摘 要：介紹了渦街流量計(jì)的測(cè)量原理和使用過程中出現(xiàn)的問題。結(jié)合實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)了渦街流量計(jì)在儀表選型、設(shè)計(jì)安裝和使用過程中的注意事項(xiàng)，以及氣體流量測(cè)量時(shí)的溫度壓力補(bǔ)償組態(tài)計(jì)算。
        濱化集團(tuán)東瑞化工8萬(wàn)t/aTCE（三氯乙烯）裝置中，乙炔氣體和氯氣流量的測(cè)量控制是整套裝置的關(guān)鍵點(diǎn)。經(jīng)過4年的摸索，TCE裝置流量測(cè)量?jī)x表選用了羅斯蒙特的8800D型渦街流量計(jì)，該渦街流量計(jì)采用壓電應(yīng)力式傳感器。與孔板流量計(jì)相比，渦街流量計(jì)具有測(cè)量范圍寬、壓損?。s為節(jié)流式差壓流量計(jì)的1/4～1/2）、度較高等優(yōu)點(diǎn)，是流量計(jì)中運(yùn)行能耗較低的流量?jī)x表之一?，F(xiàn)該裝置中共有34臺(tái)三暢渦街流量計(jì)用來測(cè)量乙炔和氯氣流量，流量計(jì)運(yùn)行穩(wěn)定良好。

1、 渦街流量計(jì)的測(cè)量原理：
        渦街流量計(jì)是應(yīng)用流體振蕩原理來測(cè)量流量的，流體在管道中經(jīng)過渦街流量變送器時(shí)，渦街流量變送器中設(shè)置有旋渦發(fā)生體（阻流體），在流體從旋渦發(fā)生體兩側(cè)交替地產(chǎn)生有規(guī)則的旋渦，這種旋渦稱為卡曼渦街。旋渦列在旋渦發(fā)生體下游非對(duì)稱地排列，對(duì)于確定的測(cè)量管內(nèi)徑D和發(fā)生體迎流面寬度d，流體的狀態(tài)體積流量qv與渦街的旋渦頻率成正比，也就是說只要測(cè)量出頻率f，可知流量qv的大小，即：
 

        式中Sr是斯特勞哈系數(shù)，與Re有關(guān)；d為鈍體的迎流向?qū)挾?；D為管道內(nèi)徑。
        由式可看出，用渦街流量計(jì)測(cè)量流體的體積流量，主要是通過測(cè)量旋渦頻率f來實(shí)現(xiàn)。而旋渦頻率只與流速f和發(fā)生體的幾何參數(shù)有關(guān)，而與被測(cè)流體的特性和組分無關(guān)。

2、渦街流量計(jì)的應(yīng)用：
2.1、渦街流量計(jì)的選型：
        流量?jī)x表選型原則根據(jù)氯堿化工行業(yè)特點(diǎn)，首先要考慮防爆性能。如本案列中的乙炔氣體為易燃易爆的介質(zhì)，所以選型的步就是要考慮流量?jī)x表的防爆性能。其次是弄清工藝介質(zhì)的物理和化學(xué)特性。比如：介質(zhì)的溫度、壓力、密度、粘度、電導(dǎo)率；流量測(cè)量范圍；充許的壓力損失；介質(zhì)的腐蝕程度等等。***后結(jié)合性價(jià)比綜合考慮，選用了羅斯蒙特8800D型智能渦街流量計(jì)，安裝形式為法蘭安裝，表體為CF－3M鑄造不銹鋼，法蘭材質(zhì)為316L不銹鋼。
2.2 渦街流量計(jì)的安裝要求
        渦街流量計(jì)屬于對(duì)管道流速分布畸變、旋轉(zhuǎn)流和流動(dòng)脈動(dòng)等敏感的流量計(jì)，因此，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)管道安裝條件應(yīng)充分重視，嚴(yán)格遵照使安裝規(guī)范執(zhí)行。
（1）減小振動(dòng)對(duì)渦街流量計(jì)的影響應(yīng)該作為渦街流量計(jì)現(xiàn)場(chǎng)安裝的一個(gè)突出問題來關(guān)注，應(yīng)盡量安裝在遠(yuǎn)離振動(dòng)源和電磁干擾較強(qiáng)的地方。
