摘要：介(jie)紹空分(fen)裝置中(zhong)液氧、液(ye)氦流量(liang)采用渦(wo)街流量(liang)計
測量(liang)的方法(fa),探讨使(shi)用現狀(zhuang)的優點(dian),對不能(neng)測量較(jiao)大流量(liang)以及渦(wo)街流量(liang)計小信(xin)号切除(chu)量較大(da)的問題(ti)進行相(xiang)關應用(yong)分析,對(dui)空分裝(zhuang)在産品(pin)核算、經(jing)濟效益(yi)分析、可(ke)靠運行(hang)的方面(mian)具有一(yi)定幫助(zhu)。
目前，化(hua)工行業(ye)很多生(sheng)産現場(chang)所使用(yong)的流量(liang)計選型(xing)不夠合(he)理,有的(de)存在安(an)裝錯誤(wu),造成計(ji)量誤差(cha)過大,還(hai)有些不(bu)能滿足(zu)生産或(huo)産品交(jiao)接計量(liang)的需要(yao),流量計(ji)是化工(gong)企業最(zui)常用的(de)儀表。但(dan)僅靠經(jing)驗或單(dan)純考慮(lü)購置費(fei)進行選(xuan)型，可能(neng)會失去(qu)選擇最(zui)适合儀(yi)表的機(ji)會。由此(ci)可見,正(zheng)确選擇(ze)和使用(yong)流量計(ji)并非易(yi)事。要正(zheng)确、有效(xiao)地選擇(ze)合适的(de)流量計(ji),必須考(kao)慮5個方(fang)面的因(yin)素,即性(xing)能要求(qiu)、介質物(wu)性、安裝(zhuang)要求、環(huan)境條件(jian)和費用(yong)。
煤基烯(xi)烴項目(mu)建設的(de)空分裝(zhuang)置生産(chan)氣氧、氣(qi)氮、儀表(biao)空氣、工(gong)廠空氣(qi)、液氧和(he)液氮。通(tong)過對該(gai)裝置的(de)液氧、液(ye)氮産品(pin)流量計(ji)的使用(yong)情況進(jin)行摸索(suo)研究,從(cong)儀表測(ce)量原理(li)出發,進(jin)行必要(yao)的分析(xi)和研究(jiu),并進行(hang)觀察評(ping)估,對實(shi)施效果(guo):提出推(tui)廣建議(yi),從而進(jin)一步提(ti)高管理(li)和維護(hu)水平,使(shi)該裝置(zhi)産品交(jiao)接計量(liang)向更穩(wen)定、更可(ke)靠的方(fang)向發展(zhan)。
1空分裝(zhuang)置液氧(yang)、液氨渦(wo)街流計(ji)使用現(xian)狀
1.1産品(pin)流量的(de)測量方(fang)法
一般(ban)情況下(xia),煤化工(gong)配套的(de)空分裝(zhuang)置都較(jiao)大,液氮(dan)、液氧産(chan)品在工(gong)藝系統(tong)負荷較(jiao)低時可(ke)以作爲(wei)産品銷(xiao)售。爲了(le)準确測(ce)量這兩(liang)股産品(pin)的流量(liang),保證貿(mao)易交接(jie)的準确(que)性,考慮(lü)到這兩(liang)股産品(pin)低粘度(du)、低溫,産(chan)品管線(xian)口徑小(xiao)(僅爲DN25mm), 以(yi)及一次(ci)儀表需(xu)安裝于(yu)冷箱内(nei)隔箱而(er)變送器(qi)需要安(an)裝于冷(leng)箱外部(bu)的特點(dian),項目最(zui)初選用(yong)了
分體(ti)式渦街(jie)流量計(ji)
配以轉(zhuan)換器來(lai)測量液(ye)氮、液氧(yang)流量。
1.2渦(wo)街流量(liang)計測量(liang)液氧、液(ye)氮流量(liang)
1.2.1測量原(yuan)理.
