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摘要：从流量仪表发展状况看，孔板流量应用范围广；但用标准孔板流量计来测量流体流量，仍存在一些不足之处。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原因，它亟需探索解决鉴于此，本文主要分析涡街流量计在化工行业中的应用。
关键词：涡街流量计；化工行业；应用
涡街流量计是用于气体、液体等流体介质的测量的常用仪器之一，其应用已经从最初的水蒸气、水的测量扩展到生物学、医学、卫生、化学化工等领域。随着各种相关技术等不断提高，涡街流量计向着高、精、尖方向发展。
涡街流量计应用最多的领域是石油化工企业，由于其传感部件可以不直接接触被测介质，可以用于测量各类液体、气体流量，一般其不锈钢旋涡发生体和封装于不锈钢体的传感器，能够耐受高温高压，可用于液体、气体、蒸汽测量。现在也有推出管径小于25 mm 以下的采用模压成型工艺的全塑料产品涡街流量传感器，配置非接触的超声波检测元件，可用于腐蚀性液体和高纯净液体的流量测量。在石油化工、制药、食品和半导体工业中，涡街流量计有着广泛的应用，可以准确测量的介质包括甲醇、甲醛、丙酮、甲苯、三氯乙烯、乙烯、丁烷液氨、空分装置中液氧、液氮流量等，还有半导体工业纯水、超净纯水等。
1、涡街流量计工作原理
管道内如果流体不流动将不会形成旋涡，一旦流体开始流动并达到一定的流速，将在挡体下游逐渐形成旋涡，这些旋涡在挡体两侧交替分开，并由流体带走。在挡体的下游形成高压和低压区，从而出现了被称为”卡门涡街”的现象。这些压差与通过旋涡的频率完全匹配，并由机械传感器精确测量。两个旋涡之间的距离与流体的特定体积相对应。因此，对通过的旋涡进行计数可计算总的流量，流速越高测得流体的频率就越高。
2、流量计的固有特性
2.1、涡街流量计的测量下限的特殊性
涡街流量计的测量下限不是定值，即使同一台涡街流量计，测量相同状态流体时，流量测量下限根据工况不同也可能产生变化。流量低于下限时，最好的情况只能是示值为零，不能反映流量趋势。涡街流量计的测量下限，由雷诺数、流体工况密度、传感器及信号处理系统的增益（放大倍率）信号处理系统的低端频响，涡街流量计的抗干扰能力、现场干扰强度等因素共同制约，因而变化范围很大，不能简单的查询、引用产品样本给出的下限数据。正确的做法是：针对上述所有因素，分别计算或查询出各自限定的流量测量下限，取最高值，作为产品实际下限。
2.2、涡街流量计的测量上限的特殊性
流量超过上限，误差超乎想象。更大的危害是：传感器/发生体断裂，威胁下游设备的安全。
涡街流量计的测量上限，受信号处理系统的高端频响特征、傳感器/涡街发生体的抗载能力等因素限制，制造商在样本之中，普遍给出气体、蒸汽、液体三类流体的最高可测流速上限，乘以流通管横截面积，即可核算为工况体积流量上限，进一步可核算为所需的标况体积，质量流量上限。
对于涡街流量计的测量上限，源于其原理的特殊性，以下两点宜谨慎考量：超限倒走现象与传感器/涡街发生体断裂现象。
涡街流量计所产生的漩涡频率与口径规格呈反比，因此，口径越小，涡街频率越高，漩涡传感器产生共振的机率越大，共振断裂的风险越大。在高流速的蒸汽流量测量中，出现传感器断裂的案例更为多见。一些产品将涡街发生体与漩涡传感器合并一体，即：将压电晶体封装在涡街发生体之中，这种结构的涡街发生体须设计为悬臂梁或绞支梁结构，在液体流量超限或是水锤作用、异物撞击下，也易产生涡街发生体断裂现象，需谨慎对待。
3、涡街流量计在化工行业中的应用
3.1、选型
根据 SH 3005 - 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 20 m Pa·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. 5 m/s，气体为 4 ～ 5 m/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。
3.2、安装
涡街流量计应安装在隔热、通风、易维护的地方，尽量安装在远离振动源和电磁干扰较强的地方，振动存在的地方必须采用减振装置，减少管道受振动的影响。涡街流量计在管道上可水平、倾斜或垂直安装。安装位置要注意，垂直安装时，液体介质必须从下往上流动；需在管道上安装温度、压力传感器或流量调节阀时，应将温度、压力传感器和调节阀安装在流量计下游。
涡街流量计前后必须有足够长的直管段，具体要求见表1。所配管道内径也必须和涡街流量变送器内径一致，与管道连接的密封垫内径要比传感器内径略大，不能将密封垫凸入管道内。
流量计供电电源为+ 24VDC，连接线要用屏蔽的信号电缆，布线时要远离强功率电源线，尽量用单独金属保护套管，接地要可靠。
3.3、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。
总之，涡街流量计在投入使用几年来，计量准确可靠，运行稳定，维护简易，在蒸汽、煤气计量中使用效果较好。随着现场总线技术、智能仪表技术及数字信号处理技术的发展，涡街流量计在耐高温、抗震动、微功耗等方面技术也日臻成熟，在化工行业流量测量中发挥的作用越来越大，应用前景非常广阔。
参考文献：
[1]史晓军，田广霁.涡街流量计的安装与使用[J].化工进展，2013，32（S1）：267-269.
