渦街流量計在高壓風計量中的應用

樊波紅 薛宏民/中鋁山西分公司

0 引言

為了加強能源管理，做好生產成本核算，更好地進行企業內部市場化運作，我公司對全廠的水、電、氣進行嚴格的計量監測。在精制車間，對高壓風的計量采用渦街流量傳感器配合智能流量積算儀，除就地顯示外，還接入DCS系統中實時顯示瞬時流量和累積流量。使用三年來，在精度和穩定性方面都滿足了計量需求，對于生產調度人員監控工藝狀況，做好成本計算，起到了關鍵的作用。

1 渦街流量計工作原理及特點

渦街流量計是基于卡門渦街原理進行測量的一種具有國際先進水平的流量計，由于它具有其他流量計不可兼得的優點，自20世紀70年代以來得到了迅速發展。據有關資料顯示，現在發達國家使用渦街流量計的比例大幅度上升，己廣泛應用于各個領域，也是孔板流量計理想的替代產品。

渦街流量計在測量管道中設置一個垂直的柱狀物，流體通過柱狀物兩側交替地產生有規則的旋渦，這種旋渦也被稱為卡門渦街。卡門渦街的釋放頻率與流體的流動速度及柱狀物的寬度有關，可用下式表達：

式中：f－卡門渦街的釋放頻率；

Sr －傳感器系數（稱為斯特羅哈數）；

v－流速；

d－柱狀物的寬度。

由公式可見，在儀表系數Sr和柱狀物寬度d不變的情況下，卡門渦街的頻率與流體的流速成正比，因此通過測量卡門渦街的釋放頻率就可計算出管道內流體的瞬時流量。KTLU系列渦街流量傳感器的旋渦釋放頻率是根據旋渦交替地作用于檢測傳感器上的應力，通過它內部的壓電元件來檢測的。

經過數十年的發展改進，渦街流量計的測量技術日臻成熟，相對于其他流量計，它具有以下特點：

① 結構簡單而牢固，無可動部件，可靠性高，長期運行十分可靠；

② 安裝簡單，維護十分方便；

③ 輸出信號是與流量成正比的脈沖信號，無零點漂移，精確度高；

④ 測量范圍廣，量程比可達 1∶10～1∶20，但不適于測量流速過低的介質。因為介質流速過低，則旋渦的強度、旋轉速度也低，難以引起傳感元件產生響應信號，旋渦頻率也小，會使信號處理發生困難；

⑤ 壓力損失較小，運行費用低，更具節能意義；

⑥ 在一定的雷諾數范圍內，輸出信號頻率不受流體物理性質和組分變化的影響，儀表系數僅與旋渦發生體的形狀和尺寸有關，測量流體體積流量時無需補償，調換配件后一般無需重新標定儀表系數；

⑦ 應用范圍廣，蒸汽、氣體、液體的流量均可測量；

⑧ 當需要進行壓力和溫度補償時，可配備壓力和溫度變送器進行壓力溫度補償。

2 測量系統組成

高壓風的流量測量系統由上海肯特KTLUD—2渦街流量傳感器和KTZX—2智能流量積算儀組成。渦街傳感器主要是由傳感器(內有放大板)、連桿、旋渦發生器組件(內有三角柱、探頭)構成，可用于過熱蒸汽、飽和蒸汽、壓縮空氣和一般氣體的測量。本測量系統中，渦街流量傳感器安裝在垂直管道上，它將與高壓風流量相對應的脈沖信號發送給智能流量積算儀。KTZX智能流量積算儀采用先進的單片機技術，可配合渦街流量傳感器或孔板流量傳感器進行流量測量，它具有全中文液晶顯示屏，可以顯示瞬時流量、瞬時熱量、累計流量、累計熱量、渦街頻率、介質壓力溫度、密度、時間和日期等多種信息，還具有小流量自動補償、停電流量補償、自動抄表等豐富的功能。接入溫度壓力信號還可以自動進行溫度壓力補償。它將來自流量傳感器的脈沖信號轉換為瞬時流量并進行累積用于就地顯示，并輸出一個與瞬時流量成正比的（4～20 mA）的信號，以方便同DCS的連接。

3 使用中的注意事項

1）正確的安裝

正確安裝傳感器是確保測量精確可靠的首要前提，若在安裝地點和方式選擇上失誤，輕者影響測量精度，重者會影響傳感器的使用壽命，甚至損壞傳感器。

① 保證適當的直管段

安裝傳感器時一般要求上游直管段長度（15～40）DN，下游段長度5DN ，可根據上下游管道的情況適當調整，以保證測量精度。也應避免在架空的非常長的管道上安裝傳感器，這樣時間一長，由于傳感器的下垂容易使傳感器與法蘭間的密封泄漏，若不得已要安裝時，必須在傳感器的上下游2D處分別設置管道支架等緊固裝置。

② 避免較強的振動

傳感器應避免安裝在振動較強的管道上，若不得已要安裝時，必須采用減振措施，在傳感器的上下游2D處分別設置管道緊固裝置，并加防振墊。在空壓機出口處振動較強，不能安裝傳感器，應安裝在儲氣罐之后。

③ 根據測量流體選擇合適的安裝方式

對高壓風測量時，可以選擇將傳感器安裝于水平管道或垂直管道上，但如果高壓風中水份含量較高，水平安裝時傳感器應安裝在管線的較高處，垂直安裝時氣體流向應由下而上。無論水平或垂直安裝，流體流向必須與傳感器表體上的流向箭頭保持一致。

④ 外部環境的要求

傳感器避免安裝在溫度變化很大的場所和設備的熱輻射范圍內，若必須安裝，應有隔熱通風措施。在潮濕、含有腐蝕性氣體的環境中安裝時，必須作好防潮及隔離措施。另外，因為電噪聲會干擾傳感器的正確測量，因此安裝位置要遠離大功率變壓器、電機等干擾設備。

2）正確設定參數

KTZX—2智能流量積算儀具有良好的全中文界面，以方便用戶操作。正確進行參數設定，是保證計量精度的前提。測量介質選擇空氣，因為對高壓風的體積流量計量不需要壓力溫度補償，因此測量信號設置為工作狀態下的體積流量，輸入信號選擇頻率，瞬時流量的單位為m3/h。

4 結束語

經過兩年來的使用實踐表明，對高壓風的計量，采用渦街流量計完全可以滿足計量要求的精度和穩定性，其諸多優點也必將使它在更多的測量領域得到應用推廣。