50Nm3/h，正(zheng)常流量100Nm3/h，最(zui)大流量150Nm3/h，儀(yi)表測量範(fan)圍選擇0～180Nm3/h。
　　因(yin)爲本裝置(zhi)爲試驗裝(zhuang)置，在裝置(zhi)運行的過(guo)程中，業主(zhu)可能會根(gen)🌈據需要适(shi)當調整參(can)數，因此選(xuan)關鍵設備(bei)的工程可(ke)行性、優化(hua)工♊藝參數(shu)的關鍵參(can)數之一，因(yin)此使用精(jing)度高一些(xie)的流量計(ji)也是有必(bi)要的;熱解(jie)氣的組分(fen)随着參✌️數(shu)的調整也(ye)可能會發(fa)生變化♻️，因(yin)此基于伯(bo)努利方程(cheng)原理的，如(ru)孔闆、噴嘴(zui)、阿牛巴、德(de)爾塔巴、平(ping)衡式等都(dou)不能很好(hao)的測量，因(yin)爲這類流(liu)量計受流(liu)體物性(密(mi)度、粘度)和(he)組分變化(hua)影響，且最(zui)終的熱解(jie)氣産品🌍或(huo)多或少都(dou)有焦油的(de)存在，時間(jian)長了可能(neng)堵塞流量(liang)計。楔式流(liu)量計帶自(zi)清潔的♋功(gong)能，如果采(cai)用法🈚蘭取(qu)壓，變送器(qi)采用隔膜(mo)密封式變(bian)送器，其受(shou)焦油的影(ying)響較小，楔(xie)式流量計(ji)的計算👅結(jie)果分别見(jian)圖1和圖2。


　　當(dang)H/D比爲0.2時，其(qi)壓力損失(shi)達到4kPa，已經(jing)大于操作(zuo)壓力的一(yi)半㊙️，此♌種方(fang)🤩案不可取(qu)，當H/D比爲0.3時(shi)，其壓力損(sun)失爲1.09kPa，可以(yi)接受，但最(zui)小流量時(shi)的差壓隻(zhi)有0.11kPa，甚至正(zheng)常流量♌時(shi)的差壓也(ye)隻有0.45kPa，由于(yu)采用的是(shi)隔膜密封(feng)式變送器(qi)，此時的精(jing)度無法保(bao)證;另一類(lei)是基于線(xian)性連續方(fang)程原理的(de)，如渦街流(liu)量計、質量(liang)流量計等(deng)，考慮到本(ben)裝置爲一(yi)個實驗裝(zhuang)置，質量☔流(liu)量計價格(ge)昂貴，因此(ci)綜合考慮(lü)介質和裝(zhuang)置的特殊(shu)性、壓損、精(jing)度和費用(yong)📧等因素，選(xuan)用渦街流(liu)量計測量(liang)熱解氣的(de)流量。
由式(shi)(1)可得最小(xiao)流量對應(ying)的工作狀(zhuang)态下的體(ti)積流♍量:

由(you)上述計算(suan)結果可知(zhi)，當流量計(ji)縮徑至DN40時(shi)，雷諾數即(ji)可滿足要(yao)求。
按式(3)可(ke)以核算下(xia)DN50和DN40口徑下(xia)的最大壓(ya)損:
DN50時:
△P=1.1×10－5×0.63×262=4.7×10－3kg/m2=0.46kPaDN40時:
△P=1.1×10－5×0.63×402=11.1×10－3kg/m2=1.09kPa
利(li)用橫河公(gong)司計算軟(ruan)件計算出(chu)來的結果(guo)見圖3。

