上海自動(dòng)化儀表有限公司對(duì)渦街流量計(jì)氣體測(cè)量的影響因素分析與改進(jìn)

上海自動(dòng)化儀表有限公司計(jì)量作為源頭節(jié)能的重要一環(huán),，其測(cè)量準(zhǔn)確性、科學(xué)性及其關(guān)鍵,。本文通過(guò)分析影響渦街流量計(jì)在氣體測(cè)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度的幾個(gè)因素與控制措施應(yīng)用,，對(duì)有效提高渦街流量計(jì)在氣體測(cè)量中的準(zhǔn)確性進(jìn)行研究,，進(jìn)而達(dá)到控制、降本減費(fèi)的目的,。煉化企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中,，蒸汽、氮?dú)?、氧氣,、壓縮空氣各類(lèi)公用工程氣體用量大、能耗高,，如何有效控制其用量,，是企業(yè)降低生產(chǎn)成本、推進(jìn)源頭減排,、推進(jìn)高質(zhì)量發(fā)展不容忽視的重要環(huán)節(jié),。在現(xiàn)代工業(yè)計(jì)量中，超聲流量計(jì),、差壓式流量計(jì),、渦輪流量計(jì)和渦街流量計(jì)等是氣體計(jì)量的主流儀器。其中,，渦街流量計(jì)因具備無(wú)轉(zhuǎn)動(dòng)部件,、安裝簡(jiǎn)便、運(yùn)行穩(wěn)定,、適用性強(qiáng),、維護(hù)成本低、準(zhǔn)確、測(cè)量范圍大等優(yōu)勢(shì)而得到廣泛應(yīng)用,。

1 工作原理與結(jié)構(gòu)渦街流量計(jì)是速度式流量計(jì)的一種,，一般按測(cè)量流量頻率輸出方式劃分為 ：應(yīng)變式、電容式,、超聲式,、應(yīng)力式、光電式及熱敏式,、振動(dòng)式等[3] ,，由傳感器和變送器兩部分組成，是利用旋渦發(fā)生體在流體中產(chǎn)生滿(mǎn)足雷諾數(shù)為2*104～7*104范圍的交錯(cuò)旋渦,，通過(guò)對(duì)一定條件下旋渦分離的頻率f與發(fā)生體側(cè)平均流速及旋渦發(fā)生體寬度d的固定關(guān)系,，通過(guò)qf公式測(cè)量出體積流量。溫壓補(bǔ)償渦街流量計(jì)

2 影響分析與改進(jìn)渦街流量計(jì)決定了其測(cè)量準(zhǔn)確性易受到機(jī)械振動(dòng),、信號(hào)傳輸,、被測(cè)介質(zhì)、安裝位置方式以及流體流動(dòng)狀況等多種因素影響,。2.1 管道振動(dòng)某烯烴生產(chǎn)企業(yè)在儲(chǔ)罐內(nèi)儲(chǔ)存輕質(zhì)石腦油作為生產(chǎn)原料,。為避免罐存石腦油揮發(fā)排放，減少大氣污染,，降低儲(chǔ)存損失,，故使用低壓氮?dú)膺M(jìn)行氣封，企業(yè)采用渦街流量計(jì)測(cè)量用氣量,。由于工藝原因,，造成石腦油儲(chǔ)罐罐位頻繁變化，低壓氮?dú)獠欢ㄆ谶M(jìn)行補(bǔ)充,，且用量不穩(wěn)定,。使用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)儀表測(cè)量量與理論用量有較大差異。經(jīng)觀(guān)察,，當(dāng)停止補(bǔ)氣時(shí),，流量計(jì)仍存在計(jì)數(shù)現(xiàn)象，但儀表經(jīng)檢定結(jié)果合格,，且安裝符合技術(shù)要求,。實(shí)地排查發(fā)現(xiàn)，距氮?dú)夤芫€(xiàn)50米處有4臺(tái)原料輸送泵,，當(dāng)啟泵輸送原料時(shí),，產(chǎn)生較大振動(dòng)。測(cè)量工作原理決定渦街流量計(jì)是一種振動(dòng)型流體測(cè)量?jī)x表,，除測(cè)量信號(hào)為壓電晶體形式測(cè)量的渦街流量計(jì),，其它種類(lèi)渦街流量計(jì)對(duì)振動(dòng)較為敏感,。由于渦街流計(jì)傳感器輸出的脈沖頻率與流速呈正比例，同時(shí)測(cè)量旋渦與被測(cè)流體的密度和流速的平方呈正比例,，所以當(dāng)測(cè)量低于臨界流量時(shí),，由于渦街流量傳輸信號(hào)的脈沖頻率較低且頻率振幅較小，易被低頻的機(jī)械振動(dòng)所干擾而影響比較嚴(yán)重,其疊加輸出信號(hào)與真實(shí)信號(hào)相對(duì)誤差較大,；隨著流量的不斷加大，其測(cè)量傳感器信號(hào)脈沖頻率也相應(yīng)變大,，且信號(hào)頻率幅值也相應(yīng)加大,，受到低頻的機(jī)械振動(dòng)干擾影響量相對(duì)比逐步減小，輸出信號(hào)相對(duì)誤差也隨之變小[2],。

