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煤氣流量計在氮肥生產廠家的工作情況及維護要求
點擊次（cì）數：1734 發布時間：2021-01-08 06:05:30
1 煤（méi）氣流量計（jì）概述
流（liú）量計是工業領域（yù）中使用量*大的物理（lǐ）量測量儀表之一，基於不同的工（gōng）作原理研製出了許（xǔ）多（duō）不同種類的流量計產品，比如電磁流量計、超（chāo）聲波流量計、差壓（yā）式流量計、渦輪流量計、煤氣流量計等產品，我們可（kě）以根據（jù）產品名稱就可以知道此類流量（liàng）計的工作方式，其中煤氣流量計的工作原理就是基於“卡門渦街”來工作的。卡門渦街（jiē）是流體力學中重要的（de）現象，在自然界中常可遇到，在一定條件下的定常來流（liú）繞過某些物體時（shí），物（wù）體兩側會周期性（xìng）地（dì）脫落出（chū）旋轉方向相反、排列規則的雙列（liè）線渦（wō），經（jīng）過（guò）非線性作用後，形成卡門渦街。如水流過橋墩，風吹（chuī）過高塔（tǎ）、煙囪（cōng）、電線等都會形成卡（kǎ）門渦街。此物理（lǐ）現象（xiàng）*早是因匈牙利裔美國空氣動力學家西奧（ào）多·馮·卡門*先從理論上闡明而得名卡門渦街。
煤氣流量計利（lì）用“卡門渦街”測量原理，測（cè）量（liàng）封閉管道（dào）內（nèi）介質的工況體積流量，它具有其（qí）他流量（liàng）計不可兼得的（de）較多優點，20世紀70年代以來得到了迅速（sù）的發展。與渦輪流量計（jì）相比，它沒（méi）有可動的機械部（bù）件，從而維護量小，儀表常（cháng）數穩定，容（róng）易在工作環境中保證精度；與孔板相比，它的（de）測量範圍（wéi）大，壓力損失（shī）小，準確度高（gāo）。煤氣流量計屬於流體振（zhèn）動式流量計，可用於測量飽和蒸汽、過熱蒸汽（qì）、各種氣體（tǐ）（如煤氣、天然氣、壓（yā）縮空氣、氧氣、氮氣、氬氣、氫氣、二氧化（huà）碳等）、水及低粘度、低溫液體（如鹽（yán）水、液氮）。汽液通用，無（wú）需實液標定；可準確測量封閉管道（dào）中蒸汽、氣體和液（yè）體的（de）流量。有抗振、耐腐、高溫、防爆等多種類型供選（xuǎn）用。通徑DN200以上為插入（rù）式煤氣流量（liàng）計；適用於冶金、化工、石油、煤氣、城市供排水、食品、紡織、礦山等工業過程、能源管理和環境工程行業。塔西南化肥（féi）廠32台煤氣流量計（jì）主要用於蒸汽、天（tiān）然氣、二氧化碳（tàn）、冷凝液等的（de）測量。
本文簡要介紹了煤氣流量計在塔西南化（huà）肥廠的成功應用，敘述了煤氣流量計的工作原理、安裝及使用過程中的注意事項；總結了煤氣流量計在現場應用中（zhōng）的故障處理及常規維護（hù）。
圖1 卡門漩渦
煤氣流量計是根（gēn）據卡門渦街原理製成的，在流動的液體中插入（rù）一（yī）個非流線（xiàn）型柱狀（zhuàng）物，則在柱體下遊會產生如圖1所示的（de）兩列不對稱且又有規律的（de）漩渦（wō）。該漩渦在柱（zhù）體的（de）側後方產生、分開，形成漩渦列，通常稱作卡門渦街或者卡門渦（wō）列。當滿足h'/1=0.281時，所產（chǎn）生的卡門漩渦是穩定的（de），而且產生單列漩渦的頻率與圓（yuán）柱體的直徑和流體流速有如下關係（xì）：