关键词：涡街流量计；化工行业；应用
涡街流量计是用于气体、液体等流体介质的测量的常用仪器之一，其应用已经从最初的水蒸气、水的测量扩展到生物学、医学、卫生、化学化工等领域。随着各种相关技术等不断提高，涡街流量计向着高、精、尖方向发展。
涡街流量计应用最多的领域是石油化工企业，由于其传感部件可以不直接接触被测介质，可以用于测量各类液体、气体流量，一般其不锈钢旋涡发生体和封装于不锈钢体的传感器，能够耐受高温高压，可用于液体、气体、蒸汽测量。现在也有推出管径小于25 mm 以下的采用模压成型工艺的全塑料产品涡街流量传感器，配置非接触的超声波检测元件，可用于腐蚀性液体和高纯净液体的流量测量。在石油化工、制药、食品和半导体工业中，涡街流量计有着广泛的应用，可以准确测量的介质包括甲醇、甲醛、丙酮、甲苯、三氯乙烯、乙烯、丁烷液氨、空分装置中液氧、液氮流量等，还有半导体工业纯水、超净纯水等。
1、涡街流量计工作原理
管道内如果流体不流动将不会形成旋涡，一旦流体开始流动并达到一定的流速，将在挡体下游逐渐形成旋涡，这些旋涡在挡体两侧交替分开，并由流体带走。在挡体的下游形成高压和低压区，从而出现了被称为”卡门涡街”的现象。这些压差与通过旋涡的频率完全匹配，并由机械传感器精确测量。两个旋涡之间的距离与流体的特定体积相对应。因此，对通过的旋涡进行计数可计算总的流量，流速越高测得流体的频率就越高。
2、流量计的固有特性
2.1、涡街流量计的测量下限的特殊性
涡街流量计的测量下限不是定值，即使同一台涡街流量计，测量相同状态流体时，流量测量下限根据工况不同也可能产生变化。流量低于下限时，最好的情况只能是示值为零，不能反映流量趋势。涡街流量计的测量下限，由雷诺数、流体工况密度、传感器及信号处理系统的增益（放大倍率）信号处理系统的低端频响，涡街流量计的抗干扰能力、现场干扰强度等因素共同制约，因而变化范围很大，不能简单的查询、引用产品样本给出的下限数据。正确的做法是：针对上述所有因素，分别计算或查询出各自限定的流量测量下限，取最高值，作为产品实际下限。
2.2、涡街流量计的测量上限的特殊性
流量超过上限，误差超乎想象。更大的危害是：传感器/发生体断裂，威胁下游设备的安全。
涡街流量计的测量上限，受信号处理系统的高端频响特征、傳感器/涡街发生体的抗载能力等因素限制，制造商在样本之中，普遍给出气体、蒸汽、液体三类流体的最高可测流速上限，乘以流通管横截面积，即可核算为工况体积流量上限，进一步可核算为所需的标况体积，质量流量上限。
对于涡街流量计的测量上限，源于其原理的特殊性，以下两点宜谨慎考量：超限倒走现象与传感器/涡街发生体断裂现象。
涡街流量计所产生的漩涡频率与口径规格呈反比，因此，口径越小，涡街频率越高，漩涡传感器产生共振的机率越大，共振断裂的风险越大。在高流速的蒸汽流量测量中，出现传感器断裂的案例更为多见。一些产品将涡街发生体与漩涡传感器合并一体，即：将压电晶体封装在涡街发生体之中，这种结构的涡街发生体须设计为悬臂梁或绞支梁结构，在液体流量超限或是水锤作用、异物撞击下，也易产生涡街发生体断裂现象，需谨慎对待。
3、涡街流量计在化工行业中的应用
3.1、选型
根据 SH 3005 - 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 20 m Pa·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. 5 m/s，气体为 4 ～ 5 m/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。
3.2、安装
涡街流量计应安装在隔热、通风、易维护的地方，尽量安装在远离振动源和电磁干扰较强的地方，振动存在的地方必须采用减振装置，减少管道受振动的影响。涡街流量计在管道上可水平、倾斜或垂直安装。安装位置要注意，垂直安装时，液体介质必须从下往上流动；需在管道上安装温度、压力传感器或流量调节阀时，应将温度、压力传感器和调节阀安装在流量计下游。
涡街流量计前后必须有足够长的直管段，具体要求见表1。所配管道内径也必须和涡街流量变送器内径一致，与管道连接的密封垫内径要比传感器内径略大，不能将密封垫凸入管道内。
流量计供电电源为+ 24VDC，连接线要用屏蔽的信号电缆，布线时要远离强功率电源线，尽量用单独金属保护套管，接地要可靠。
3.3、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。
总之，涡街流量计在投入使用几年来，计量准确可靠，运行稳定，维护简易，在蒸汽、煤气计量中使用效果较好。随着现场总线技术、智能仪表技术及数字信号处理技术的发展，涡街流量计在耐高温、抗震动、微功耗等方面技术也日臻成熟，在化工行业流量测量中发挥的作用越来越大，应用前景非常广阔。
参考文献：
[1]史晓军，田广霁.涡街流量计的安装与使用[J].化工进展，2013，32（S1）：267-269.