渦街(jie)流量計(ji)是一種(zhong)典型的(de)速度式(shi)流量計(ji),可檢測(ce)Re在5 x103~7 x106範圍(wei)内的液(ye)體、氣體(ti)、蒸汽流(liu)體的流(liu)量。漩渦(wo)分離的(de)穩定性(xing)受漩渦(wo)發生體(ti)上遊流(liu)場畸變(bian)、漩渦流(liu)等的影(ying)響，所以(yi)安裝儀(yi)表應根(gen)據上遊(you)阻流件(jian)的不同(tong)形式,配(pei)備不同(tong)長度的(de)上、下遊(you)直管段(duan),或安裝(zhuang)流動調(diao)整器,爲(wei)渦街流(liu)量計提(ti)供良好(hao)的流場(chang)條件,消(xiao)除流場(chang)對儀表(biao)的不利(li)影響。渦(wo)街流量(liang)計是應(ying)用流體(ti)振蕩原(yuan)理來測(ce)量流量(liang)的,流體(ti)在管道(dao)中經過(guo)渦街流(liu)量變送(song)器時,在(zai)三角柱(zhu)的漩渦(wo)發生體(ti)後上下(xia)交替産(chan)生正比(bi)于流速(su)的兩列(lie)漩渦,稱(cheng)爲卡曼(man)漩渦。單(dan)側漩渦(wo)的釋放(fang)頻率與(yu)流過漩(xuan)渦發生(sheng)體的流(liu)體平均(jun)速度及(ji)漩渦發(fa)生體特(te)征寬度(du)有關,表(biao)示爲":
f=(Srxv)/d
式(shi)中
d一漩(xuan)渦發生(sheng) 體特征(zheng)寬度,m;
f一(yi)漩渦 的(de)釋放頻(pin)率,Hz;
Sr一斯(si)特勞哈(ha)爾數,無(wu)量綱， 它(ta)的數值(zhi)範圍爲(wei)0.14 ~0.27;
?一流過(guo)漩渦發(fa)生體的(de)流體平(ping)均速度(du)，m/s。
Sr是雷諾(nuo)數的函(han)數,Re與Sr的(de)關系爲(wei)Sr =f(l/Re),如圖1所(suo)示。
由上(shang)式可知(zhi)，在斯特(te)勞哈爾(er)數Sr爲常(chang)數時,流(liu)量qv與單(dan)側漩渦(wo)産生的(de)頻率?成(cheng)正比。
當(dang)雷諾數(shu)Re在102~ 105範圍(wei)内時,Sr值(zhi)約爲0.2,因(yin)此,在測(ce)量中要(yao)盡量保(bao)證流體(ti)的雷諾(nuo)數在102~ 105 ,漩(xuan)渦頻率(lü)?=0.2×?/d。由此可(ke)知，通過(guo)測量漩(xuan)渦頻率(lü)就計算(suan)出流過(guo)漩渦發(fa)生體的(de)流體平(ping)均速度(du)u,再由式(shi)qv = ? ×A0求出流(liu)量qv,其中(zhong)A。爲流體(ti)流過漩(xuan)渦發生(sheng)體的截(jie)面積。
1.2.2渦(wo)街流量(liang)計測量(liang)空分裝(zhuang)置液氮(dan)、液氧的(de)優劣
通(tong)過觀察(cha)裝置開(kai)車後近(jin)一年的(de)使用情(qing)況，發現(xian)在這兩(liang)股産品(pin)處使用(yong)渦街流(liu)量計各(ge)存在一(yi)些優缺(que)點。
1.2.2.1 優點(dian)
渦街流(liu)量計結(jie)構簡單(dan)牢固,安(an)裝維護(hu)方便,測(ce)量元件(jian)直接安(an)裝于管(guan)道上,克(ke)服了管(guan)路的洩(xie)漏現象(xiang)。可根據(ju)測量對(dui)象選擇(ze)相應的(de)檢測方(fang)式,儀表(biao)的适應(ying)性強。非(fei)常适用(yong)于幹淨(jing)介質流(liu)體和部(bu)分混相(xiang)流體。與(yu)其他脈(mo)沖輸出(chu)型流量(liang)計相比(bi),渦街流(liu)量計的(de)儀表系(xi)數K較低(di),且随儀(yi)表測量(liang)管徑D的(de)增大儀(yi)表系數(shu)K近似以(yi)直徑比(bi)的3次方(fang)速率下(xia)降(表1)。