（2）渦街流量計(jì)只能單向測(cè)量，安裝時(shí)注意保證介質(zhì)流量方向與流量計(jì)箭頭所示方向一致，安裝地點(diǎn)周圍應(yīng)有充裕的空間，以便安裝和維護(hù)。
（3）渦街流量計(jì)實(shí)惠安裝方式為垂直安裝，介質(zhì)自下而上通過流量計(jì)。即將流量計(jì)安裝在豎直管道上，流量方向?yàn)樽韵孪蛏?，本?xiàng)目中所有三暢渦街流量計(jì)全部垂直安裝。
（4）直管段要求：本項(xiàng)目中由于兩個(gè)流量參數(shù)的重要性，流量計(jì)全部安裝于調(diào)節(jié)閥的上游，直管段按前20D后10D要求完成配管。并直管段法蘭焊接時(shí)，應(yīng)卸下流量計(jì)，一定不能帶著流量計(jì)焊接法蘭。
（5）安裝時(shí)注意管道口徑應(yīng)略大于或等于儀表的內(nèi)徑，配管應(yīng)與傳感器同心，同軸偏差應(yīng)不小于0.5DN。使用密封圈時(shí)，注意密封圈內(nèi)徑應(yīng)略大于或等于儀表的內(nèi)徑，密封圈中心位于管道中心。
（6）要做好渦街流量計(jì)的防雨工作。如果渦街流量計(jì)安裝在露天，就必須加裝遮雨帽，防止變送器表頭進(jìn)水，造成電子元件故障。
（7）連接渦街流量計(jì)的電纜走向，應(yīng)盡可能遠(yuǎn)離強(qiáng)電磁場(chǎng)的干擾場(chǎng)合。不允許與高壓電纜一起敷設(shè)。屏蔽電纜應(yīng)盡量縮短，***大長(zhǎng)度不超過500m，且不得盤卷，以減少分布電感。
2.3 參數(shù)組態(tài)
        實(shí)際應(yīng)用中，乙炔、氯氣流量配比要求非常嚴(yán)格，一旦氯氣過量就可能引起裝置爆炸。為了生產(chǎn)過程的質(zhì)量與安全，要求所測(cè)量的流量參數(shù)應(yīng)為20℃，101.325kPa標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積流量，才可以實(shí)現(xiàn)對(duì)氣體的計(jì)量與控制，故必須對(duì)氣體流量進(jìn)行壓力、溫度補(bǔ)償。實(shí)施過程中三暢渦街流量計(jì)組態(tài)為工況流量，4－20mADC輸出至控制系統(tǒng)，由HoneywellExperionPKS系統(tǒng)中FLOWCOMP模塊完成流量的溫度壓力補(bǔ)償計(jì)算，該模塊簡(jiǎn)化了復(fù)雜的過程控制邏輯編寫與調(diào)試過程，增加了測(cè)量和控制精度，提高了生產(chǎn)效率。
2.3.1 渦街流量計(jì)參數(shù)組態(tài)
        過程組態(tài)－工藝介質(zhì)（gas）、參考K系數(shù)、內(nèi)徑、PV單位（m3/h）、量程值－URV、LRV、PV阻尼等。
2.3.2 DCS系統(tǒng)溫度壓力補(bǔ)償組態(tài)
        在Honeywell的DCS中有專用的FLOWCOMP模塊進(jìn)行流量補(bǔ)償。此模塊可用于補(bǔ)償溫度、壓力、比密度或分子量變化的流量測(cè)量。被測(cè)介質(zhì)可以是氣體，蒸汽和液體。原理如圖1所示。
       

        FLOWCOMP模塊使用以下基本公式來計(jì)算補(bǔ)償?shù)牧髁恐底鳛槠漭敵觥?br />         PV=CPV*（CF1/CF2）*F*COMPTERM
        式中：PV———補(bǔ)償輸出；
        CPV———全面比例系數(shù)，缺省值為1；
        CF1，CF2———修正系數(shù)，缺省值為1；
        F———未補(bǔ)償?shù)牧髁浚?br />         COMPTERM———補(bǔ)償值。F
        LOWCOMP模塊的使用取決于Compterm的形式選擇。COMPTERM有5種形式－A液體，B氣體，蒸汽C氣體、蒸汽（特定引力），D氣體、蒸汽的體積流量，E蒸汽。補(bǔ)償輸入端引自各變量的PV輸入端。
