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影响涡街流量计测量准确度的因素分析及解决办



流量是石油化工企业监控化工装置生产过程中的一个重要参数,是保证石油化工装置高效、安全、平稳运行的重要手段。本文简述了涡街流量计的特点,分析了涡街流量计在测量过程中容易出现影响测量数据准确性的原因,并提出了改进措施,以提高其测量准确度。

前言

计量是石油化工企业的眼睛,计量就是计效益。气体流量的测量在石油化工行业中对加强物料管理、能源管理,进行物料交接、贸易结算、经济核算和效益分析与评价中具有重要意义。因此,现代石油化工企业对流量计量的要求越来越高。

1、涡街流量计特点

涡街流量计结构简单牢固,适用于多流体种类,测量精度较高且测量范围宽,在石油化工企业中主要用于工业管道介质流体的流量测量,如气体、液体、蒸气等多种介质。其特点是压力损失小,量程范围大,精度高,在测量工况体积流量时几乎不受流体密度、压力、温度、黏度等参数的影响。无可动机械零件,因此可靠性高,维护量小,仪表参数能长期稳定。涡街流量计采用压电应力式传感器,可靠性高,可在 -20℃+250℃的工作温度范围内工作。有模拟标准信号,也有数字脉冲信号输出,容易与计算机等数字系统配套使用,是一种比较先进、理想的测量仪器。

 

涡街流量计是依据卡门旋涡原理进行封闭管道流体流量测量的新型流量计。因其具有良好的介质适应能力,无须温度压力补偿即可直接测量蒸汽、空气、气体、水、液体的工况体积流量,配备温度、压力传感器可测量标况体积流量和质量流量,是节流式流量计的理想替代产品。它具有以下一些特点:

1)无可动部件,可靠性高;(2)测量范围宽,一般范围可达到目的 10 以上 ;(3)输出为脉冲频率信号,其频率与被测流体的实际体积流量成正比,与流体的组分、密度无关;(4)结构简单,安装方便,维护费用低;(5)可应用于液体、气体、和蒸汽的流量测量;(6)整体精度较高。

2、工作原理

涡街流量计是利用流体力学中卡门涡街原理制成的一种流体振荡性流量计。将一个非流线型的对称形状的物体(涡街流量传感器中称之为漩涡发生体)垂直放置在流体流动的管道中,流体绕过漩涡发生体时,出现了附面层分离,在漩涡发生体下流两侧产生两列交替的漩涡即卡门涡街。在一定的流量(雷诺数)范围内,旋涡的分离频率与流经涡街流量传感器处流体的体积流量成正比。

3、影响准确度的因素分析及解决办法

由于涡街流量计的结构和测量原理的特点,其测量精度容易受到测量介质、脉冲干扰、管道振动、安装方式以及流体状况等因素的影响。

3.1 测量介质

 

涡街流量计主要用于测量单相流体,当出现两相流时测量结果将会出现明显的偏差。例如在测量过热蒸汽时,如果流动阻力损失太大或管道保温不好,会造成过热蒸汽温度快速下降而使蒸汽由过热变为饱和,出现凝结水。由于凝结水的密度远远大于蒸汽密度,蒸汽凝结会导致涡街流量计测量蒸汽流量明显变小。对此,我们应对易于液化的气体介质采取加压或保温措施,并实时监控介质温度与压力,防止气液两相流出现。

3.2 脉冲干扰

涡街流量计在附近存在与其测量脉冲信号重叠的变频器、电机等设备时,易发生外界干扰信号覆盖或叠加被测信号,致使流量计无法进行准确计量的情况。这时应做好流量计接地和屏蔽保护。也可对影响信号的噪声源进行控制,如对变频器、电机电缆加装金属套管进行屏蔽,远离噪声源安装流量计,在流量计与噪声源之间加装形管、90 度弯头、多孔消音器等管件,这些方法都可以在一定程度上降低噪声的影响。

3.3 管道振动

涡街流量计本质上是流体振动型流量计,一般对机械振动特别敏感。由于涡街流量计输出脉冲与流速成正比、检测涡街的升力与流速平方和被测流体的密度成正比,所以在小流量时,涡街流量传感器信号频率低且幅值小,受到低频的管道振动干扰影响严重,输出脉冲误差大;随着流量的增大,涡街流量传感器信号频率变大且幅值增强,受到低频的管道振动干扰影响减弱,输出脉冲也随之误差变小。

 

当涡街流量计安装位置出现管道振动时可以采取以下方法:(1)增设管道固定支架,限制管道振幅;(2)调整仪表电路的设定状态,力求排除振动影响;(3)如以上无法实现时,可根据涡街流量计对不同方向的抗振能力的不同,在安装管线上的流量计方向用 X-Y-Z 三维坐标表示。是管道中心线方向,即流量计进出口的方向;是流量计柱体轴向 是与管道中心线垂直同时与流量计柱体轴向垂直的方向,也是涡街流量计横向力作用的方向。流量计方向的抗振能力最强而方向最差。观察或测量管道的主要振动方向,旋转流量计,直到轴与此主振方向重合,把仪表固定在该方向上。此方法可尽可能减小管道振动对流量计测量的影响。

3.4 流体状况

流量计正常工作流体条件:具有充分发展的湍流速度分布,无旋涡,速度轴对称分布 ;充满圆管的单相流体 ;定常流;牛顿流体。

流量计在使用中如果偏离这些条件将产生附加误差,在现场流体流动特性中,具有充分发展的湍流速度分布、无旋涡、速度轴对称分布及定常流常常是难以满足的,它们将造成测量误差的增大,有时增大多少难以定量确定,因此在现场使用中必须密切注意流动特性的情况。

影响准确流体的原因 :流速分布畸变及旋转流。流速分布畸变及旋转流对流量计特性的影响因工作原理而异,有的很严重,有的无甚影响,一般来说,推理式流量计(差压、涡轮、涡街、超声、电磁等)都要受影响,而容积式流量计不受或基本不受影响。

在现场使用中非定常流并不少见,非定常流可分为两大类 :周期性脉动和随机性波动。在发动机、泵、风机等出口的流动可见周期脉动,而管道中的流动受阻流件及管道系统的干扰,一般都存在随机性波动。至今还没有明确规定流量所需要的定常流条件的定量指标。满足流量检测件上下游直管段所需要的作业空间、加装多孔导流装置和保证安装管线与流量计管径中心线对齐,且无凸出物(如安装的垫片)突入测量管道,可以有效避免非定常流的出现。

4.结束语

通过分析影响涡街流量计在气体测量准确度的几点原因,并采取措施加以改善,能有效提高能源测量数据的准确性。保障石油化工装置工艺操作控制,加强效益核算管理,为化工企业经营管理决策提供更加可靠的依据。