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渦街流量計(jì)的選型

閱讀:407      發(fā)布時(shí)間:2025-3-25
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渦街流量計(jì)選型指南

渦街流量計(jì)作為工業(yè)流量測(cè)量的關(guān)鍵儀表,憑借其測(cè)量精度高、量程范圍寬、壓損小、維護(hù)簡(jiǎn)便等諸多優(yōu)勢(shì),在化工、石油、電力、冶金、給排水等工業(yè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用,能夠精準(zhǔn)測(cè)量氣體、液體、蒸汽等各類介質(zhì)的流量。然而,要讓渦街流量計(jì)在實(shí)際工況中穩(wěn)定、精確運(yùn)行,選型環(huán)節(jié)極為關(guān)鍵。這一過(guò)程需要綜合考量測(cè)量介質(zhì)特性、流量范圍、管道口徑、測(cè)量精度、供電電源與輸出信號(hào)、安裝環(huán)境、溫壓補(bǔ)償、防爆要求等多方面因素,任何一個(gè)環(huán)節(jié)的疏忽都可能導(dǎo)致測(cè)量偏差甚至儀表故障。以下將對(duì)這些選型要點(diǎn)進(jìn)行深入剖析。

一、測(cè)量介質(zhì)特性

(一)種類

  1. 氣體測(cè)量:不同氣體成分千差萬(wàn)別,其密度、壓縮性也各不相同。例如壓縮空氣,由于在實(shí)際使用中壓力、溫度會(huì)頻繁波動(dòng),導(dǎo)致其密度大幅變化。在這種情況下,就需要選擇具備壓力、溫度自動(dòng)補(bǔ)償功能的渦街流量計(jì),這類儀表可實(shí)時(shí)感知壓力、溫度變化,并依據(jù)氣體狀態(tài)方程對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行修正,從而確保測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。若測(cè)量的是含有腐蝕性氣體的混合氣體,如在某些化工生產(chǎn)尾氣中,含有少量的二氧化硫等腐蝕性成分,那么流量計(jì)的傳感器及測(cè)量管等關(guān)鍵部件就必須采用耐腐蝕的材質(zhì),如哈氏合金等,以防止部件被腐蝕,影響測(cè)量精度與儀表使用壽命。

  1. 液體測(cè)量:液體的腐蝕性、粘度以及是否含有雜質(zhì),都會(huì)顯著影響渦街流量計(jì)的測(cè)量效果。對(duì)于強(qiáng)腐蝕性酸液,如硫酸、鹽酸等,必須選用由聚四氟乙烯、陶瓷等耐腐蝕材料制造的流量計(jì)。當(dāng)測(cè)量高粘度液體,像潤(rùn)滑油、糖漿等,由于高粘度會(huì)阻礙漩渦的產(chǎn)生與傳播,使漩渦的形成頻率發(fā)生改變,進(jìn)而影響測(cè)量精度。因此,針對(duì)高粘度液體,需選用經(jīng)過(guò)特殊設(shè)計(jì)、能夠適應(yīng)高粘度環(huán)境的渦街流量計(jì),這類儀表通常在傳感器結(jié)構(gòu)、檢測(cè)方式等方面進(jìn)行了優(yōu)化,以保證在高粘度介質(zhì)中也能準(zhǔn)確測(cè)量。若液體中含有固體雜質(zhì),如污水中含有泥沙、纖維等,可能會(huì)造成流量計(jì)內(nèi)部部件的磨損,甚至堵塞測(cè)量通道。此時(shí),可在流量計(jì)前端安裝過(guò)濾器,對(duì)液體進(jìn)行預(yù)處理,同時(shí)選擇具有較大流通口徑、不易堵塞的渦街流量計(jì)。

  1. 蒸汽測(cè)量:飽和蒸汽與過(guò)熱蒸汽的物理特性差異明顯,其密度與溫度、壓力的關(guān)系也截然不同,這就決定了對(duì)測(cè)量?jī)x表有著不同的要求。飽和蒸汽的密度僅與溫度或壓力存在單一的對(duì)應(yīng)關(guān)系,所以在測(cè)量飽和蒸汽時(shí),可采用單溫度補(bǔ)償或單壓力補(bǔ)償?shù)臏u街流量計(jì)。而過(guò)熱蒸汽的密度受溫度和壓力的雙重影響,且變化較為復(fù)雜,因此測(cè)量過(guò)熱蒸汽時(shí),必須使用能夠同時(shí)對(duì)溫度和壓力進(jìn)行補(bǔ)償?shù)臏u街流量計(jì),通過(guò)精確測(cè)量溫度、壓力,并結(jié)合過(guò)熱蒸汽的密度計(jì)算公式,實(shí)時(shí)修正測(cè)量數(shù)據(jù),以實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)量。