當(dāng)渦街流量計(jì)在所安裝的位置附近出現(xiàn)了管道上的振動(dòng)時(shí),，它可以分別采取以下三種方法予以減小或消除：

（1）增設(shè)管道固定支架，限制管道振幅,；

（2）調(diào)整儀表電路的設(shè)定狀態(tài),，力求排除振動(dòng)影響；

（3）如以上兩種方法無(wú)法消除時(shí),，可根據(jù)其抗振動(dòng)能力的不同,，在安裝管線(xiàn)上的流量計(jì)方向加以調(diào)整，渦街流量計(jì)發(fā)生體方向的抗振能力強(qiáng),，而發(fā)生體垂直左右方向及橫向力作用的方向差,。觀(guān)察或測(cè)量管道的主要振動(dòng)方向，旋轉(zhuǎn)流量計(jì),，直到發(fā)生體與此主振方向重合,，把儀表固定在該方向上，盡可能減小管道振動(dòng)對(duì)流量計(jì)測(cè)量的影響,。

法蘭連接溫壓補(bǔ)償渦街流量計(jì)2.2 信號(hào)傳輸某化工廠(chǎng)使用一臺(tái)渦街流量計(jì)對(duì)氧氣進(jìn)行測(cè)量,，使用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)讀數(shù)與DCS顯示流量存在差異，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工藝調(diào)整造成困惑,。經(jīng)檢查流量計(jì)與DCS參數(shù)設(shè)置一致,，流量量程均為（0～60）m3/h。測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)儀表信號(hào)輸出為12.48mA,，核算理論流量為31.80 m3/h,，現(xiàn)場(chǎng)儀表顯示正常。測(cè)量DCS信號(hào)接收為12.35mA,，核算理論流量為31.32 m3/h,，DCS顯示正常?，F(xiàn)場(chǎng)觀(guān)察渦街流量計(jì)距DCS控制室直線(xiàn)距離不足700米,，但信號(hào)線(xiàn)管廊距離為1200米左右,，并采用一般兩芯電纜進(jìn)行信號(hào)傳輸。2.3 測(cè)量介質(zhì)（蒸汽測(cè)量從壓力溫度查表確定是否過(guò)熱）一用熱企業(yè)采用DN250口徑渦街流量計(jì)監(jiān)督1.0MPa蒸汽用量,，計(jì)量過(guò)程發(fā)現(xiàn)監(jiān)督表量低于計(jì)量表量,，差率2.5%左右。檢查監(jiān)督表無(wú)異常,、供熱單位計(jì)量表性能符合計(jì)量技術(shù)要求,。查工況運(yùn)行條件發(fā)現(xiàn)，計(jì)量表運(yùn)行壓力為1.02MPa,，溫度為213.05℃,，監(jiān)督表運(yùn)行壓力為1.00MPa，溫度為178.13℃,。經(jīng)查閱蒸汽特性發(fā)現(xiàn),，壓力在1.0MPa的蒸汽飽和溫度為184℃以上。說(shuō)明從計(jì)量表至監(jiān)督表輸送過(guò)程中,，由于熱量散失與流動(dòng)阻力,，致使蒸汽溫度下降，形成不飽和蒸汽,，造成監(jiān)督表測(cè)量為氣液兩相流,。目前流量測(cè)量?jī)x表大多對(duì)單相流體進(jìn)行測(cè)量，而渦街流量計(jì)也不例外,。當(dāng)發(fā)現(xiàn)被測(cè)介質(zhì)存在二相流動(dòng)現(xiàn)象時(shí),，其測(cè)量誤差將出現(xiàn)明顯偏移。如測(cè)量遠(yuǎn)距離輸送的過(guò)熱蒸汽時(shí),，因?yàn)閭鬏斁嚯x遠(yuǎn),，管道保溫不良或彎頭、閥門(mén),、分支多等原因,，均可引起蒸汽流動(dòng)阻力過(guò)大，從而導(dǎo)致過(guò)熱蒸汽在輸送過(guò)程中的工作溫度逐步下降,。當(dāng)蒸汽從過(guò)熱狀態(tài)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)轱柡蜖顟B(tài)時(shí),，介質(zhì)中會(huì)出現(xiàn)冷凝的不均勻水滴。而冷凝水的標(biāo)準(zhǔn)密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于過(guò)熱蒸汽標(biāo)準(zhǔn)密度,，從而直接導(dǎo)致渦街流量計(jì)測(cè)量過(guò)熱蒸汽流量明顯由大變小,。

