旋進(jìn)流量計(jì)是速度流量計(jì)的一種，基于漩渦進(jìn)動(dòng)原理。結(jié)合工程設(shè)計(jì)，針對幾種氣體和液體的流量計(jì)選型進(jìn)行分析，分別研究了同量工況下不同流量計(jì)的適用性和優(yōu)缺點(diǎn)，并得出下列結(jié)論：旋進(jìn)流量計(jì)能夠滿足大部分所列出的流量工況，而且精度較高、量程范圍較大、安裝維護(hù)方便，但不適合低流速工況。

在石化裝置的工藝生產(chǎn)過程中，流量是一個(gè)非常重要的過程參數(shù)和監(jiān)控對象，流量的測量顯得尤為重要。隨著流量檢測技術(shù)的不斷發(fā)展，可供選擇的流量計(jì)很多。如何針對不同工況要求，選擇合適的流量

計(jì)來滿足用戶對精度、維護(hù)量、可靠性、經(jīng)濟(jì)性等要求，是設(shè)計(jì)人員需要研究的課題。

早期的旋進(jìn)流量計(jì)在1967年由德國 FISCHERPORTER公司發(fā)明。經(jīng)過幾十年的技術(shù)發(fā)展，此種類流量計(jì)已經(jīng)從簡單的、僅能測量氣體流量的單一功能，發(fā)展到可以應(yīng)用于氣體、蒸汽和液體介質(zhì)的流量測量，并且可以帶溫度、壓力自動(dòng)補(bǔ)償，還可以進(jìn)行流量累計(jì)計(jì)量的多種功能。所輸出的信號可以為支持 HART協(xié)議的通訊信號、支持    RS485通訊協(xié)議信號等。旋進(jìn)流量計(jì)具有精度高、可靠性好、壓力損失較小、對直管段要求短、安裝維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，可以適用于較為廣泛的流量檢測場合。

1結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1流量計(jì)的結(jié)構(gòu)

旋進(jìn)流量計(jì)本體由漩渦發(fā)生體（起旋器）、殼體、壓電傳感器和整流器組成，如圖 1所示。

旋進(jìn)流量計(jì)剖面結(jié)構(gòu)如圖 2所示。

漩渦發(fā)生體（起旋器）：螺旋狀葉片安裝在入口，用于產(chǎn)生漩渦流。

殼體：形狀類似于文丘里管，用于產(chǎn)生二次漩渦。

壓電傳感器：用于檢測漩渦的振動(dòng)頻率。振動(dòng)頻率與流速成正比。

整流器：安裝在流量計(jì)出口，用于消除漩渦流，減少對下游的影響。

1.2工作原理

旋進(jìn)流量計(jì)是速度流量計(jì)的一種，基于漩渦進(jìn)動(dòng)現(xiàn)象進(jìn)行計(jì)量。流體進(jìn)入漩渦發(fā)生體后產(chǎn)生劇烈的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)形成漩渦流。漩渦流加速，沿流動(dòng)方向經(jīng)縮徑段，流動(dòng)強(qiáng)度增強(qiáng)。當(dāng)漩渦流進(jìn)入擴(kuò)散段后，在導(dǎo)流體回流的作用下，該漩渦產(chǎn)生二次旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，即漩渦進(jìn)動(dòng)。二次漩渦進(jìn)動(dòng)的頻率與流體的流速成正比。

因此漩渦的頻率可以反映此流體的流速和流量大小。如果測量設(shè)備內(nèi)部采用***佳的設(shè)計(jì)，漩渦的頻率將在較寬的流量范圍內(nèi)呈線性。壓電傳感器測到此頻率后，將信號傳輸?shù)搅髁坑?jì)傳感器進(jìn)行下游處理。

漩渦進(jìn)動(dòng)頻率與介質(zhì)流速成正比，與截流體幾何尺寸成反比。

f= St#  dv

f——漩渦進(jìn)動(dòng)頻率；

St——斯特羅哈爾常數(shù)（通過實(shí)驗(yàn)得到的無

因次數(shù)）；

v——流速；

d——截流體因數(shù)（由截流體幾何尺寸決定）。

以上公式可得出，測量出漩渦進(jìn)動(dòng)頻率可測得流體流速和瞬時(shí)流量。

圖 3表示出斯特羅哈爾常數(shù)與雷諾     Re的關(guān)系。

曲線的線性區(qū)域?qū)?yīng)的為旋進(jìn)流量計(jì)的測量范圍。

雷諾數(shù)（Re）的計(jì)算：

Re=?ρ?/(2  827×V×D)

