摘　要：旋(xuan)進流量計(ji) 是速度流(liu)量計的一(yi)種，基于漩(xuan)渦進動原(yuan)理。結合工(gong)程設計📧，針(zhen)對幾種氣(qi)體和液體(ti)的流量計(ji)選型進行(hang)分析，分别(bie)研究💘了同(tong)一流量工(gong)況下不同(tong)流量計的(de)适用性和(he)優缺點，并(bing)得出下列(lie)結論：旋進(jin)流量計能(neng)夠滿足大(da)部分所列(lie)出的流量(liang)💃工況，而且(qie)精度較高(gao)、量程範圍(wei)較大、安裝(zhuang)維護方便(bian)，但不适合(he)低流速工(gong)況。
　　在石化(hua)裝置的工(gong)藝生産過(guo)程中，流量(liang)是一個非(fei)常重🏃‍♀️要🔆的(de)過程♊參數(shu)和監控對(dui)象，流量的(de)測量顯得(de)尤爲重要(yao)。随着流量(liang)檢測技術(shu)的不斷發(fa)展，可供選(xuan)擇的流量(liang)🏃🏻‍♂️計很多。如(ru)何針🤟對不(bu)同工況要(yao)求，選擇合(he)适的流量(liang)計來滿足(zu)用戶對精(jing)度、維護量(liang)、可靠性、經(jing)濟性等要(yao)求。
　　早期的(de)旋進流量(liang)計在1967年由(you)德國FISCHERPORTER公司(si)發明。經過(guo)幾十年的(de)技㊙️術✍️發展(zhan)，此種類流(liu)量計已經(jing)從簡單的(de)、僅能測量(liang)氣體流量(liang)的⭕單一功(gong)能，發展到(dao)可以應用(yong)于氣體、蒸(zheng)👌汽和液❌體(ti)介質的流(liu)量測量，并(bing)⛷️且可以帶(dai)溫度、壓力(li)自動補償(chang)，還可以進(jin)行✌️流量累(lei)計計量[1]的(de)多種功能(neng)。所輸出的(de)信号可以(yi)爲支持HART協(xie)議的通訊(xun)信号、支持(chi)RS485通訊協㊙️議(yi)信号等。旋(xuan)進流量計(ji)具有精度(du)高、可靠性(xing)好、壓力損(sun)失較小、對(dui)直管段要(yao)求短、安裝(zhuang)維護方便(bian)等優點，可(ke)以适用于(yu)較爲廣泛(fan)的❓流量檢(jian)測場合。
1結(jie)構及工作(zuo)原理
1.1流量(liang)計的結構(gou)
　　旋進流量(liang)計本體由(you)漩渦發生(sheng)體（起旋器(qi)）、殼體、壓電(dian)🛀傳♈感器和(he)整流器組(zu)成，如圖1所(suo)示。
旋進流(liu)量計剖面(mian)結構如圖(tu)2所示。

漩渦發生(sheng)體（起旋器(qi)）：螺旋狀葉(ye)片安裝在(zai)入口，用于(yu)産㊙️生漩渦(wo)流。
殼體：形(xing)狀類似于(yu)文丘裏管(guan)，用于産生(sheng)二次漩渦(wo)。壓電傳😘感(gan)器：用于檢(jian)測漩渦的(de)振動頻率(lü)。振動頻率(lü)與流速成(cheng)正比。
整流(liu)器：安裝在(zai)流量計出(chu)口，用于消(xiao)除漩渦流(liu)，減少對下(xia)⁉️遊的影響(xiang)。

1.2工作原理(li)[1-3]
　　旋進流量(liang)計是速度(du)流量計的(de)一種，基于(yu)漩渦進動(dong)現象進行(hang)💃🏻計量。流體(ti)進入漩渦(wo)發生體後(hou)産生劇烈(lie)的旋轉運(yun)動形成漩(xuan)渦流。漩渦(wo)流加速，沿(yan)流動方向(xiang)經縮徑段(duan)，流動強度(du)增強。當漩(xuan)渦流進入(ru)擴散段後(hou)，在導流體(ti)回流的作(zuo)🥵用下，該漩(xuan)🧡渦産生二(er)次旋轉運(yun)動，即漩渦(wo)進動。二次(ci)漩渦進動(dong)的頻率與(yu)流體的流(liu)速成正比(bi)。因此漩渦(wo)的頻率可(ke)🙇🏻以反映此(ci)流體的流(liu)速和流量(liang)大小。如🧡果(guo)測量設備(bei)内部采用(yong)最佳的設(she)計，漩渦的(de)頻率将在(zai)較寬的流(liu)量範圍内(nei)呈線性。壓(ya)電傳感器(qi)測到此頻(pin)率後，将信(xin)号傳輸到(dao)流量計傳(chuan)感器進行(hang)下遊處理(li)。
漩渦進動(dong)頻率與介(jie)質流速成(cheng)正比，與截(jie)流體幾何(he)尺寸成反(fan)比。