選(xuan)擇流量(liang)計的通(tong)徑應按(an)被測管(guan)道使用(yong)的流量(liang)範圍和(he)被選流(liu)量計的(de)上、下限(xian)流量來(lai)選配,而(er)不是簡(jian)單地按(an)管道通(tong)徑選用(yong)。通常設(she)計管道(dao)流體最(zui)大流速(su)是按經(jing)濟流速(su)來确定(ding)的,流速(su)選擇過(guo)低,則管(guan)徑粗、投(tou)資大;而(er)流速過(guo)高則輸(shu)送功率(lü)大,增加(jia)運行費(fei)用21。大部(bu)分流量(liang)計上限(xian)流量的(de)流速接(jie)近或略(lue)高于管(guan)道經濟(ji)流速,因(yin)此流量(liang)計通徑(jing)與管徑(jing)相同的(de)可能性(xing)較大,安(an)裝比較(jiao)方便,如(ru)不相同(tong)也不應(ying).相差太(tai)多,一般(ban)相鄰一(yi)檔規格(ge),采用變(bian)徑管連(lian)接'。
若采(cai)用
标準(zhun)孔闆流(liu)量計
來(lai)測量液(ye)氮、液氧(yang)的流量(liang)存在一(yi)些不足(zu)之處，如(ru):壓力損(sun)失較大(da);導壓管(guan)、
三
(五)閥(fa)組
及連(lian)接接頭(tou)容易洩(xie)漏;導壓(ya)管、取壓(ya)口易堵(du)塞;量程(cheng)範圍小(xiao),一般爲(wei)3:1,對流量(liang)波動較(jiao)大易造(zao)成測量(liang)值偏低(di);液氮、液(ye)氧溫度(du)較低，需(xu)要采取(qu)複熱措(cuo)施由液(ye)态恢複(fu)爲氣态(tai)才可測(ce)量，否則(ze)易凍結(jie)。
量程比(bi)相對較(jiao)寬，可達(da)10:1或20: 1。使用(yong)的情況(kuang)是實際(ji)最小流(liu)量可測(ce)到200Nm'/h,最大(da)可測到(dao)1 865Nm'/h及以，上(shang)。實際情(qing)況是最(zui)大流量(liang)在閥門(men)僅65%開度(du)時就達(da)到了100% ,最(zui)小流量(liang)僅可測(ce)到325Nm3/h,尤其(qi)上、下極(ji)限測量(liang)時基本(ben)很難用(yong)好。大多(duo)數渦街(jie)流量計(ji)具有較(jiao)好的線(xian)性度,渦(wo)街流量(liang)計理論(lun)最大量(liang)程比可(ke)達300:1以上(shang)。但由于(yu)檢測元(yuan)件的靈(ling)敏度、儀(yi)表的壓(ya)力損失(shi)及其他(ta)方面的(de)限制,要(yao)達到這(zhe)麽高的(de)量程比(bi)是非常(chang)困難的(de)。因此實(shi)際大多(duo)數的渦(wo)街流量(liang)計的量(liang)程比僅(jin)爲10:1以上(shang),有的可(ke)達到20:1甚(shen)至30:1。而其(qi)他的流(liu)量計如(ru)差壓流(liu)量計,卻(que)沒有這(zhe)麽寬的(de)量程範(fan)圍。一般(ban)的渦街(jie)選型,都(dou)會把所(suo)測流量(liang)範圍放(fang)在其全(quan)量程的(de)5%~60%這個範(fan)圍内,如(ru)果要求(qiu)的量程(cheng)太寬,就(jiu)必須把(ba)常用流(liu)量放在(zai)這個範(fan)圍的合(he)适位置(zhi)以選型(xing)。這樣選(xuan)型出來(lai)的渦街(jie)才會好(hao)用、穩定(ding),精度才(cai)能得以(yi)保障.