式中   ρ——工作密度，kg/m

3

；

V——運(yùn)動(dòng)黏度，m

2

/s；

D——管徑，m。

2.工程設(shè)計(jì)中的選型考慮

工程設(shè)計(jì)中主要根據(jù)流量工況，按工藝要求（精度、測量范圍、壓力損失等），從適用性、可靠性、安裝方便、經(jīng)濟(jì)性等方面考慮進(jìn)行流量計(jì)的選型。本文列舉的旋進(jìn)流量計(jì)為某進(jìn)口品牌產(chǎn)品，并有多種場合的應(yīng)用。

2.1適用性方面的考慮

（1）流體介質(zhì)

旋進(jìn)流量計(jì)適用于氣體、蒸汽和液體介質(zhì)。

（2）精度旋進(jìn)流量計(jì)在***小雷諾數(shù)      Remin大流量 Qmax之間的線性范圍測量精度為≤±0.5%。

（3）流速和***旋進(jìn)流量計(jì)在測量介質(zhì)時(shí)，要考慮流速不能過低（具體以廠家計(jì)算為準(zhǔn)）。

（4）流量計(jì)口徑

市場上常見旋進(jìn)流量計(jì)***大尺寸為 DN 400，***小為 DN 15。

流量計(jì)口徑的選擇基于***大工作流量    Qmax建議***大工作流量應(yīng)大于該口徑允許量程一半時(shí)的流量?？梢赃x擇縮徑，但***大工作流量不要低于該口徑允許***大量程時(shí)流量的 15%。

（5）材料的選擇

a.測量管材料通常為不銹鋼                   316/316L，

Hastelloy C。

b.內(nèi)襯材料

根據(jù)介質(zhì)的腐蝕性、溫度等要求來選擇具體材料。

PTFE（-55~ 260℃）

St石墨（-55~ 280℃）

Kalrez（-20~275℃）

2.2安裝和應(yīng)用

（1）被測介質(zhì)的流動(dòng)方向需要與流量計(jì)上的指示方向一致。

（2）避免管路的機(jī)械振動(dòng)（如有必要，安裝支架）。

（3）選擇符合環(huán)境條件的流量計(jì)。流量計(jì)周圍不能有強(qiáng)烈磁場干擾。

（4）輸送設(shè)備的振動(dòng)頻率不得在流量計(jì)的測量

頻率范圍以內(nèi)?？梢允褂眠m當(dāng)?shù)淖枘嵫b置減弱活塞泵或壓縮機(jī)輸送過程中的交替（脈動(dòng)）流量。

（5）閥門通常布置在流量計(jì)的下游。如果通過活塞泵或壓縮機(jī)輸送測量介質(zhì)（液體）壓力 10bar[145 psi]，當(dāng)閥門閉合時(shí)，可能會(huì)產(chǎn)生液壓振動(dòng)，這時(shí)閥門必須安裝在流量計(jì)上游，并且可能需要安

裝合適的阻尼裝置（例如：空氣罐）。

（6）流量計(jì)在測量液體時(shí)要避免氣穴現(xiàn)象的產(chǎn)生。

（7）測量高溫介質(zhì)時(shí)

流量計(jì)在測量 >150℃的高溫介質(zhì)時(shí)，傳感器的安裝必須是變送器朝向一側(cè)或朝下，或者采用分體式安裝。

（8）流量計(jì)傳感器帶保溫層時(shí)，考慮保溫層厚度，具體咨詢廠家。

2.3直管段要求

流量計(jì)安裝直管段要求滿足與否，直接影響流量測量的穩(wěn)定性和精度。旋進(jìn)流量計(jì)進(jìn)出口直管段要求見表 1。從表 1可知，其直管段要求并不高，這一優(yōu)勢在舊裝置擴(kuò)容改造的應(yīng)用中尤為突出。

2.4多探頭的選擇

基于旋進(jìn)流量計(jì)的漩渦特點(diǎn)，并在其本體尺寸允許的條件下，旋進(jìn)流量計(jì)可以采用多探頭的測量方式。這種選擇為用戶實(shí)現(xiàn)三取二流量聯(lián)鎖提供了經(jīng)濟(jì)可行的實(shí)施方案。

3.應(yīng)用分析

適用于氣體、蒸汽和液體介質(zhì)測量的流量計(jì)有多種可選，在此選擇精度較好的 4種流量計(jì)與旋進(jìn)流量計(jì)做對比，主要針對測量范圍、精度和壓損是否符合工藝條件進(jìn)行對比分析。所選流量計(jì)如下，均為在

國內(nèi)外石化裝置上有多年應(yīng)用的國外產(chǎn)品。

旋進(jìn)流量計(jì)（精度為液體±0.5%，氣體±5%）渦街流量計(jì)（精度為液體±0.75% ，氣體±0.9%）科里奧利質(zhì)量流量計(jì)（精度為液體±0.075%~