式中
f——漩(xuan)渦進動頻(pin)率；
St——斯特羅(luo)哈爾常數(shu)（通過實驗(yan)得到的無(wu)因次數）；
v——流(liu)速；
d——截流體(ti)因數（由截(jie)流體幾何(he)尺寸決定(ding)）。
以上公式(shi)可得出，測(ce)量出漩渦(wo)進動頻率(lü)可測得流(liu)♍體流速和(he)瞬時流量(liang)。
圖3表示出(chu)斯特羅哈(ha)爾常數與(yu)雷諾Re的關(guan)系。曲線的(de)📐線性區域(yu)❓對🏃‍♀️應的爲(wei)旋進流量(liang)計的測量(liang)範圍。

雷諾(nuo)數（Re）的計算(suan)：
Re=?ρ?/(2827×V×D)
式中
ρ——工作(zuo)密度，kg/m3；
V——運動(dong)黏度，m2/s；
D——管徑(jing)，m。
2工程設計(ji)中的選型(xing)考慮
　　工程(cheng)設計中主(zhu)要根據流(liu)量工況，按(an)工藝要求(qiu)（精度、測量(liang)範圍、壓力(li)損失等），從(cong)适用性、可(ke)靠性、安裝(zhuang)方便、經濟(ji)❄️性等方面(mian)🥰考慮進行(hang)流量計的(de)選型。本文(wen)列舉的旋(xuan)進流量計(ji)爲某進口(kou)品牌産品(pin)，并有多種(zhong)場合的應(ying)用。
2.1适用性(xing)方面的考(kao)慮
（1）流體介(jie)質旋進流(liu)量計适用(yong)于氣體、蒸(zheng)汽和液體(ti)介質。
（2）精度(du)旋進流量(liang)計在最小(xiao)雷諾數Remin和(he)最大流量(liang)Qmax之間的線(xian)性範圍測(ce)量精度爲(wei)≤±0.5%。
（3）流速旋進(jin)流量計在(zai)測量介質(zhi)時，要考慮(lü)流速不能(neng)過低（具體(ti)以廠家計(ji)算爲準）。
（4）流(liu)量計口徑(jing)市場上常(chang)見旋進流(liu)量計最大(da)尺寸爲DN400，最(zui)小爲DN15。流📱量(liang)計口徑的(de)選擇基于(yu)最大工作(zuo)流量Qmax。建☁️議(yi)最大工💘作(zuo)流量應大(da)于該口徑(jing)允許量程(cheng)一半時的(de)流量。可以(yi)選擇縮徑(jing)，但最大工(gong)作流量不(bu)要低于該(gai)口徑允許(xu)最大量程(cheng)時流量的(de)15%。
（5）材料的選(xuan)擇
a.測量管(guan)材料通常(chang)爲不鏽鋼(gang)316/316L，HastelloyC。
b.内襯材料(liao)根據介質(zhi)的腐蝕性(xing)、溫度等要(yao)求來選擇(ze)具體材料(liao)。
PTFE（-55~260℃）
石墨（-55~280℃）
Kalrez（-20~275℃）
2.2安裝(zhuang)和應用
（1）被(bei)測介質的(de)流動方向(xiang)需要與流(liu)量計上的(de)指示方向(xiang)👌一緻。
（2）避免(mian)管路的機(ji)械振動（如(ru)有必要，安(an)裝支架）。
（3）選(xuan)擇符合環(huan)境條件的(de)流量計。流(liu)量計周圍(wei)不能有強(qiang)烈磁場幹(gan)擾。
（4）輸送設(she)備的振動(dong)頻率不得(de)在流量計(ji)的測量頻(pin)率範圍以(yi)内🥵。可以使(shi)用适當的(de)阻尼裝置(zhi)減弱活塞(sai)泵或壓縮(suo)機輸送過(guo)程🌈中的交(jiao)替（脈動）流(liu)量。
（5）閥門通(tong)常布置在(zai)流量計的(de)下遊。如果(guo)通過活塞(sai)泵或壓縮(suo)機輸送測(ce)量介質（液(ye)體）壓力10bar[145psi]，當(dang)閥門閉合(he)時，可能會(hui)産生液壓(ya)振動，這時(shi)閥門必須(xu)安裝在流(liu)量計上遊(you)，并且可能(neng)需要🔞安裝(zhuang)合适的阻(zu)尼裝置（例(li)如：空氣罐(guan)）。
（6）流量計在(zai)測量液體(ti)時要避免(mian)氣穴現象(xiang)的産生。
（7）測(ce)量高溫介(jie)質時
流量(liang)計在測量(liang)>150℃的高溫介(jie)質時，傳感(gan)器的安裝(zhuang)必須是變(bian)送器朝向(xiang)一側或朝(chao)下，或者采(cai)用分體式(shi)安裝。
（8）流量(liang)計傳感器(qi)帶保溫層(ceng)時，考慮保(bao)溫層厚度(du)，具體咨💜詢(xun)🔴廠家✏️。
2.3直管(guan)段要求
　　流(liu)量計安裝(zhuang)直管段要(yao)求滿足與(yu)否，直接影(ying)響流量測(ce)🏃🏻量的穩定(ding)性和精度(du)。旋進流量(liang)計進出口(kou)直管段⭐要(yao)求🔞見表1。從(cong)表1可知，其(qi)直管段要(yao)求并不高(gao)，這一優勢(shi)在舊裝置(zhi)擴容改造(zao)的應用中(zhong)尤爲🌏突出(chu)。

