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渦街流量計

文章日期:2017-03-15|閱讀數:



HY- LUGB/E型渦街流量儀表廣泛適用于石油、化工、冶金、熱力、紡織、造紙等行業對過熱蒸汽、飽和蒸汽、壓縮空氣和一般氣體(氧氣、氮氣氫氣、天然氣、煤氣等) 、水和液體(如:水、汽油、酒精、苯類等)的計量和控制.
 
工作原理:
在流體中設置非流線型旋渦發生體(阻流體),則從旋渦發生體兩側交替地產生兩列有規則的旋渦,這種旋渦稱為卡曼渦街,如圖(一)所示。
旋渦列在旋渦發生體下游非對稱地排列。設旋渦的發生頻率為f,被測介質來流的平均速度為V,旋渦發生體迎流面寬度為d,表體通徑為D,根據卡曼渦街原理,有如下關系式:

                         f=StV/d                 公式(1)
式中:
f-發生體一側產生的卡門旋渦頻率
  St-斯特羅哈爾數(無量綱數)
  V-流體的平均流速
  d-旋渦發生體的寬度
由此可見,通過測量卡門渦街分離頻率便可算出瞬時流量。其中,斯特羅哈爾數(St)是無因次未知數,
圖(二)表示斯特羅哈爾數(St)與雷諾數(Re)的關系。
 
 

圖(二)
在曲線表中St=0.17的平直部分,漩渦的釋放頻率與流速成正比,即為渦街流量傳感器測量范圍度。只要檢測出頻率f就可以求得管內流體的流速,由流速V求出體積流量。所測得的脈沖數與體積量之比,稱為儀表常數(K),見式(2)
                        K=N/Q(1/m³)              公式(2)
式中:K=儀表常數(1/m³)。
N=脈沖個數
Q=體積流量(m³)

   主要技術指標                                                     表(一)
儀表口徑的確定和安裝設計儀表口徑的確定和安裝設計
第二部分: 儀表口徑的確定和安裝設計
儀表選型是儀表應用中非常重用的工作,儀表選型的正確與否將直接影響到儀表是否能夠正常運行.因此用戶和設計單位在選用本公司產品時,請仔細閱讀本節資料,認真核對流體的工藝參數并隨時可與我公司的銷售或技術支持部門聯系,以確保選型正確。
一.適用流量范圍和儀表口徑的確定
儀表口徑的選擇,根據流量范圍來確定。不同口徑渦街流量儀表的測量范圍是不一樣的。即使同一口徑流量表,用于不同介質時,它的測量范圍也是不一樣的。實際可測的流量范圍需要通過計算確定。
(一)參比條件下空氣及水的流量范圍,見表(二),參比條件如下:
1.氣體:常溫常壓空氣,t=20℃,P=0.1MPa(絕壓),ρ=1.205 kg/m3,υ=15×10-6 m2/s。
2.液體:常溫水,t=20℃,ρ=998.2kg/m3,υ=1.006×10-6m2/s。
(二)確定流量范圍和儀表口徑的基本步驟:
1. 明確以下工作參數。
(1)被測介質的名稱、組份
(2)工作狀態的***小、常用、***大流量
(3)介質的較低、常用、***高壓力和溫度
(4)工作狀態下介質的粘度
2. 渦街流量儀表測量的是介質的工作狀態體積流量,因此應先根據工藝參數求出介質的工作狀態體積流量,相關公式如下:
(1)已知氣體標準狀態體積流量,可通過以下公
       式求出工況體積流量
  公式(3)
 (2)已知氣體標準狀態密度ρ,可通過以下公
    式求出工況密度
   公式(4)                             
(3)已知質量流量Qm換算為體積流量Qv
        公式(5)
式中:
Qv: 介質在工況狀態下的體積流量(m3/h)
    (Qv=3600f/K  K:儀表系數 )
Qo: 介質在標準狀態下的體積流量(Nm3/h)
Qm: 質量流量 (t/h)
(t/h)
ρ: 介質在工況狀態下的密度(kg/m3)
ρo:介質在標準狀態下的密度(kg/m3),常用氣體介質的標準狀態密度,見表(三)
P: 工況狀態表壓(MPa)
t: 工況狀態溫度(℃)
3.儀表下限流量的確定。渦街流量儀表的上限適用流量一般可不計算,渦街流量儀表口徑的選擇主要是對流量下限的計算。下限流量的計算應該滿足兩個條件:***小雷諾數不應低于界限雷諾數(Re=2×104);對于應力式渦街流量儀表在下限流量時產生的旋渦強度應大于傳感器旋渦強度的允許值(旋渦強度與升力ρv2  成比例關系)。這些條件可表示如下:
由密度決定的工況可測下限流量:

