樊波紅 薛宏民/中鋁山西分公司

0 引言

為了加強(qiáng)能源管理，做好生產(chǎn)成本核算，更好地進(jìn)行企業(yè)內(nèi)部市場化運(yùn)作，我公司對(duì)全廠的水、電、氣進(jìn)行嚴(yán)格的計(jì)量監(jiān)測。在精制車間，對(duì)高壓風(fēng)的計(jì)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(tǒng)中實(shí)時(shí)顯示瞬時(shí)流量和累積流量。使用三年來，在精度和穩(wěn)定性方面都滿足了計(jì)量需求，對(duì)于生產(chǎn)調(diào)度人員監(jiān)控工藝狀況，做好成本計(jì)算，起到了關(guān)鍵的作用。

1 渦街流量計(jì)工作原理及特點(diǎn)

渦街流量計(jì)是基于卡門渦街原理進(jìn)行測量的一種具有國際先進(jìn)水平的流量計(jì)，由于它具有其他流量計(jì)不可兼得的優(yōu)點(diǎn)，自20世紀(jì)70年代以來得到了迅速發(fā)展。據(jù)有關(guān)資料顯示，現(xiàn)在發(fā)達(dá)國家使用渦街流量計(jì)的比例大幅度上升，己廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，也是孔板流量計(jì)理想的替代產(chǎn)品。

渦街流量計(jì)在測量管道中設(shè)置一個(gè)垂直的柱狀物，流體通過柱狀物兩側(cè)交替地產(chǎn)生有規(guī)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(dòng)速度及柱狀物的寬度有關(guān)，可用下式表達(dá)：

式中：f－卡門渦街的釋放頻率；

Sr －傳感器系數(shù)（稱為斯特羅哈數(shù)）；

v－流速；

d－柱狀物的寬度。

由公式可見，在儀表系數(shù)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(jì)算出管道內(nèi)流體的瞬時(shí)流量。KTLU系列渦街流量傳感器的旋渦釋放頻率是根據(jù)旋渦交替地作用于檢測傳感器上的應(yīng)力，通過它內(nèi)部的壓電元件來檢測的。

經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展改進(jìn)，渦街流量計(jì)的測量技術(shù)日臻成熟，相對(duì)于其他流量計(jì)，它具有以下特點(diǎn)：

① 結(jié)構(gòu)簡單而牢固，無可動(dòng)部件，可靠性高，長期運(yùn)行十分可靠；

② 安裝簡單，維護(hù)十分方便；

③ 輸出信號(hào)是與流量成正比的脈沖信號(hào)，無零點(diǎn)漂移，精確度高；

④ 測量范圍廣，量程比可達(dá) 1∶10～1∶20，但不適于測量流速過低的介質(zhì)。因?yàn)榻橘|(zhì)流速過低，則旋渦的強(qiáng)度、旋轉(zhuǎn)速度也低，難以引起傳感元件產(chǎn)生響應(yīng)信號(hào)，旋渦頻率也小，會(huì)使信號(hào)處理發(fā)生困難；

⑤ 壓力損失較小，運(yùn)行費(fèi)用低，更具節(jié)能意義；

⑥ 在一定的雷諾數(shù)范圍內(nèi)，輸出信號(hào)頻率不受流體物理性質(zhì)和組分變化的影響，儀表系數(shù)僅與旋渦發(fā)生體的形狀和尺寸有關(guān)，測量流體體積流量時(shí)無需補(bǔ)償，調(diào)換配件后一般無需重新標(biāo)定儀表系數(shù)；