2.4多探頭的(de)選擇
　　基于(yu)旋進流量(liang)計的漩渦(wo)特點，并在(zai)其本體尺(chi)寸允🐪許👌的(de)✔️條件下，旋(xuan)進流量計(ji)可以采用(yong)多探頭的(de)測量⭐方式(shi)。這種選擇(ze)爲用戶實(shi)💃現三取二(er)流量聯鎖(suo)提供了經(jing)濟⛱️可行的(de)實施方案(an)。
3應用分析(xi)
　　适用于氣(qi)體、蒸汽和(he)液體介質(zhi)測量的流(liu)量計有多(duo)種可選，在(zai)此🧑🏾‍🤝‍🧑🏼選擇精(jing)度較好的(de)4種流量計(ji)與旋進流(liu)✨量計做對(dui)🌈比，主要針(zhen)對測量範(fan)圍、精度和(he)壓損是否(fou)符合工藝(yi)條件進行(hang)對☔比分析(xi)。所選流量(liang)計如下，均(jun)爲在國内(nei)外石化裝(zhuang)置上有多(duo)年應用的(de)國外産品(pin)🌂。
旋進流量(liang)計（精度爲(wei)液體±0.5%，氣體(ti)±5%）
（精度爲液(ye)體±0.75%，氣體±0.9%）
渦(wo)街流量計(ji) 科裏奧 利(li)質量流量(liang)計（精度爲(wei)液體±0.075%~0.1%，氣體(ti)±0.5%）
熱式質量(liang)流量計 （精(jing)度爲±0.5%，主要(yao)測氣體介(jie)質）
電磁流(liu)量計 （精度(du)±0.5%，主要測量(liang)導電類液(ye)體）
　　以上渦(wo)街流量計(ji)的精度低(di)于其他流(liu)量計，但是(shi)也🆚屬🏒于精(jing)度🐉較好且(qie)常用的流(liu)量計。并且(qie)由于渦街(jie)流量計和(he)旋進流量(liang)計的原理(li)類似，在下(xia)列對比中(zhong)渦🆚街流量(liang)計的精度(du)雖然不能(neng)達🏃到本文(wen)所列的工(gong)藝條件，但(dan)可以對比(bi)渦街流量(liang)計🌈和旋進(jin)流🔞量計的(de)測量範圍(wei)和壓損。
3.1氣(qi)體測量
（1）當(dang)測量介質(zhi)爲氫氣，工(gong)藝要求精(jing)度高時，不(bu)能低于±0.5%。市(shi)場上🤞測💃量(liang)氣體精度(du)較好的流(liu)量計有熱(re)式質量🔆流(liu)量計和科(ke)裏奧利質(zhi)量㊙️流量計(ji)（我們選擇(ze)測量氣體(ti)精度🔞爲±0.5%的(de)産品），這裏(li)🐇選擇這2種(zhong)流量計與(yu)旋進流量(liang)計做對比(bi)。表2爲工藝(yi)條件，表3~表(biao)5爲3種流量(liang)計的選型(xing)後的量程(cheng)🏃‍♂️範圍和壓(ya)力損失，通(tong)過表6對比(bi)流量計♋是(shi)否滿足工(gong)藝條件。