應(yīng)對(duì)易于液化氣體介質(zhì)進(jìn)行增加背壓、改善保溫或同時(shí)加裝氣液分離設(shè)備等措施,，并對(duì)被測(cè)介質(zhì)的工作溫度與工作壓力進(jìn)行監(jiān)督,，防止二相流體出現(xiàn)。2.4 流體狀況流量計(jì)確保正常工作的流體要素：

（1） 被測(cè)流體具備無(wú)旋渦,、充分滿(mǎn)足湍流速度分布,、流速軸均勻分布的特點(diǎn);

（2）測(cè)量介質(zhì)為單項(xiàng)流,，且應(yīng)充滿(mǎn)測(cè)量管道;

（3） 流量基本穩(wěn)定，避免出現(xiàn)脈沖流,。

（4）符合牛頓流體[4]要求;流量計(jì)在測(cè)量過(guò)程中如無(wú)法以上四種條件將會(huì)導(dǎo)致流量計(jì)測(cè)量附加誤差同時(shí)產(chǎn)生,。

在工藝現(xiàn)場(chǎng)流體流動(dòng)特性常是難以滿(mǎn)足以上要求，將不可避免的會(huì)造成測(cè)量附加誤差的加大,，且量值加大多少難以通過(guò)定量分析確定,。因此在現(xiàn)場(chǎng)儀表安裝設(shè)計(jì)應(yīng)盡可能加大測(cè)量?jī)x表前后直管段或加裝整流設(shè)備，使流體趨于測(cè)量條件要求,。法蘭卡裝渦街流量計(jì)2.5 氣體標(biāo)況測(cè)量附件目前,，煉化企業(yè)氣體計(jì)量交接多采用標(biāo)況體積量結(jié)算，需引入介質(zhì)溫度及壓力進(jìn)行換算,。部分廠(chǎng)家產(chǎn)品能夠測(cè)量標(biāo)況量，但多采用溫壓定值計(jì)算,，對(duì)于溫度,、壓力穩(wěn)定流體，可以較為準(zhǔn)確進(jìn)行測(cè)量,，但絕大部分流體會(huì)隨著氣候變化,、工藝變動(dòng)而產(chǎn)生較大差異。

為了確保測(cè)量數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確,，各企業(yè)多使用在線(xiàn)溫度,、壓力信號(hào)引入二次儀表進(jìn)行實(shí)時(shí)補(bǔ)償計(jì)算。某煉化企業(yè)采用口徑150mm渦街流量計(jì)測(cè)量低壓氮?dú)?，其介質(zhì)傳輸設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為壓力0.70MPa,、溫度25℃，待使用方安裝同一口徑,、同一廠(chǎng)家渦街流量計(jì)進(jìn)行比對(duì),，發(fā)現(xiàn)其比對(duì)差率嚴(yán)重超差（表1）。壓力整改前主輔比對(duì)差率現(xiàn)場(chǎng)檢查主計(jì)量,、溫度及壓力發(fā)現(xiàn),，現(xiàn)場(chǎng)壓力取壓點(diǎn)設(shè)置于表前，且位于DN300與DN150變徑大管徑處,。根據(jù)廠(chǎng)家安裝說(shuō)明,，壓力取壓點(diǎn)應(yīng)設(shè)置在表后4D處，根據(jù)JJG1029《渦街流量計(jì)檢定規(guī)程》,，壓力的測(cè)量位置應(yīng)設(shè)置在流量計(jì)下游側(cè)（2～7）D處,。 經(jīng)廠(chǎng)家計(jì)算，在此工況下,，流量計(jì)壓損為15.07kPa,。同時(shí)根據(jù)流體特性及流速計(jì)算,，由于管道變徑同樣造成（2～3）kPa的壓力損失。由此引入測(cè)量誤差理論計(jì)算：15+2/80×100%=2.13%,。（15kp為儀表壓損,；2kp為變徑壓損；800kp為介質(zhì)壓力）,。3 結(jié)束語(yǔ)上海自動(dòng)化儀表有限公司石油石化行業(yè)是國(guó)家能源安全的命脈,，直接關(guān)系著我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和人民美好生活的改善，石油石化計(jì)量作為石油石化生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié),，與企業(yè)的運(yùn)行優(yōu)化,、經(jīng)濟(jì)效益、成本控制,、綠色發(fā)展等密切相關(guān),。通過(guò)對(duì)影響渦街流量計(jì)氣體測(cè)量準(zhǔn)確性的多項(xiàng)因素進(jìn)行深入分析，提出有效的改進(jìn)對(duì)策來(lái)提升渦街流量計(jì)對(duì)氣體測(cè)量的準(zhǔn)確性,，能夠?yàn)槠髽I(yè)生產(chǎn)控制,、成本管理、優(yōu)化創(chuàng)效,、節(jié)能減排提供可靠數(shù)據(jù)支撐,，對(duì)企業(yè)綠色低碳轉(zhuǎn)型、源頭減排降碳,、高質(zhì)量可持續(xù)發(fā)展具有重要作用,。