摘 要：介紹了渦街流量計的測量原理和使用過程中出現(xiàn)的問題。結(jié)合實際經(jīng)驗，總結(jié)了渦街流量計在儀表選型、設(shè)計安裝和使用過程中的注意事項，以及氣體流量測量時的溫度壓力補(bǔ)償組態(tài)計算。
        濱化集團(tuán)東瑞化工8萬t/aTCE（三氯乙烯）裝置中，乙炔氣體和氯氣流量的測量控制是整套裝置的關(guān)鍵點。經(jīng)過4年的摸索，TCE裝置流量測量儀表選用了羅斯蒙特的8800D型渦街流量計，該渦街流量計采用壓電應(yīng)力式傳感器。與孔板流量計相比，渦街流量計具有測量范圍寬、壓損?。s為節(jié)流式差壓流量計的1/4～1/2）、度較高等優(yōu)點，是流量計中運行能耗較低的流量儀表之一。現(xiàn)該裝置中共有34臺三暢渦街流量計用來測量乙炔和氯氣流量，流量計運行穩(wěn)定良好。

1、 渦街流量計的測量原理：
        渦街流量計是應(yīng)用流體振蕩原理來測量流量的，流體在管道中經(jīng)過渦街流量變送器時，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)生體下游非對稱地排列，對于確定的測量管內(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)挾龋籇為管道內(nèi)徑。
        由式可看出，用渦街流量計測量流體的體積流量，主要是通過測量旋渦頻率f來實現(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)，而與被測流體的特性和組分無關(guān)。

2、渦街流量計的應(yīng)用：
2.1、渦街流量計的選型：
        流量儀表選型原則根據(jù)氯堿化工行業(yè)特點，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儀表的防爆性能。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)合性價比綜合考慮，選用了羅斯蒙特8800D型智能渦街流量計，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 渦街流量計的安裝要求
        渦街流量計屬于對管道流速分布畸變、旋轉(zhuǎn)流和流動脈動等敏感的流量計，因此，對現(xiàn)場管道安裝條件應(yīng)充分重視，嚴(yán)格遵照使安裝規(guī)范執(zhí)行。
（1）減小振動對渦街流量計的影響應(yīng)該作為渦街流量計現(xiàn)場安裝的一個突出問題來關(guān)注，應(yīng)盡量安裝在遠(yuǎn)離振動源和電磁干擾較強(qiáng)的地方。
（2）渦街流量計只能單向測量，安裝時注意保證介質(zhì)流量方向與流量計箭頭所示方向一致，安裝地點周圍應(yīng)有充裕的空間，以便安裝和維護(hù)。
（3）渦街流量計實惠安裝方式為垂直安裝，介質(zhì)自下而上通過流量計。即將流量計安裝在豎直管道上，流量方向為自下向上，本項目中所有三暢渦街流量計全部垂直安裝。
（4）直管段要求：本項目中由于兩個流量參數(shù)的重要性，流量計全部安裝于調(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，應(yīng)卸下流量計，一定不能帶著流量計焊接法蘭。
（5）安裝時注意管道口徑應(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，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）要做好渦街流量計的防雨工作。如果渦街流量計安裝在露天，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）連接渦街流量計的電纜走向，應(yīng)盡可能遠(yuǎn)離強(qiáng)電磁場的干擾場合。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，才可以實現(xiàn)對氣體的計量與控制，故必須對氣體流量進(jìn)行壓力、溫度補(bǔ)償。實施過程中三暢渦街流量計組態(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)償計算，該模塊簡化了復(fù)雜的過程控制邏輯編寫與調(diào)試過程，增加了測量和控制精度，提高了生產(chǎn)效率。
2.3.1 渦街流量計參數(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量。被測介質(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。
        本項目選用公式B用實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———實際壓力測量值（表壓）；
        T———實際溫度測量值；
        RP———設(shè)計壓力；
        RT———設(shè)計溫度；
        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，便于計量和計量單位的統(tǒng)一，從而流量計量能夠更加準(zhǔn)確合理，確保裝置的穩(wěn)定運行。
2.4 常見故障處理及維護(hù)
        渦街流量計常見問題錯綜復(fù)雜，從設(shè)計安裝、參數(shù)整定、日常維護(hù)、運行環(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渦街流量計之前，必須考慮流量計的口徑、管路尺寸和安裝位置。正確的口徑對于流量計的性能很重要，流量計口徑選擇正確在應(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。流量計安裝位置的正確選擇，能保證得到一個清晰的輸出信號。本項目中，流量計的選型嚴(yán)格按照8800D型渦街流量計口徑計算程序選擇，安裝嚴(yán)格按照三暢渦街流量計的安裝規(guī)范完成安裝，為后期的穩(wěn)定運行奠定了基礎(chǔ)。
2.4.2 與475HART手操器的通訊問題
        艾默生475現(xiàn)場通訊器是羅斯蒙特8800D型渦街流量計現(xiàn)場組態(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)有流量但是流量計測量輸出錯誤
        渦街流量計流量測量值輸出值存在偏差是三暢渦街流量計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量值與實際值相差較大等。結(jié)合多年的使用經(jīng)驗，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型渦街流量計電子系統(tǒng)故障在使用過程中并不常見，在本項目34臺三暢渦街流量計多年運行過程中緊發(fā)生一例故障，故障排除方法：用475HART手操器進(jìn)行回路測試或用傳感器模擬器輸入測試信號，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目中出現(xiàn)的常見故障，故障原因為環(huán)境腐蝕性氣體長期侵蝕引起傳感器腐蝕，導(dǎo)致信號檢測錯誤，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，而該流量計變化只有10～20Nm3/h，經(jīng)檢查確認(rèn)傳感器故障，更換后運行正常。
（1）傳感器故障檢測方法：
        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0.5兆歐時功能會下降）。如有必要更換傳感器；在SMA連接器處測量傳感器電容（115－700pF）。
（2）傳感器安裝注意事項：
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，事故時被測流體不會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，就要更換整個傳感器或表體，也可能會使流量計發(fā)生危險。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準(zhǔn)支架。傳感器中心線和流量計中心線沒有對齊，在壓緊過程中傳感器將會損壞。
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）。必須注意流量計的穩(wěn)定運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：
        渦街流量計結(jié)構(gòu)簡單牢固，安裝維護(hù)方便，對于運行中出現(xiàn)的故障，只要在實際工作中深入現(xiàn)場，仔細(xì)觀察，仔細(xì)分析，就可以發(fā)現(xiàn)問題并進(jìn)行針對性的處理，從而確保流量計的高精度、高可靠性，保證了裝置的安全穩(wěn)定運行，提高了單位的經(jīng)濟(jì)效益。渦街流量計在該項目的成功應(yīng)用值得氯堿化工行業(yè)推廣。