(二)溫度與壓力

介質(zhì)的溫度和壓力范圍直接決定了渦街流量計(jì)的適用材質(zhì)與工作條件。常見(jiàn)的渦街流量計(jì)依據(jù)溫度劃分,有常溫(-40~100℃)、中溫(100~250℃)、高溫(100~320℃)等不同類型;按公稱壓力劃分,法蘭卡裝型一般適用于 2.5MPa 的工況,法蘭連接型常見(jiàn)的壓力等級(jí)有 1.0MPa、1.6MPa、2.5MPa,插入式安裝型則有 1.6MPa、2.5MPa、4.0MPa 等多種選擇。若介質(zhì)溫度、壓力超出常規(guī)范圍,例如在某些高溫高壓的化工反應(yīng)釜出料管道中,介質(zhì)溫度可能高達(dá) 400℃,壓力達(dá)到 5.0MPa,此時(shí)就必須選用采用耐高溫、高壓材質(zhì),如高溫合金制造的特殊設(shè)計(jì)渦街流量計(jì)。這種流量計(jì)在結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、密封性能等方面都經(jīng)過(guò)特殊優(yōu)化,以確保在工況下能夠穩(wěn)定運(yùn)行,維持測(cè)量精度,延長(zhǎng)儀表使用壽命。

二、流量范圍

(一)常用流量范圍

在選型時(shí),應(yīng)盡量將常用流量控制在渦街流量計(jì)可測(cè)范圍的中上部區(qū)域。這是因?yàn)樵跍u街流量計(jì)的下限流量測(cè)量區(qū)間,極易受到管道振動(dòng)等外界因素的干擾。當(dāng)流量接近下限值時(shí),漩渦信號(hào)相對(duì)較弱,管道的輕微振動(dòng)就可能掩蓋真實(shí)的漩渦信號(hào),導(dǎo)致測(cè)量誤差增大。例如,某工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中,常用流量為 30m3/h,若所選渦街流量計(jì)的可測(cè)流量范圍為 20 - 100m3/h,那么該常用流量處于流量計(jì)可測(cè)范圍的中上部,能夠有效避開(kāi)低下限測(cè)量的不穩(wěn)定區(qū)域,保證測(cè)量精度;但如果可測(cè)范圍為 50 - 200m3/h,30m3/h 的常用流量就處于其范圍的中下部,此時(shí)測(cè)量穩(wěn)定性和精度就難以保證。

(二)流量波動(dòng)情況

若工況中的流量波動(dòng)較大,如化工生產(chǎn)中的間歇式反應(yīng)過(guò)程,在反應(yīng)開(kāi)始和結(jié)束階段,物料流量會(huì)急劇變化,此時(shí)就需要考慮渦街流量計(jì)的響應(yīng)速度與穩(wěn)定性。應(yīng)選擇具有快速響應(yīng)能力的渦街流量計(jì),這類儀表能夠在流量發(fā)生急劇變化時(shí),迅速捕捉到漩渦頻率的改變,并將其準(zhǔn)確轉(zhuǎn)換為流量信號(hào)輸出,及時(shí)準(zhǔn)確地跟蹤流量變化。而對(duì)于流量相對(duì)穩(wěn)定的工況,如城市供水系統(tǒng),其流量在一天內(nèi)的變化幅度較小,對(duì)流量計(jì)響應(yīng)速度的要求相對(duì)較低,可側(cè)重于選擇穩(wěn)定性好、測(cè)量精度高的渦街流量計(jì)。

三、管道口徑

(一)安裝方式與口徑選擇

渦街流量計(jì)按安裝方式可分為管道式和插入式兩種類型。管道式渦街流量計(jì)的最小口徑為 DN15,最大可達(dá) DN300,適用于中小口徑管道的流量測(cè)量;插入式渦街流量計(jì)常規(guī)最大口徑為 DN2000,對(duì)于 DN2000 以上的超大口徑管道,則需根據(jù)實(shí)際需求按協(xié)議供貨。在選型時(shí),要緊密結(jié)合實(shí)際管道口徑來(lái)確定合適的安裝方式與流量計(jì)口徑。若管道口徑為 DN250,由于其口徑較大,采用插入式渦街流量計(jì)能夠在保證測(cè)量精度的前提下,降低安裝成本與維護(hù)難度;若管道口徑為 DN80,屬于中小口徑管道,選擇管道式渦街流量計(jì)即可滿足測(cè)量需求,且安裝更為便捷。