渦(wo)街流量(liang)計屬測(ce)量精度(du)中等偏(pian)上的流(liu)量計,通(tong)常測量(liang)液體的(de)精度爲(wei)土(0.5% ~1.0%),測量(liang)氣體的(de)精度爲(wei)土(1.0% ~1.5%),這種(zhong)精度比(bi)
渦輪流(liu)量計
科(ke)氏力質(zhi)量流量(liang)計低,但(dan)與傳統(tong)的
差壓(ya)流量計(ji)
、
浮子流(liu)量計
相(xiang)比,測量(liang)精度較(jiao)高2]。考慮(lü)到這兩(liang)股産品(pin)既要計(ji)量總流(liu)量,又要(yao)應用在(zai)流量控(kong)制系統(tong)中，流量(liang)計精度(du)的确定(ding)要在整(zheng)個系統(tong)控制精(jing)度要求(qiu)下進行(hang)，因爲整(zheng)個系統(tong)不僅有(you)流量檢(jian)測的誤(wu)差,還包(bao)含有信(xin)号傳輸(shu)、控制調(diao)節等環(huan)節的誤(wu)差和各(ge)種影響(xiang)因素,對(dui)測量儀(yi)表确定(ding)過高的(de)精度是(shi)不合理(li)和不經(jing)濟的,因(yin)此綜合(he)精度、經(jing)濟性一(yi)同考慮(lü)是選型(xing)的要素(su)之一。
正(zheng)常情況(kuang)下壓損(sun)約爲
孔(kong)闆流量(liang)計
的1/4~1/2，但(dan)内縮徑(jing)渦街流(liu)量計不(bu)适用于(yu)此處。近(jin)似的長(zhang)期.壓損(sun)( PPL)計算公(gong)式爲
以(yi)液氮産(chan)品爲例(li)，經過計(ji)算，DN25mm的渦(wo)街流量(liang)計适用(yong)于此處(chu),圖2爲液(ye)氮DN25mm渦街(jie)流量計(ji)性能對(dui)照圖。從(cong)圖2可以(yi)看出，在(zai)保證精(jing)度的情(qing)況下,壓(ya)損是相(xiang)當小的(de)。
輸出(chu)與流量(liang)成正比(bi)的脈沖(chong)信号,适(shi)用于總(zong)量計量(liang),無零點(dian)漂移[4。在(zai)一定雷(lei)諾數範(fan)圍内,輸(shu)出頻率(lü)信号不(bu)受流體(ti)物性(密(mi)度、粘度(du))和組分(fen)的影.響(xiang),即儀表(biao)系數僅(jin)與漩渦(wo)發生體(ti)和管道(dao)的形狀(zhuang)尺寸有(you)關,隻需(xu)在一種(zhong)典型介(jie)質中校(xiao)驗而适(shi)用于各(ge)種介質(zhi)。在各種(zhong)流量計(ji)中渦街(jie)流量計(ji)是一種(zhong)較有可(ke)能成爲(wei)僅需幹(gan)式校驗(yan)的流量(liang)計。
對流(liu)量變化(hua)在一定(ding)的雷諾(nuo)數範圍(wei)内，漩渦(wo)分離的(de)頻率僅(jin)與流體(ti)工作狀(zhuang)态下的(de)體積流(liu)量成正(zheng)比;而對(dui)被測流(liu)體壓力(li)、溫度、粘(zhan)度和組(zu)分變化(hua)不敏感(gan)。因此，在(zai)幾何相(xiang)似和動(dong)力相似(si)條件下(xia)，渦街流(liu)量計可(ke)用一種(zhong)典型介(jie)質(如水(shui)或空氣(qi))标定，就(jiu)可确定(ding)它的儀(yi)表系數(shu)，并可在(zai)其他介(jie)質中使(shi)用。渦街(jie)流量計(ji)的這一(yi)特點，對(dui)生産廠(chang)和用戶(hu)提供了(le)很大的(de)便利。對(dui)用于高(gao)壓氣體(ti)的渦街(jie)流量計(ji)，使用常(chang)壓條件(jian)下标定(ding)的儀表(biao)系數，用(yong)戶完全(quan)可以放(fang)心，生産(chan)廠不必(bi)爲沒有(you)高壓标(biao)定設備(bei)而憂慮(lü);用于氣(qi)體的渦(wo)街流量(liang)計，也可(ke)在水流(liu)量标準(zhun)裝置中(zhong)校驗，提(ti)高标定(ding)精度。渦(wo)街流量(liang)計這一(yi)特點，爲(wei)它實現(xian)幹标定(ding)、發生體(ti)标準化(hua)提供了(le)有利條(tiao)件。