        本項(xiàng)目選用公式B用實(shí)際的溫度和壓力來進(jìn)行補(bǔ)償，具體如下：
        如果PVCHAR=SQUAREROOT，則
        如果PVCHAR=NONE，則
        式中：P———實(shí)際壓力測(cè)量值（表壓）；
        T———實(shí)際溫度測(cè)量值；
        RP———設(shè)計(jì)壓力；
        RT———設(shè)計(jì)溫度；
        P0———大氣壓，101.325kPa；
        T0———溫度，273.15K。
        FLOWCOMP模塊中的組態(tài)內(nèi)容如下：
        PVEQN=EQB
        PVCHAR=NONE
        CPV=1.0
        CF1=1.0
        CF2=1.0
        COMPHILM（補(bǔ)償系數(shù)上限）=8（缺省值為1.25）
        COMPHILM（補(bǔ)償系數(shù)下限）=0.8
        RP=0.101325
        RT=293.15
        P0=0.101325
        T0=273.15
        這樣工況體積流量就可以轉(zhuǎn)換為20℃，101.325kPa標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積流量，便于計(jì)量和計(jì)量單位的統(tǒng)一，從而流量計(jì)量能夠更加準(zhǔn)確合理，確保裝置的穩(wěn)定運(yùn)行。
2.4 常見故障處理及維護(hù)
        渦街流量計(jì)常見問題錯(cuò)綜復(fù)雜，從設(shè)計(jì)安裝、參數(shù)整定、日常維護(hù)、運(yùn)行環(huán)境中都存在不同程度的問題，結(jié)合多年來的維修經(jīng)驗(yàn)總結(jié)來說有以下幾方面內(nèi)容。
2.4.1 選型安裝方面的問題
        在選型安裝任何一臺(tái)渦街流量計(jì)之前，必須考慮流量計(jì)的口徑、管路尺寸和安裝位置。正確的口徑對(duì)于流量計(jì)的性能很重要，流量計(jì)口徑選擇正確在應(yīng)用中就可以擴(kuò)大量程，并使壓力損失和氣穴產(chǎn)生的可能性降到***小。流量計(jì)安裝位置的正確選擇，能保證得到一個(gè)清晰的輸出信號(hào)。本項(xiàng)目中，流量計(jì)的選型嚴(yán)格按照8800D型渦街流量計(jì)口徑計(jì)算程序選擇，安裝嚴(yán)格按照三暢渦街流量計(jì)的安裝規(guī)范完成安裝，為后期的穩(wěn)定運(yùn)行奠定了基礎(chǔ)。
2.4.2 與475HART手操器的通訊問題
        艾默生475現(xiàn)場(chǎng)通訊器是羅斯蒙特8800D型渦街流量計(jì)現(xiàn)場(chǎng)組態(tài)的必備工具，在使用過程中不能與設(shè)備連接的原因主要從下面兩方面考慮：
（1）檢查回路電阻（250到1000歐姆），本項(xiàng)中HoneywellEPKSC300系統(tǒng)回路電阻阻值在HART通訊要求之間，浙大中控的DCS系統(tǒng)通訊時(shí)就必須另串接250歐姆電阻。
（2）檢查變送器端電源，***小值應(yīng)為16.8VDC。
2.4.3 4－20mA輸出不正確
（1）檢查變送器端電源，***小值應(yīng)為10.8VDC，檢查接線盒的是否進(jìn)水或者腐蝕。
（2）檢查URV、LRV、密度、單位、LFC等參數(shù)組態(tài)是否更改，如有必要更換電子系統(tǒng)。
2.4.4 管道內(nèi)有流量但是流量計(jì)測(cè)量輸出錯(cuò)誤