⑦ 應(yīng)用范圍廣，蒸汽、氣體、液體的流量均可測量；

⑧ 當(dāng)需要進(jìn)行壓力和溫度補(bǔ)償時(shí)，可配備壓力和溫度變送器進(jìn)行壓力溫度補(bǔ)償。

2 測量系統(tǒng)組成

高壓風(fēng)的流量測量系統(tǒng)由上?？咸豄TLUD—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(nèi)有放大板)、連桿、旋渦發(fā)生器組件(內(nèi)有三角柱、探頭)構(gòu)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(tǒng)中，渦街流量傳感器安裝在垂直管道上，它將與高壓風(fēng)流量相對(duì)應(yīng)的脈沖信號(hào)發(fā)送給智能流量積算儀。KTZX智能流量積算儀采用先進(jìn)的單片機(jī)技術(shù)，可配合渦街流量傳感器或孔板流量傳感器進(jìn)行流量測量，它具有全中文液晶顯示屏，可以顯示瞬時(shí)流量、瞬時(shí)熱量、累計(jì)流量、累計(jì)熱量、渦街頻率、介質(zhì)壓力溫度、密度、時(shí)間和日期等多種信息，還具有小流量自動(dòng)補(bǔ)償、停電流量補(bǔ)償、自動(dòng)抄表等豐富的功能。接入溫度壓力信號(hào)還可以自動(dòng)進(jìn)行溫度壓力補(bǔ)償。它將來自流量傳感器的脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為瞬時(shí)流量并進(jìn)行累積用于就地顯示，并輸出一個(gè)與瞬時(shí)流量成正比的（4～20 mA）的信號(hào)，以方便同DCS的連接。

3 使用中的注意事項(xiàng)

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(diǎn)和方式選擇上失誤，輕者影響測量精度，重者會(huì)影響傳感器的使用壽命，甚至損壞傳感器。

① 保證適當(dāng)?shù)闹惫芏?/p>

安裝傳感器時(shí)一般要求上游直管段長度（15～40）DN，下游段長度5DN ，可根據(jù)上下游管道的情況適當(dāng)調(diào)整，以保證測量精度。也應(yīng)避免在架空的非常長的管道上安裝傳感器，這樣時(shí)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(shí)，必須在傳感器的上下游2D處分別設(shè)置管道支架等緊固裝置。

② 避免較強(qiáng)的振動(dòng)

傳感器應(yīng)避免安裝在振動(dòng)較強(qiáng)的管道上，若不得已要安裝時(shí)，必須采用減振措施，在傳感器的上下游2D處分別設(shè)置管道緊固裝置，并加防振墊。在空壓機(jī)出口處振動(dòng)較強(qiáng)，不能安裝傳感器，應(yīng)安裝在儲(chǔ)氣罐之后。

③ 根據(jù)測量流體選擇合適的安裝方式

對(duì)高壓風(fēng)測量時(shí)，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(fēng)中水份含量較高，水平安裝時(shí)傳感器應(yīng)安裝在管線的較高處，垂直安裝時(shí)氣體流向應(yīng)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(huán)境的要求

傳感器避免安裝在溫度變化很大的場所和設(shè)備的熱輻射范圍內(nèi)，若必須安裝，應(yīng)有隔熱通風(fēng)措施。在潮濕、含有腐蝕性氣體的環(huán)境中安裝時(shí)，必須作好防潮及隔離措施。另外，因?yàn)殡娫肼晻?huì)干擾傳感器的正確測量，因此安裝位置要遠(yuǎn)離大功率變壓器、電機(jī)等干擾設(shè)備。

2）正確設(shè)定參數(shù)

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(jìn)行參數(shù)設(shè)定，是保證計(jì)量精度的前提。測量介質(zhì)選擇空氣，因?yàn)閷?duì)高壓風(fēng)的體積流量計(jì)量不需要壓力溫度補(bǔ)償，因此測量信號(hào)設(shè)置為工作狀態(tài)下的體積流量，輸入信號(hào)選擇頻率，瞬時(shí)流量的單位為m3/h。

4 結(jié)束語

經(jīng)過兩年來的使用實(shí)踐表明，對(duì)高壓風(fēng)的計(jì)量，采用渦街流量計(jì)完全可以滿足計(jì)量要求的精度和穩(wěn)定性，其諸多優(yōu)點(diǎn)也必將使它在更多的測量領(lǐng)域得到應(yīng)用推廣。