通常(chang)渦街流(liu)量計的(de)儀表系(xi)數K是通(tong)過液體(ti)或氣體(ti)流量校(xiao)準裝置(zhi)在常溫(wen)、常壓條(tiao)件下标(biao)定後确(que)定的。如(ru)果儀表(biao)用于高(gao)溫流體(ti)(例如蒸(zheng)汽)或低(di)雷諾數(shu)區域的(de)流量測(ce)量時,還(hai)照用實(shi)驗室标(biao)定的儀(yi)表系數(shu)的話,則(ze)會産生(sheng)一定的(de)測量偏(pian)差。因此(ci),當儀表(biao)的工作(zuo)條件偏(pian)離标定(ding)條件較(jiao)遠時,需(xu)對該系(xi)數進行(hang)修正。
儀(yi)表标定(ding)時,根據(ju)校準裝(zhuang)置給出(chu)的标準(zhun)流量、流(liu)體密度(du)ρ、粘度μ和(he)被測渦(wo)街流量(liang)計輸出(chu)的頻率(lü),計算出(chu)儀表系(xi)數K和對(dui)應的雷(lei)諾數。先(xian)進行雷(lei)諾數Re>2 x 104的(de)各流量(liang)測試點(dian)的标定(ding),再進行(hang)Re≤2x104各點流(liu)量的标(biao)定。然後(hou)算出Re>2x104各(ge)流量測(ce)試點的(de)平均儀(yi)表系數(shu)K,以K作爲(wei)标準儀(yi)表系數(shu),再分别(bie)計算Re<2x104各(ge)流量測(ce)試點的(de)儀表系(xi)數Ki與K的(de)比值E作(zuo)爲雷諾(nuo)數修正(zheng)系數,這(zhe)樣就得(de)到與表(biao)2相似的(de)各雷諾(nuo)數所對(dui)應的修(xiu)正系數(shu)，然後把(ba)這些數(shu)據寫人(ren)儀表中(zhong)。
1.2.2.2缺點
渦(wo)街流量(liang)計小信(xin)号切除(chu)量較大(da),使下限(xian)流量不(bu)能太低(di)，因此不(bu)能滿足(zu)較小流(liu)量測量(liang)的要求(qiu)。渦街流(liu)量計的(de)下限流(liu)量受雷(lei)諾數和(he)檢測元(yuan)件靈敏(min)度的制(zhi)約。
雷諾(nuo)數的影(ying)響。渦街(jie)流量計(ji)不适用(yong)于低雷(lei)諾數測(ce)量(Re≥2 x104),故在(zai)高粘度(du)、低流速(su)、小口徑(jing)情況下(xia)應用受(shou)到限制(zhi)。大多數(shu)渦街流(liu)量計的(de)下限雷(lei)諾數爲(wei)(1 ~2) x104 ,隻有當(dang)儀表工(gong)作在下(xia)限雷諾(nuo)數以.上(shang)區域時(shi),斯特勞(lao)哈爾數(shu)Sr或儀表(biao)系數K才(cai)進人平(ping)直區,儀(yi)表也才(cai)能進人(ren)線性工(gong)作區域(yu)，否則當(dang)雷諾數(shu)Re低于渦(wo)街流量(liang)計線性(xing)工作區(qu)的臨界(jie)雷諾數(shu)時,儀表(biao)系數K将(jiang)出現嚴(yan)重的非(fei)線性,産(chan)生非線(xian)性誤差(cha)。在粘度(du)高、口徑(jing)小的工(gong)作條件(jian)下工作(zuo)的渦街(jie)流量計(ji)，下限流(liu)量不能(neng)太低。以(yi)液氮産(chan)品爲例(li),經過計(ji)算,DN25mm的渦(wo)街流量(liang)計所測(ce)流量爲(wei)全量程(cheng)流量的(de)15%及以下(xia)時,流速(su)下降迅(xun)速,已經(jing)不能保(bao)證精度(du)了， 即使(shi)滿足了(le)可測量(liang)程上限(xian)的要求(qiu)也滿足(zu)不了可(ke)測較小(xiao)流量的(de)需要(表(biao)3)。