(二)變徑情況

當(dāng)流量范圍與管道口徑不匹配時(shí),可通過(guò)縮徑或擴(kuò)徑的方式來(lái)適配流量計(jì)。但在實(shí)施過(guò)程中,必須注意一些關(guān)鍵問(wèn)題。儀表的縮擴(kuò)徑不宜過(guò)大,因?yàn)榭s徑會(huì)使管道內(nèi)流體流速顯著提高,這不僅會(huì)增加流體的流動(dòng)阻力,還可能導(dǎo)致管道背壓升高,影響整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行;而擴(kuò)徑則容易引發(fā)空穴現(xiàn)象,造成流體對(duì)管道及流量計(jì)內(nèi)部部件的氣蝕破壞。在直管段允許的情況下,建議選擇 “變徑頭 + 直管段" 的組合方式,即在流量計(jì)前后安裝合適的變徑頭,然后在變徑頭與流量計(jì)之間設(shè)置一定長(zhǎng)度的直管段。這樣可以使流體在經(jīng)過(guò)變徑后,有足夠的距離恢復(fù)穩(wěn)定的流動(dòng)狀態(tài),從而保證渦街流量計(jì)能夠準(zhǔn)確測(cè)量流體流量。

四、測(cè)量精度

(一)精度等級(jí)

渦街流量計(jì)的精度等級(jí)存在差異,且不同測(cè)量介質(zhì)對(duì)應(yīng)的精度也有所不同。管道式渦街流量計(jì)在測(cè)量液體時(shí),精度可達(dá) 1.0 級(jí),意味著其測(cè)量誤差在 ±1.0% 以內(nèi);測(cè)量氣體時(shí),精度可達(dá) 1.5 級(jí)。插入式渦街流量計(jì)的精度一般為 1.5 級(jí)和 2.5 級(jí)。在對(duì)測(cè)量精度有所要求的場(chǎng)合,如貿(mào)易結(jié)算領(lǐng)域,準(zhǔn)確的流量計(jì)量直接關(guān)系到經(jīng)濟(jì)利益,此時(shí)應(yīng)優(yōu)先選用高精度的管道式渦街流量計(jì)來(lái)測(cè)量液體,以確保計(jì)量的準(zhǔn)確性,避免因測(cè)量誤差導(dǎo)致的經(jīng)濟(jì)糾紛。

(二)影響精度因素

除了儀表自身的精度等級(jí),安裝環(huán)境、介質(zhì)特性等外部因素也會(huì)對(duì)測(cè)量精度產(chǎn)生重要影響。在安裝過(guò)程中,若上下游直管段長(zhǎng)度不足,流體在進(jìn)入流量計(jì)時(shí)無(wú)法形成穩(wěn)定的流態(tài),會(huì)導(dǎo)致漩渦的產(chǎn)生和傳播受到干擾,從而增大測(cè)量誤差。一般來(lái)說(shuō),上游直管段長(zhǎng)度要求不小于 10D(D 為管道內(nèi)徑),下游直管段長(zhǎng)度不小于 5D。管道振動(dòng)同樣會(huì)對(duì)測(cè)量精度造成負(fù)面影響,強(qiáng)烈的振動(dòng)可能使流量計(jì)內(nèi)部的傳感器發(fā)生位移或產(chǎn)生額外的振動(dòng)信號(hào),干擾真實(shí)的漩渦信號(hào)。若介質(zhì)中含有氣泡或雜質(zhì),氣泡會(huì)改變流體的密度和流動(dòng)特性,雜質(zhì)可能會(huì)磨損流量計(jì)的內(nèi)部部件,這些都可能導(dǎo)致測(cè)量誤差增大。因此,在安裝渦街流量計(jì)時(shí),務(wù)必嚴(yán)格按照安裝要求執(zhí)行,確保上下游直管段長(zhǎng)度符合標(biāo)準(zhǔn),并采取有效的減振措施;同時(shí),要對(duì)介質(zhì)進(jìn)行必要的預(yù)處理,如通過(guò)過(guò)濾器去除雜質(zhì),采用氣液分離器分離氣泡,以保證測(cè)量精度。

五、供電電源與輸出信號(hào)