0.1%，氣體±0.5%）熱式質(zhì)量流量計(jì)（精度為±0.5%，主要測氣體

介質(zhì)）電磁流量計(jì)（精度±0.5  %，主要測量導(dǎo)電類液體）以上渦街流量計(jì)的精度低于其他流量計(jì)，但是也屬于精度較好且常用的流量計(jì)。并且由于渦街流量計(jì)和旋進(jìn)流量計(jì)的原理類似，在下列對比中渦街流量計(jì)的精度雖然不能達(dá)到本文所列的工藝條件，但可以

對比渦街流量計(jì)和旋進(jìn)流量計(jì)的測量范圍和壓損。

3.1氣體測量

（1）當(dāng)測量介質(zhì)為氫氣，工藝要求精度高時(shí)，不能低于±0.5%。市場上測量氣體精度較好的流量計(jì)有熱式質(zhì)量流量計(jì)和科里奧利質(zhì)量流量計(jì)（我們選擇測量氣體精度為±0.5%的產(chǎn)品），這里選擇這2種流量計(jì)與旋進(jìn)流量計(jì)做對比。表 2為工藝條件，表3~表  5為  3種流量計(jì)的選型后的量程范圍和壓力損失，通過表 6對比流量計(jì)是否滿足工藝條件。

通過以上對比，可知旋進(jìn)流量計(jì)在流速大于一定值時(shí)，測量時(shí)的精度和流量范圍可以與科里奧利質(zhì)量流量計(jì)和熱式質(zhì)量流量計(jì)相媲美。但是在流速很小的情況下，旋進(jìn)流量計(jì)與這兩種流量計(jì)相比則

遜色很多。

這3種流量計(jì)在價(jià)格方面，科里奧利質(zhì)量流量計(jì)是旋進(jìn)流量計(jì)價(jià)格的  3~5倍。熱式質(zhì)量流量計(jì)和科里奧利質(zhì)量流量計(jì)針對不同工況下的應(yīng)用選型，在價(jià)格方面各有優(yōu)勢。

（2）測量介質(zhì)為氣體（除氫氣外）時(shí)，在此選擇旋進(jìn)流量計(jì)（精度為氣體±0.5  %）、渦街流量計(jì)（精度為氣體±0.9%）和科里奧利質(zhì)量流量計(jì)（精度為氣體±0.5%）做對比分析，以下主要對比    3種流量計(jì)的測量范圍（ 3種流量計(jì)都為同一品牌產(chǎn)品）。表7為工藝條件，表  8~表  10為  3種流量計(jì)的選型后的量程范圍和壓力損失，通過表  11對比流量計(jì)是否滿足工藝條件。

通過列表可以看出旋進(jìn)流量計(jì)在測量氣體時(shí)，保證精度±0.5%的情況下，量程比較大，可以滿足1∶30的量程比。

3.2測量介質(zhì)為液體

測量液體時(shí)，選擇旋進(jìn)流量計(jì)（精度為液體±0.5%）、渦街流量計(jì)（精度為液體±0.75%）、科里奧利質(zhì)量流量計(jì)（精度為液體±0.1%）和電磁流量計(jì)（精度為液體±0.5%）進(jìn)行對比分析。表  12為工藝條件，表 13~表   16為  3種流量計(jì)的選型后的量程范圍和壓力損失，通過表  17的對比，可知流量計(jì)是否滿足工藝條件要求。

通過以上比較，可知旋進(jìn)流量計(jì)在測量液體時(shí)也有很大的優(yōu)勢，量程比大，精度較高，還可以測量非導(dǎo)電類類液體。

在產(chǎn)品的價(jià)格方面，以渦街流量計(jì)的價(jià)格作為標(biāo)準(zhǔn)來衡量，科里奧利流量計(jì)（精度液體為±0.1  %.氣體±0.5  %）是渦街的 3~5倍左右，旋進(jìn)流量計(jì)是渦街流量計(jì)的 1.3~1.7倍左右，電磁流量計(jì)是渦街流

量計(jì)的 0.8~1倍左右（以上     4種流量計(jì)價(jià)格均以同一廠家產(chǎn)品的價(jià)格作為基礎(chǔ)）。

4.結(jié)束語

旋進(jìn)流量計(jì)精度（±0.5%）較高，可以滿足大多數(shù)應(yīng)用場合的測量要求；可達(dá)  1：30的量程比，滿足寬測量范圍的應(yīng)用；直管段要求不高，在工藝裝置配管緊湊的場合，應(yīng)用優(yōu)勢明顯。尤其在可實(shí)現(xiàn)多探

頭傳感器應(yīng)用方面，為安全儀表系統(tǒng)流量測量子系統(tǒng)的可靠性 /可用性冗余架構(gòu)設(shè)計(jì)提供了一種便利的實(shí)施方案，具有較為突出的優(yōu)勢。