　　通(tong)過以上對(dui)比，可知旋(xuan)進流量計(ji)在流速大(da)于一定值(zhi)時，測量🏃🏻時(shi)的精度和(he)流量範圍(wei)可以與科(ke)裏奧利🌏質(zhi)量💋流量計(ji)和熱式質(zhi)量🚶流量計(ji)相媲美。但(dan)是在流速(su)很小的情(qing)況下，旋進(jin)流量計與(yu)這兩種流(liu)量計相比(bi)則遜色很(hen)多。
　　這3種流(liu)量計在價(jia)格方面，科(ke)裏奧利質(zhi)量流量計(ji)是旋進流(liu)量計🏃價格(ge)的3~5倍。熱式(shi)質量流量(liang)計和科裏(li)奧🧑🏽‍🤝‍🧑🏻利質量(liang)流✌️量計🎯針(zhen)對不同工(gong)況下的應(ying)用選型，在(zai)價格方面(mian)各有優🐪勢(shi)。
（2）測量介質(zhi)爲氣體（除(chu)氫氣外）時(shi)，在此選擇(ze)旋進流量(liang)計（精度爲(wei)氣體±0.5%）、渦街(jie)流量計（精(jing)度爲氣體(ti)±0.9%）和科裏奧(ao)利質量流(liu)量計㊙️（精度(du)爲氣體±0.5%）做(zuo)對比分析(xi)，以下主要(yao)對比3種流(liu)量計的測(ce)量範圍（3種(zhong)流量計都(dou)爲同一品(pin)♻️牌産品）。表(biao)💋7爲工藝條(tiao)件，表8~表10爲(wei)🔴3種流量計(ji)的選型後(hou)的量程範(fan)圍和壓力(li)損失，通過(guo)表11對比流(liu)量計是否(fou)❄️滿足工藝(yi)條件。

　　通過(guo)列表可以(yi)看出旋進(jin)流量計在(zai)測量氣體(ti)時，保證精(jing)度±0.5%的情況(kuang)下，量程比(bi)較大，可以(yi)滿足1∶30的量(liang)程比。
3.2測量(liang)介質爲液(ye)體
　　測量液(ye)體時，選擇(ze)旋進流量(liang)計（精度爲(wei)液體±0.5%）、渦街(jie)流量計（精(jing)👉度爲液體(ti)±0.75%）、科裏奧利(li)質量流量(liang)計（精度爲(wei)液體±0.1%）和💋電(dian)磁流量計(ji)（精度爲液(ye)體±0.5%）進行對(dui)比分析。表(biao)12爲工藝條(tiao)件，表13~表16爲(wei)3種流🔴量計(ji)的選型後(hou)⁉️的量程範(fan)圍和壓力(li)損失，通過(guo)表💚17的對比(bi)，可知流量(liang)計是否滿(man)足‼️工藝條(tiao)件要💰求。



　　通(tong)過以上比(bi)較，可知旋(xuan)進流量計(ji)在測量液(ye)體時也✌️有(you)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼很大的💛優(you)勢，量程比(bi)大，精度較(jiao)高，還可以(yi)測量非導(dao)電類類液(ye)體。
在産品(pin)的價格方(fang)面，以渦街(jie)流量計的(de)價格作爲(wei)标準💜來🔞衡(heng)量，科裏奧(ao)利流量計(ji)（精度液體(ti)爲±0.1%.氣體±0.5%）是(shi)渦街的3~5倍(bei)左右，旋進(jin)流量計是(shi)渦街流量(liang)計的1.3~1.7倍左(zuo)右，電磁流(liu)量計是渦(wo)街流量計(ji)的🌐0.8~1倍左右(you)（以上4種流(liu)量💘計價格(ge)均以同一(yi)廠家産品(pin)的價格作(zuo)爲基礎）。
4結(jie)束語
　　旋進(jin)流量計精(jing)度（±0.5%）較高，可(ke)以滿足大(da)多數應用(yong)場合的💜測(ce)量要㊙️求👣；可(ke)達1：30的量程(cheng)比，滿足寬(kuan)測量範圍(wei)的應用；直(zhi)管段要求(qiu)不高，在工(gong)藝裝置配(pei)管緊湊的(de)場合，應用(yong)優✉️勢明顯(xian)🌐。尤其在可(ke)實現多探(tan)頭傳感器(qi)應用方面(mian)，爲安全儀(yi)表系🎯統流(liu)量測量子(zi)系統⭐的可(ke)靠性✉️/可用(yong)性冗餘架(jia)構設計提(ti)😄供了一種(zhong)便利的實(shi)施方案，具(ju)有較爲突(tu)出的優勢(shi)。

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