由運動粘度決定的線性下限流量:
                          公式(7)
式中:
Qρ:滿足旋渦強度要求的***小體積流量(m3/h)
ρ0:參比條件下介質的密度 
Qυ:滿足***小雷諾數要求的***小線性體積流量(m3/h) 
ρ:被測介質工況密度(kg/m3)
Q0: 參比條件下儀表的***小體積流量
(m3/h)      
υ:工作狀態下介質的運動粘度(m2/s)
υo:參比條件下介質的運動粘度(m2/s)
通過公式(6)、(7)計算出Qρ和Qν。比較Qρ和Qν,確定流量儀表可測下限流量和線性下限流量:
     Qυ≥Qρ:可測流量范圍為Qρ~Qmax  , 線性流量范圍為Qυ~Qmax
Qυ<Qρ:可測流量范圍和線性流量范圍為
Qρ~Qmax  
Qmax:渦街流量儀表的上限體積流量(m3/h)
4.儀表上限流量以表(二)中的上限流量為準.氣體的上限流速應該小于70m/s,液體的上限流速應該小于7m/s
5.當用戶測量的介質為蒸汽時,常采用的計量單位是質量流量,即:t/h或Kg/h。由于蒸汽(過熱蒸汽和飽和蒸汽)在不同溫度和壓力下的密度是不同的,因此蒸汽流量范圍的確定可由公式(8)進行計算得出
       公式(8)                                                      
式中:
ρ: 蒸汽的密度(kg/m3)
ρ0:1.205kg/m3 
Q蒸汽 :蒸汽質量流量(t/h)
6.計算壓力損失,檢測壓力損失對工藝管線是否有影響,公式(單位:Pa):
Δp= CdρV2/2                   公式(9)
式中:
ρ:工況介質密度(kg/m3)V:平均流速(m/s)
7.被測介質為液體時,為防止氣化和氣蝕,應使管道壓力符合以下要求:
p≥2.7Δp+1.3p0       公式(10)
式中:
Δp: 壓力損失(Pa)
p0:工作溫度下液體的飽和蒸汽壓(Pa絕壓)
Po:流體的蒸汽壓力  (Pa絕壓)
8.渦街流量計不適合測量高粘度液體。當計算出的可測流量下限不滿足設計工藝要求時,應該考慮選用其它類型流量計。
9.通過計算如果有兩種口徑都可滿足要求,為了提高測量效果、降低造價,應選用口徑較小的表。應該注意的是,盡可能使常用量處在流量范圍上限的1/2~2/3
  Δp:壓力損失(Pa)  Cd:壓力損失系數
 表(二)  參比條件下渦街流量傳感器工況流量范圍表
注:表中(300)~(1000)口徑為插入式