　　從圖3可(ke)見，出流量(liang)計口徑爲(wei)DN80時，最小流(liu)量無法測(ce)量;流量💋計(ji)口徑縮徑(jing)至DN50時，最小(xiao)流量可測(ce)(此時流體(ti)的雷諾🈲數(shu)非常接近(jin)2×104)，但此時的(de)測量精度(du)稍微差些(xie);流❗量計口(kou)徑縮徑至(zhi)DN40時，最小流(liu)量可測，且(qie)精度也能(neng)得到保證(zheng)。用上述公(gong)式計算的(de)壓損與軟(ruan)件計算出(chu)來的也基(ji)本一緻，差(cha)别來自計(ji)算時流速(su)及流量計(ji)口徑均采(cai)用的是估(gu)算值。如果(guo)流🏃🏻‍♂️量計縮(suo)徑至DN25時，流(liu)量計的壓(ya)損❓已經達(da)到7.6kPa，壓損較(jiao)大，無法滿(man)足工藝要(yao)求。因♻️此選(xuan)擇DN40口徑的(de)流量計能(neng)滿足要求(qiu)。對♌于DN50口徑(jing)的⭐方案，如(ru)果流量大(da)于54Nm3/h時，流量(liang)計的精度(du)爲此款🏃流(liu)量計的精(jing)度，爲1.0%，當流(liu)量爲50Nm3/h時，此(ci)時流量可(ke)測🤩，隻是精(jing)度稍差些(xie)，約爲1.81%，但流(liu)量計的壓(ya)損會小很(hen)多，從節能(neng)降⛱️耗方面(mian)考慮，選擇(ze)DN50口徑的流(liu)量計也是(shi)可以的。綜(zong)上，選擇DN40和(he)DN50口徑的渦(wo)街流量計(ji)都能滿足(zu)要求。
　　操作(zuo)溫度爲48.9℃，沒(mei)有特殊性(xing)，選擇普通(tong)的渦街流(liu)量計即🌈可(ke);根據🥰現場(chang)情況，流量(liang)計爲露天(tian)安裝，防護(hu)等級選擇(ze)IP65即可;根據(ju)《爆炸危險(xian)🌐環境電力(li)裝置設計(ji)規範》GB50058－2014，本裝(zhuang)置中各介(jie)質所在組(zu)别屬于危(wei)險物料，見(jian)表2。因此儀(yi)表的防爆(bao)标志選擇(ze)ExiaⅡCT4Gb即能滿足(zu)要求。根據(ju)項目統一(yi)要求輸出(chu)信号選擇(ze)爲4～20mA+HAＲT。

　　至此，渦(wo)街流量計(ji)的選型已(yi)完成，但考(kao)慮到熱解(jie)氣中焦油(you)的存在，選(xuan)擇渦街流(liu)量計時，需(xu)要注意:①不(bu)能選用因(yin)爲技術需(xu)要而在渦(wo)街流量計(ji)中設計了(le)小孔結構(gou)的流量計(ji)，因爲焦油(you)有可能堵(du)塞這些孔(kong)，從而失去(qu)其原有的(de)作用;②焦油(you)有可能附(fu)着在旋渦(wo)發生體上(shang)，從而改變(bian)其結構，影(ying)響測量精(jing)度，因此需(xu)要采用帶(dai)防粘附作(zuo)用的發生(sheng)體，另外考(kao)慮到熱解(jie)氣中焦油(you)的含量較(jiao)小，且由于(yu)旋渦的存(cun)在，其有剝(bao)離附着在(zai)發生體上(shang)的焦油的(de)作用，因此(ci)認爲其對(dui)測量精度(du)的✂️影響比(bi)較小。
4結語(yu)
　　目前項目(mu)已經開車(che)成功，渦街(jie)流量計現(xian)場使用效(xiao)果特别好(hao)，在🐇整個實(shi)驗的過程(cheng)中，都能很(hen)準确地測(ce)🥵出熱解氣(qi)的流量，深(shen)受業主好(hao)評。現場的(de)使用結果(guo)表明，在發(fa)生體⛱️帶防(fang)粘❗附作用(yong)的情況下(xia)，低含量的(de)焦油對流(liu)量計的測(ce)量精度影(ying)響不大。目(mu)前化工廠(chang)⭐常用的流(liu)量😄計節流(liu)裝置(孔闆(pan)等)，其受流(liu)體物性影(ying)🌈響大，量程(cheng)比🌈一般隻(zhi)有3:1，且容易(yi)出現堵塞(sai)，直管段要(yao)求甚至高(gao)達50倍管徑(jing)，另外導壓(ya)系統還容(rong)易出現洩(xie)漏。渦街流(liu)量計因其(qi)儀表系數(shu)與流體特(te)性無關(氣(qi)液通用)、精(jing)度高、寬量(liang)程比和低(di)壓損等優(you)點，是節流(liu)裝置的理(li)想替代📧品(pin)，但隻有正(zheng)确設計、正(zheng)确選型以(yi)及正确安(an)裝🙇‍♀️的條件(jian)下才能發(fa)揮其應有(you)的作用。

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