(一)供電電源

市場(chǎng)上的渦街流量計(jì)供電電源類型多樣,主要有 +12VDC(三線制脈沖輸出)、+24VDC(三線制脈沖輸出型及二線制電流輸出型)、3.6V 鋰電池、雙供電等。在選型時(shí),要充分考慮現(xiàn)場(chǎng)供電條件與功耗要求。若現(xiàn)場(chǎng)供電不便,如偏遠(yuǎn)地區(qū)的野外監(jiān)測(cè)站,或者需要流量計(jì)在無(wú)市電供應(yīng)的情況下長(zhǎng)時(shí)間獨(dú)立工作,可選擇鋰電池供電的渦街流量計(jì),其具有自供電、無(wú)需外接電源、安裝維護(hù)簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)。若現(xiàn)場(chǎng)具備穩(wěn)定的市電供應(yīng),且對(duì)流量計(jì)的功耗要求不高,可選擇 +24VDC 供電方式,這種供電方式能夠?yàn)榱髁坑?jì)提供穩(wěn)定的電力支持,保證其長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。

(二)輸出信號(hào)

渦街流量計(jì)的輸出信號(hào)主要有電壓頻率脈沖輸出、兩線制 4 - 20mA 輸出、HART 輸出,此外還可提供 modbus 的 RS485 通訊用于數(shù)字量輸出。用戶應(yīng)根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)需求選擇合適的輸出信號(hào)。若需將流量數(shù)據(jù)接入 PLC 或 DCS 系統(tǒng)進(jìn)行集中監(jiān)控與控制,兩線制 4 - 20mA 輸出或 modbus 的 RS485 通訊接口的渦街流量計(jì)是較為理想的選擇。兩線制 4 - 20mA 輸出信號(hào)具有傳輸距離遠(yuǎn)、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),能夠?qū)⒘髁啃盘?hào)穩(wěn)定地傳輸至 PLC 或 DCS 系統(tǒng);modbus 的 RS485 通訊接口則可實(shí)現(xiàn)數(shù)字量的快速、準(zhǔn)確傳輸,便于系統(tǒng)對(duì)流量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、存儲(chǔ)和分析。

六、安裝環(huán)境

(一)環(huán)境條件

渦街流量計(jì)在安裝時(shí),要盡可能避開(kāi)強(qiáng)電力設(shè)備、高頻設(shè)備、強(qiáng)電源開(kāi)關(guān)設(shè)備等,這些設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)大的電磁場(chǎng),可能會(huì)對(duì)渦街流量計(jì)的信號(hào)傳輸和測(cè)量精度造成干擾。例如,在變電站附近安裝渦街流量計(jì)時(shí),若不采取有效的屏蔽措施,強(qiáng)電磁場(chǎng)可能導(dǎo)致流量計(jì)輸出信號(hào)出現(xiàn)波動(dòng),測(cè)量數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。同時(shí),也要避開(kāi)高溫?zé)嵩春洼椛湓矗邷乜赡軙?huì)使流量計(jì)內(nèi)部的電子元件性能下降,甚至損壞;輻射源可能會(huì)干擾流量計(jì)的電子線路,影響其正常工作。強(qiáng)烈震動(dòng)場(chǎng)所同樣不適宜安裝渦街流量計(jì),因?yàn)檎駝?dòng)可能會(huì)使流量計(jì)內(nèi)部的部件松動(dòng)、損壞,或者導(dǎo)致測(cè)量信號(hào)失真。若無(wú)法避開(kāi)振動(dòng)環(huán)境,可在傳感器上下游 2D 處設(shè)置管道緊固裝置,并在裝置與管道之間加裝防振墊,以減少振動(dòng)對(duì)流量計(jì)的影響。另外,強(qiáng)腐蝕環(huán)境會(huì)對(duì)儀表外殼和內(nèi)部部件造成腐蝕,縮短儀表使用壽命,應(yīng)盡量避免在這種環(huán)境中安裝渦街流量計(jì)。若必須安裝,需選用具有耐腐蝕外殼和內(nèi)部部件的流量計(jì),并采取相應(yīng)的防護(hù)措施。

(二)防護(hù)等級(jí)