另外,從(cong)圖3還可(ke)以清楚(chu)地看到(dao),流量達(da)到量程(cheng)上限以(yi)後精度(du)和壓損(sun)明顯呈(cheng)比例上(shang)升。這也(ye)就不難(nan)解釋爲(wei)什麽渦(wo)街流量(liang)計往往(wang)未用到(dao)全量程(cheng)就很難(nan)用好了(le)
檢測元(yuan)件靈敏(min)度的限(xian)制。漩渦(wo)強度越(yue)強對信(xin)号檢測(ce)越有利(li)。而漩渦(wo)強度與(yu)流速平(ping)方是成(cheng)正比的(de)，所以在(zai)量程下(xia)限的低(di)速區，漩(xuan)渦信号(hao)很微弱(ruo)，能否有(you)效地檢(jian)測出漩(xuan)渦信号(hao),取決于(yu)檢測元(yuan)件的靈(ling)敏度[2]
受(shou)以上兩(liang)方面因(yin)素的制(zhi)約，渦街(jie)流量計(ji)的下限(xian)流速不(bu)能太低(di)，這點可(ke)以參考(kao)表3。一般(ban)情況下(xia),測量液(ye)體流量(liang)時,下限(xian)流速爲(wei)0.3 ~0. 5m/s;測量氣(qi)體時下(xia)限流速(su)爲3.0 ~5.0m/s。不能(neng)采用内(nei)縮徑渦(wo)街流量(liang)計測量(liang)較小流(liu)量，否則(ze)無法保(bao)證流體(ti)的穩定(ding)狀态，畢(bi)竟渦街(jie)靠的是(shi)穩流才(cai)能準确(que)測量,内(nei)縮徑多(duo)少會造(zao)成壓損(sun)增加,影(ying)響渦街(jie)的測量(liang),尤其測(ce)到70%以上(shang)很難保(bao)證精度(du),特點是(shi)精度随(sui)流量增(zeng)大而産(chan)生偏差(cha)。
正常情(qing)況下渦(wo)街流量(liang)計壓損(sun)僅比差(cha)壓流量(liang)計小(約(yue)爲孔闆(pan)流量計(ji)1/4~1/2),但是由(you)于這兩(liang)股産品(pin)的正常(chang)壓力都(dou)在0.5MPa以下(xia)，因此測(ce)量值達(da)不到精(jing)度偏離(li)點就壓(ya)損太高(gao)無法使(shi)用了。以(yi)液氮産(chan)品爲例(li),經過計(ji)算,DN15mm的内(nei)縮徑渦(wo)街流量(liang)計不适(shi)用于此(ci)處，流量(liang)爲全量(liang)程50%及以(yi)上時,壓(ya)損上升(sheng)迅速,如(ru)圖4所示(shi)。但是優(you)點是可(ke)以滿足(zu)較小流(liu)量測量(liang)的需要(yao),這時幾(ji)乎沒有(you)壓損(表(biao)4)。.
2結束(shu)語
對空(kong)分裝置(zhi)的液氧(yang)、液氮産(chan)品流量(liang)測量結(jie)合實際(ji)使用情(qing)況進行(hang)了研究(jiu)與分析(xi),對其測(ce)量原理(li)技術難(nan)點以及(ji)優缺點(dian)等進行(hang)了全面(mian)的統計(ji)、綜述和(he)評價。當(dang)然對于(yu)量程比(bi)适中、隻(zhi)保證流(liu)量上限(xian)其中一(yi)端即可(ke)的液氧(yang)、液氮産(chan)品流量(liang)測量,使(shi)用這類(lei)低溫型(xing)分體式(shi)渦街流(liu)量計還(hai)是相當(dang)可靠的(de)。
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