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分析渦街流量計在測量過程中影響測量數據準確
  • 發布日期:2021-01-13     
    • 流量是石油化工企業監控化工裝置生產過程中的一個重要參數,是保證石油化工裝置高效、安全、安穩運行的重要手段。本文簡述了渦街流量計的特點,分析了渦街流量計在測量過程中容易出現影響測量數據準確性的原因,并提出了改進措施,以提高其測量準確度。

      前言

      計量是石油化工企業的“眼睛”,計量即是計效益。氣體流量的測量在石油化工行業中對加強物料管理、能源管理,進行物料交接、貿易結算、經濟核算和效益分析與評價中具有重要意義。因此,現代石油化工企業對流量計量的要求越來越高。

      1、渦街流量計特點

      渦街流量計結構簡單牢固,適用于多流體種類,測量精度較高且測量范圍寬,在石油化工企業中主要用于工業管道介質流體的流量測量,如氣體、液體、蒸氣等多種介質。其特點是壓力損失小,量程范圍大,精度高,在測量工況體積流量時幾乎不受流體密度、壓力、溫度、黏度等參數的影響。無可動機械零件,因此可靠性高,維護量小,儀表參數能長期穩定。渦街流量計采用壓電應力式傳感器,可靠性高,可在 -20℃~ +250℃的工作溫度范圍內工作。有模擬標準信號,也有數字脈沖信號輸

      渦街流量計是依據卡門旋渦原理進行關閉管道流體流量測量的新型流量計。因其具有良好的介質適應能力,無須溫度壓力補償即可直接測量蒸汽、空氣、氣體、水、液體的工況體積流量,配備溫度、壓力傳感器可測量標況體積流量和質量流量,是節流式流量計的理想替代產品。它具有以下一些特點:

      (1)無可動部件,可靠性高;(2)測量范圍寬,普通范圍可到達目的 10 :1 以上 ;(3)輸出為脈沖頻率信號,其頻率與被測流體的實際體積流量成正比,與流體的組分、密度無關;(4)結構簡單,安裝方便,維護費用低;(5)可應用于液體、氣體、和蒸汽的流量測量;(6)整體精度較高。

      2、工作原理

      渦街流量計是行使流體力學中卡門渦街原理制成的一種流體振蕩性流量計。將一個非流線型的對稱形狀的物體(渦街流量傳感器中稱之為漩渦發生體)垂直放置在流體流動的管道中,流體繞過漩渦發生體時,出現了附面層分離,在漩渦發生體下流雙側產生兩列交替的漩渦即卡門渦街。在一定的流量(雷諾數)范圍內,旋渦的分離頻率與流經渦街流量傳感器處流體的體積流量成正比。

      3、影響準確度的因素分析及辦理辦法

      由于渦街流量計的結構和測量原理的特點,其測量精度容易受到測量介質、脈沖干擾、管道振動、安裝方式以及流體狀況等因素的影響。

      3.1 測量介質

      渦街流量計主要用于測量單相流體,當出現兩相流時測量結果將會出現明顯的偏差。例如在測量過熱蒸汽時,如果流動阻力損失太大或管道保溫不好,會造成過熱蒸汽溫度快速下降而使蒸汽由過熱變為飽和,出現凝結水。由于凝結水的密度遠遠大于蒸汽密度,蒸汽凝結會導致渦街流量計測量蒸汽流量明顯變小。對此,我們應對易于液化的氣體介質采取加壓或保溫措施,并及時監控介質溫度與壓力,防止氣液兩相流出現。

      3.2 脈沖干擾

      渦街流量計在左近存在與其測量脈沖信號重疊的變頻器、電機等設備時,易發生外界干擾信號籠蓋或疊加被測信號,以致流量計無法進行準確計量的情況。這時應做好流量計接地和屏蔽保護。也可對影響信號的噪聲源進行控制,如對變頻器、電機電纜加裝金屬套管進行屏蔽,遠離噪聲源安裝流量計,在流量計與噪聲源之間加裝 T 形管、90 度彎頭、多孔消音器等管件,這些方法都可以在一定程度上降低噪聲的影響。

      3.3 管道振動

      渦街流量計本質上是流體振動型流量計,普通對機械振動特別敏感。由于渦街流量計輸出脈沖與流速成正比、檢測渦街的升力與流速平方和被測流體的密度成正比,所以在小流量時,渦街流量傳感器信號頻率低且幅值小,受到低頻的管道振動干擾影響嚴重,輸出脈沖誤差大;隨著流量的增大,渦街流量傳感器信號頻率變大且幅值增強,受到低頻的管道振動干擾影響減弱,輸出脈沖也隨之誤差變小。

      當渦街流量計安裝位置出現管道振動時可以采取以下方法:(1)增設管道固定支架,限制管道振幅;(2)調整儀表電路的設定狀況,力求排除振動影響;(3)如以上無法實現時,可根據渦街流量計對不同方向的抗振能力的不同,在安裝管線上的流量計方向用 X-Y-Z 三維坐標表示。X 是管道中心線方向,即流量計進出口的方向;Z 是流量計柱體軸向 ;Y 是與管道中心線垂直同時與流量計柱體軸向垂直的方向,也是渦街流量計橫向力作用的方向。流量計Z方向的抗振能力而 Y 方向差。觀察或測量管道的主要振動方向,旋轉流量計,直到 Z 軸與此主振方向重合,把儀表固定在該方向上。此方法可盡可能減小管道振動對流量計測量的影響。

      3.4 流體狀況

      流量計正常工作流體條件:①具有充分發展的湍流速度分布,無旋渦,速度軸對稱分布 ;②充滿圓管的單相流體 ;③定常流;④牛頓流體。

      流量計在使用中如果偏離這些條件將產生附加誤差,在現場流體流動特性中,具有充分發展的湍流速度分布、無旋渦、速度軸對稱分布及定常流常常是難以滿足的,它們將造成測量誤差的增大,偶然增大多少難以定量確定,因此在現場使用中必須密切注意流動特性的情況。

      影響準確流體的原因 :流速分布畸變及旋轉流。流速分布畸變及旋轉流對流量計特性的影響因工作原理而異,有的很嚴重,有的無甚影響,普通來說,推理式流量計(差壓、渦輪、渦街、超聲、電磁等)都要受影響,而容積式流量計不受或基本不受影響。

      在現場使用中非定常流并不少見,非定常流可分為兩大類 :周期性脈動和隨機性顛簸。在發動機、泵、風機等出口的流動可見周期脈動,而管道中的流動受阻流件及管道系統的干擾,普通都存在隨機性顛簸。至今還沒有明確規定流量所需要的定常流條件的定量指標。滿足流量檢測件上下游直管段所需要的作業空間、加裝多孔導流裝置和保證安裝管線與流量計管徑中心線對齊,且無凸出物(如安裝的墊片)突入測量管道,可以有效避免非定常流的出現。

      4.結束語

      通過分析影響渦街流量計在氣體測量準確度的幾點原因,并采取措施加以改善,能有效提高能源測量數據的準確性。保障石油化工裝置工藝操縱控制,加強效益核算管理,為化工企業經營管理計劃提供加倍可靠的依據。

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