常用的 IP 防護(hù)等級(jí)有 IP65(防止灰塵侵入及阻止噴水)、IP67(防止灰塵侵入及短暫淹沒(méi))、IP68(防止灰塵侵入及持續(xù)淹沒(méi))。在選擇防護(hù)等級(jí)時(shí),要依據(jù)安裝位置來(lái)確定。如果渦街流量計(jì)安裝在室內(nèi),環(huán)境相對(duì)較好,可選 IP65 防護(hù)等級(jí),能夠有效防止灰塵侵入和一般性的噴水,保護(hù)流量計(jì)內(nèi)部部件不受損害。若安裝在室外地面以上位置,考慮到可能會(huì)受到雨水、風(fēng)沙等侵襲,應(yīng)選擇 IP65 以上防護(hù)等級(jí)的流量計(jì),如 IP67,以增強(qiáng)防護(hù)能力。對(duì)于安裝在室外地面以下溝渠中的渦街流量計(jì),由于可能會(huì)遭受雨水浸泡,必須選擇 IP68 及分離型放大器,分離型放大器可將電子元件部分安裝在高于水面的位置,防止雨水浸泡損壞放大器,確保流量計(jì)能夠正常工作。

七、溫壓補(bǔ)償

(一)補(bǔ)償需求判斷

在實(shí)際工況中,若工況偏差不大或?qū)y(cè)量精度要求不高,可不進(jìn)行溫壓補(bǔ)償。但在需要精確計(jì)量的場(chǎng)合,溫壓補(bǔ)償則至關(guān)重要。以氣體測(cè)量為例,氣體的體積流量會(huì)隨著溫度和壓力的變化而顯著改變。在標(biāo)準(zhǔn)狀況下,氣體的體積流量與工況下的體積流量存在較大差異,若不進(jìn)行溫壓補(bǔ)償,直接以工況體積流量作為計(jì)量依據(jù),會(huì)導(dǎo)致計(jì)量結(jié)果出現(xiàn)較大誤差。因此,一般在測(cè)量氣體時(shí),需要同時(shí)對(duì)溫度和壓力進(jìn)行補(bǔ)償。測(cè)量過(guò)熱蒸汽時(shí),由于蒸汽密度隨溫度、壓力變化較為復(fù)雜,且質(zhì)量流量受溫度、壓力影響較大,同樣需要溫度、壓力同時(shí)補(bǔ)償,才能準(zhǔn)確測(cè)量蒸汽的質(zhì)量流量。而對(duì)于飽和蒸汽,其密度與溫度或壓力存在固定的對(duì)應(yīng)關(guān)系,所以可采用單溫度補(bǔ)償或單壓力補(bǔ)償?shù)姆绞絹?lái)實(shí)現(xiàn)較為準(zhǔn)確的測(cè)量。

(二)補(bǔ)償方式

通常采用的溫壓補(bǔ)償方式是在現(xiàn)場(chǎng)安裝壓力、溫度傳感器,將壓力、溫度傳感器采集到的數(shù)據(jù)與流量數(shù)據(jù)一同接至積算儀或上傳至 DCS 系統(tǒng)。積算儀或 DCS 系統(tǒng)會(huì)根據(jù)預(yù)設(shè)的計(jì)算公式,結(jié)合氣體或蒸汽的狀態(tài)方程,對(duì)溫度、壓力、流量數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合計(jì)算,從而得到標(biāo)準(zhǔn)狀況下的流量數(shù)據(jù)。例如,在天然氣計(jì)量過(guò)程中,通過(guò)溫壓補(bǔ)償可將工況體積流量換算為標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積流量,這樣能夠消除溫度和壓力變化對(duì)計(jì)量結(jié)果的影響,保證計(jì)量的準(zhǔn)確性,滿足貿(mào)易結(jié)算等高精度計(jì)量需求。

八、防爆要求

在易燃易爆場(chǎng)合,如石油化工、煤礦等行業(yè),由于存在易燃易爆的氣體、粉塵等物質(zhì),一旦發(fā)生火災(zāi)或爆炸事故,后果將不堪設(shè)想。因此,在這些場(chǎng)合必須選用防爆型渦街流量計(jì)。在選型時(shí),要根據(jù)危險(xiǎn)區(qū)域劃分和氣體、粉塵防爆等級(jí)要求,嚴(yán)格選擇相應(yīng)防爆等級(jí)的流量計(jì)。例如,在石油化工的一些危險(xiǎn)區(qū)域,可能要求選用本安型 iaIIbT3 - T6 等防爆等級(jí)的渦街流量計(jì)。這類防爆型流量計(jì)在設(shè)計(jì)和制造過(guò)程中,采取了一系列防爆措施,如對(duì)電氣部件進(jìn)行特殊封裝,限制電路的能量,使其在正常工作或故障狀態(tài)下產(chǎn)生的電火花、熱效應(yīng)等都不足以點(diǎn)燃周圍的易燃易爆物質(zhì),從而確保使用安全。


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