   表(三) 常用氣體介質的標準狀態密度(0℃,絕壓P=0.1MPa)
(三)選型舉例:
例一:已知氣體壓力和溫度及標況下的流量時
某壓縮空氣,標況流量范圍為QN=1200-12000Nm3/h,壓力P=0.7Mpa(表壓),溫度t=30℃。試確定流量計口徑。
步驟一:計算壓縮空氣的工況體積流量
由公式(3):
工況使用下限體積流量為:
Qvmin=QN×0.101325×(273.15+t)/293.15/(P +0.1)
   =1200×0.101325×(273.15+30)/293.15/(0.7 +0.1)
    =157(m3/h) 
工況使用流量上限為: Qvmax=1570(m3/h)
步驟二:根據使用工況流量范圍157-1570m3/h,查表(二),滿足下限流量條件的流量計為DN80 、DN100和DN125,考慮到上限流量1270m3/h及使用效果和經濟成本,初選DN100, DN100流量計的工況流量范圍是100-1700m3/h,接近使用流量范圍,初選DN100流量計,但應具體核算DN100流量計在該工況條件下的可測下限流量。核算DN100流量計在該工況條件下的可測下限流量:
    由公式(4)及公式(6):
      
     
   =37.46(m3/h)   
    即,流量計在該工況條件下的可測下限流量是
37.46m3/h,遠小于要求的工況下限流量157m3/h,確定選用DN100流量計。
 
 例二:已知蒸汽壓力和溫度及工況流量時
測量介質為過熱蒸汽,蒸汽溫度為320℃,壓力為1.5MPa(絕壓),流量范圍為3t/h~25t/h, 試  確定流量計口徑。
步驟一:計算蒸汽的等效空氣參比條件下的體積流量范圍,經查附表(二),該狀態下蒸汽的密度為:5.665Kg/m3,由公式(8) :
      
步驟二:根據等效參比流量范圍765-6379m3/h,查表(二),比較適合該流量范圍為DN200口徑。
 二.儀表的安裝設計
    儀表的正確安裝是保障儀表正常運行的重要環節,若安裝不當,輕則影響儀表的使用精度,重則會影響儀表的使用壽命,甚至會損壞儀表。

安裝環境要求:
盡可能避開強電設備、高頻設備、強開關電源設備。儀表的供電電源盡可能與這些設備分離。
避開高溫熱源和輻射源的直接影響。若必須安裝,須有隔熱通風措施。
避開高濕環境和強腐蝕氣體環境。若必須安裝,須有通風措施。
渦街流量儀表應盡量避免安裝在振動較強的管道上。若必須安裝,須在其上下游2D處加設管道緊固裝置,并加防振墊,加強抗振效果。
儀表***好安裝在室內,安裝在室外應注意防水,特別注意在電氣接口處應將電纜線彎成U形,避免水順著電纜線進入放大器殼內。
儀表安裝點周圍應該留有較充裕的空間,以便安裝接線和定期維護。
儀表管道安裝要求:
渦街流量儀表對安裝點的上下游直管段有一定要求,否則會影響介質在管道中的流場,影響儀表的測量精度。儀表的上下游直管段長度要求見圖(三)  
DN為儀表工稱口徑                                                                                                                            單位:mm

 注:調節閥盡可能不安裝在渦街流量儀表的上游,而應安裝在渦街流量儀表的下游10D處。
上、下游配管內徑應相同。如有差異,則配管內徑Dp與渦街儀表表體內徑Db,應滿足以下關系
0.98Db≤Dp≤1.05Db上、下游配管應與流量儀表表體內徑同心,它們之間的不同軸度應小于0.05Db
儀表與法蘭之間的密封墊,在安裝時不能凸入管內,其內徑應比表體內徑大1-2mm
測壓孔和測溫孔的安裝設計。被測管道需要安裝溫度和壓力變送器時,測壓孔應設置在下游3-5D處,測溫孔應設置在下游6-8D處,見圖(七)。D為儀表工稱口徑,單位:mm
儀表在在管道上可以水平、垂直或傾斜安裝。
測量氣體時,在垂直管道安裝儀表,氣體流向不限。但若管道內含少量液體,為了防止液體進入儀表測量管,氣流應自下而上流動,如圖(四)a所示
測量液體時,為了保證管內充滿液體,所以在垂直或傾斜管道安裝儀表時,應該保證液體流動方向從下而上。若管道內含少量氣體,為了防止氣體進入儀表測量管,儀表應安裝在管線的較低處
如圖(四)b所示


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