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浅析蒸汽测量中涡街流量计的应用

浅析蒸汽测量中涡街流量计的应用 摘要本文主要说明涡街流量计的工作特性, 以及应用于蒸汽管道计量中可能 遇到的问题和处理方法。 并且从理论和实践的结合上介绍了采用温度、压力自动 补偿方法进行蒸汽流量测量的基本思想。结合实际,对温度变化引起仪表常数变 化所造成的测量误差进行了分析,指出了修正方法,并就有关蒸汽测量中的一些 具体问题提出了讨论。 关键词工作原理;双旋涡发生体;蒸汽测量 1 涡街流量计的工作原理 图 1 涡街流量计工作原理示意图 图 2 斯特劳哈尔数与雷诺数关系曲线 涡街流量计(简称 VSF) ,是基于卡门涡街原理制成的一种流体振荡性流量 计。 即在流动的流体中放置一个非流线型的对称形状的物体,就会在其下流两侧 产生两列有规律的漩涡即卡门涡街,其漩涡频率正比于流体速度: F =Stu/d。 St 的值与漩涡发生体宽度 d 和雷诺数 Re 有关。当雷诺数 Re<2× 104 情况下, St 为变数,当 Re 在 2× 104~7× 106 的范围内,St 值基本上保持不变,这段范围 为流量计的基本测量范围。当 d 和 St 为定值时,漩涡产生的频率 F 与流体的平 均流速 u 成正比, 利用这一特性制成了涡街流量计。 斯特劳哈尔数为无量纲参数, 它与漩涡发生体形状及雷诺数有关, 图 2 所示为圆柱状漩涡发生体的斯特劳哈尔 数与管道雷诺数的关系图。由图可见,在 ReD=2× 104~7× 106 范围内,Sr 可视 为常数, 这是仪表正常工作范围。涡街流量计输出的脉冲频率信号不受流体物性 和组分变化的影响, 即仪表系数在一定雷诺数范围内仅与漩涡发生体及管道的形 状尺寸等有关。 但是作为流量计在物料平衡及能源计量中需检测质量流量,这时 流量计的输出信号应同时监测体积流量和流体密度, 流体物性和组分对流量计量 还是有直接影响的。 2 涡街流量计中常见的问题及解决方法 涡街流量计尚属发展中的流量计,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,受到用户欢迎并迅速发展。像它这样开发只有 20 多 年即已跻身通用流量计之列,在流量计中是少有的。由于应用时间短,无论理论 研究或实践经验都比较薄弱,不免出现一些问题,这是不足为怪的。在蒸汽供热 计量中,由于蒸汽很难用其它常规方法称量,同时蒸汽是供热的介质,管网和设 备的启停和环境温度的变化都给供热电厂或用户带来经济影响, 涡街流量计出现 异常,了解和处理好流量计出现的异常,才是解决争议的最有效办法。实际流量 大时表计流量反而变小,同时压力明显下降。实际流量超过表计工作上限流量, 表计与实际流量不匹配。 涡街流量计的仪表口径及规格选择很重要,它类似于差 压流量计节流装置的设计计算, 在进行仪表选择时必须明确热用户工作状态的最 大、常用、最小流量,还应检查流量测量范围是否处于仪表的最佳工作范围。涡 街流量计的输出信号是与工作状态的体积流量成正比,表计是在标准状态校验 的, 把测到的信号流量换算成同样为标准状态下的流量方为实际流量,称为流量 计的自动补偿计算。有不规则的异常峰值流量出现。主要原因:1)转换器灵敏 度过高;2)流量计受外界振动干扰,产生假流量信号。如仪表安装在振动的设 备附近或有过往车辆的路边时, 外界的振动形成一个类似于涡街频率的信号,被 表计当做流量显示出来。 首先在选择传感器安装场所时尽量注意避开振动源,对 于已经安装完成的表计可以通过一些办法补救:1)采取减震措施,如采用弹性 软管连接在小口径中、加装管道支撑物等是有效的减振方法;2)加强信号滤波, 降低放大器灵敏度,提高触发电平的方法。条件允许的话最好还是将表计改装, 远离振动源。 3 双旋涡发生体涡街流量计用于蒸汽流量测量遇到的难题及采用的对策 应力式双旋涡发生体涡街流量计,由于其原理及结构的特点,可以适用于气 体、液体,可以制成高温、低温、高压、耐腐蚀型流量计,用于多种流量的测量。 涡街流量计是通过检测流体经过旋涡发生体处产生的旋涡数而求得一段时间间 隔内流过的流体总量。 涡街流量计及其旋涡发生体一般都为金属材料制作。根据 分子运动理论可知,金属固体在高温下具有热膨胀的特性。当温度变化较大时, 发生体的柱体宽度和流量计的本体通径将随之变化,这将引起测量误差。因此, 当涡街流量计用于蒸汽流量测量时,就有一些特殊的问题需要研究,并针对不同 情况采取相应对策。 3.1 涡街流量计用于蒸汽测量时的仪表常数修正 当涡街流量计用于蒸汽流量测量时, 尽管对密度的变化采取了自动补偿校正 措施, 但对于瞬时流量的计量误差依然存在。当涡街流量传感器使用在温度较高 的场合时, 由于传感器柱体和流量计本体通流部分钢材热膨胀,几何尺寸发生变 化,直接使仪表常数发生变化,因此,在高温下使用,流量计的仪表常数必须进 行修正。由表 1 结果可以看出,工作温度高于 100℃时涡街流量计应进行仪表常 数的修正。 3.2 实际测量结果与分析 将 3 台插入式双旋涡发生体涡街流量计配 ZRJ 型智能流量积算仪安装于某 厂,采用温、压补偿方式,测量过热蒸汽,安装示意图如图 2 所示。 图 3 流量计安装示意图 两台 20t/h 锅炉交替运行,1#和 2#管道为 Φ325mm,3#管道为 Φ273mm,压 力为 0.3~0.4MPa,温度 250℃。流量计出厂时仪表常数为 Kcp=258.00 次/m3, 修正后的仪表常数为 Kt=255 次/m3。其修正前、后的测量结果及误差见表 2 和 表 3。 插入式涡街流量计测量精度为± 2.5%,考虑到温压变送器的测量误差和锅 炉本身的效率等因素,用户认为仪表工作正常,计量基本符合要求,为实现经济 考核目标提供了可信的依据。 4 结束语 在用涡街流量计对蒸汽进行测量时补偿是十分必要的。一般情况下,在饱和 蒸汽测量中均采用压力参数补偿。因此,在用于蒸汽测量时,流量计设计选型应 适当将被测介质的下限流速提高,且温度上限最好在 250℃左右。双旋涡发生体 涡街流量计的旋

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