        渦街流量計(jì)流量測(cè)量值輸出值存在偏差是三暢渦街流量計(jì)使用過程中的常見故障，其故障現(xiàn)象有可能是有流量無輸出，或者無流量有輸出，或者是有流量也有輸出但是測(cè)量值與實(shí)際值相差較大等。結(jié)合多年的使用經(jīng)驗(yàn)，故障排除方法主要從以下幾方面著手。
2.4.4.1 基本參數(shù)設(shè)置
        確定渦街流量計(jì)在使用過程中內(nèi)部參數(shù)設(shè)置沒有發(fā)生變化，按下列次序檢查并修改組態(tài)參數(shù)：過程組態(tài)－變送器模式、工藝介質(zhì)、參考K系數(shù)、連接管道內(nèi)徑、PV單位、量程值－URV、LRV，PV阻尼、自動(dòng)過濾器調(diào)節(jié)。
2.4.4.2 電子系統(tǒng)故障
        羅斯蒙特8800D型渦街流量計(jì)電子系統(tǒng)故障在使用過程中并不常見，在本項(xiàng)目34臺(tái)三暢渦街流量計(jì)多年運(yùn)行過程中緊發(fā)生一例故障，故障排除方法：用475HART手操器進(jìn)行回路測(cè)試或用傳感器模擬器輸入測(cè)試信號(hào)，如有必要更換電子部件。
2.4.4.3 傳感器故障
        壓電傳感器故障是本項(xiàng)目中出現(xiàn)的常見故障，故障原因?yàn)榄h(huán)境腐蝕性氣體長(zhǎng)期侵蝕引起傳感器腐蝕，導(dǎo)致信號(hào)檢測(cè)錯(cuò)誤，在使用過程中出現(xiàn)流量偏低現(xiàn)象。如該裝置FT2201_6流量計(jì)在裝置提量過程中發(fā)現(xiàn)總表流量升高了150Nm3/h，而該流量計(jì)變化只有10～20Nm3/h，經(jīng)檢查確認(rèn)傳感器故障，更換后運(yùn)行正常。
（1）傳感器故障檢測(cè)方法：
        查傳感器螺母上的轉(zhuǎn)矩（32ft－lb）是否符合規(guī)范；檢查傳感器同軸電纜是否有裂縫，如有必要換一根；在工作溫度下，檢查傳感器輸入阻抗是否大于1兆歐（降到0.5兆歐時(shí)功能會(huì)下降）。如有必要更換傳感器；在SMA連接器處測(cè)量傳感器電容（115－700pF）。
（2）傳感器安裝注意事項(xiàng)：
A、清潔密封面：傳感器上的金屬O形圈用于密封傳感器內(nèi)腔，事故時(shí)被測(cè)流體不會(huì)在腐蝕了表體后而進(jìn)入傳感器內(nèi)腔，不要擦傷和損傷傳感器的任何部分，傳感器內(nèi)腔或傳感器螺母的螺紋。損傷了這些部分，就要更換整個(gè)傳感器或表體，也可能會(huì)使流量計(jì)發(fā)生危險(xiǎn)。如果你安裝以前曾經(jīng)使用過的傳感器，要采用下述步驟清潔傳感器上的金屬O形圈。如果你安裝的傳感器是新的，O形圈不必要進(jìn)行清潔。
B、要確保傳感器的中心對(duì)準(zhǔn)支架。傳感器中心線和流量計(jì)中心線沒有對(duì)齊，在壓緊過程中傳感器將會(huì)損壞。
C、施加力量要均勻加壓力把它按到支架上，然后將傳感器螺母旋進(jìn)傳感器內(nèi)腔，用開口力矩扳手將螺母旋緊至32ft－lbs（ANSI1500的表體為50ft－lbs）。必須注意流量計(jì)的穩(wěn)定運(yùn)行要求傳感器螺母必須旋緊到32ft－lbs（ANSI1500的表體為50ft－lbs），不要旋緊過度。

3、結(jié)束語(yǔ)：
        渦街流量計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單牢固，安裝維護(hù)方便，對(duì)于運(yùn)行中出現(xiàn)的故障，只要在實(shí)際工作中深入現(xiàn)場(chǎng)，仔細(xì)觀察，仔細(xì)分析，就可以發(fā)現(xiàn)問題并進(jìn)行針對(duì)性的處理，從而確保流量計(jì)的高精度、高可靠性，保證了裝置的安全穩(wěn)定運(yùn)行，提高了單位的經(jīng)濟(jì)效益。渦街流量計(jì)在該項(xiàng)目的成功應(yīng)用值得氯堿化工行業(yè)推廣。