式中：f-旋（xuán）渦的（de）釋放頻率/Hz；υ-流過旋渦發生體的流體平（píng）均速度（dù）/m/s；d-旋渦發（fā）生體特征寬度/m；St為斯特羅哈數（shù），無量綱，數值範圍為0.14~0.27，St是雷諾數的函數，St=f（l/Re）。
當雷諾數Re在102～105範圍內，St值約（yuē）為0.2，因此，在測量中，要（yào）盡量滿足（zú）流體的雷（léi）諾數在102～105，旋渦頻率f＝0.2υ/d。
由此可知（zhī），通過（guò）測量旋渦頻率（lǜ）就可以計算出流過旋渦發（fā）生體的流體平均速度（dù）v，再由式q=υA可以求（qiú）出流量q，其中A為流體流過旋渦發生體的截麵積。
煤氣流量計（jì）由檢測器、放大器和轉換器等組成，當（dāng）旋渦（wō）在發（fā）生體兩側產生時，利用壓電傳感器測出與流體流向垂直的交變升力變化，將（jiāng）升力的變化轉換為電的頻率信號，再將頻（pín）率信號進行放大和整形（xíng），直接（jiē）以數字輸出，與數字顯（xiǎn）示儀表配套，也可以通（tōng）過D/A轉換成4mA～20mADC輸（shū）出，以（yǐ）便進行（háng）測量指示、記錄、積算和控（kòng）製等。
3 煤氣流量計在塔西南（nán）化肥廠（chǎng）的應用
塔西南化肥廠主要生產裝置合成氨裝置和尿素裝置（zhì）流量儀表共116塊，其中煤氣流量計32塊，占28%，主要用於測量蒸汽、天然氣、二氧化碳、冷凝液等。用於蒸汽測（cè）量的煤氣流量計的效果（guǒ）*為明顯（xiǎn），在塔西南化肥廠的中壓蒸汽中加入了磷酸三（sān）鈉，磷（lín）酸（suān）三鈉（nà）易（yì）結晶（jīng），采用差壓（yā）式流（liú）量計，如果現場一次表的排汙閥等有泄漏現象，磷酸三鈉就會在引壓（yā）管（guǎn）線（xiàn）中沉澱、析出，造成引壓管（guǎn）線的堵塞，從而導致流量儀表指示不準確或者波動大，給工藝人員的正常操作和控（kòng）製帶來困難（nán）。下麵結合塔西南化肥廠（chǎng）用於中壓蒸汽測（cè）量的煤氣流量計FT-3002，談談煤氣流量計的（de）安裝、故障處理及常規維護。
3.1 煤（méi）氣流量（liàng）計的安裝
（1）煤氣流量計盡量安裝在遠離振動源和電磁幹擾較強的地方，FT-3002安裝位置附近無電磁流量計等高頻率電磁設備。
（2）閥門位（wèi）置和直管（guǎn）段長度選擇。一般來講，把煤氣流量計安裝在閥（fá）門（mén）的上遊，直管段較長，前（qián）後直管段要滿足煤氣流量計的要求。塔西南化肥廠的中壓蒸汽由輔助鍋爐提（tí）供，中壓蒸汽的流量控製由調節閥完（wán）成（chéng），FT-3002的安（ān）裝位置距離調節閥（fá）大約200m左右，流量計前後（hòu）直管段約20m左右，這（zhè）樣由於調（diào）節閥調節帶來的流體振動就不（bú）會對（duì）煤氣流量計的測量產生任何影響，保證了測量的穩定和準確。
（3）有縮頸、擴頸和彎管時（shí），應配置合理的上、下遊直管段，如果管道中有一個彎管接頭，那麽流量計和旋渦發生體與彎管接頭應在同一平麵。
（4）設計流量計的安裝管道時，應設計旁路管（guǎn）道，方便拆卸（xiè）、維修和調試。新（xīn）安裝的管道或（huò）維修過的管道，運行前應衝洗掉管內（nèi）的鐵（tiě）鏽、水垢渣和汙泥。FT-3002安裝位置較高（gāo），搭建了專門的維（wéi）護（hù）平台，這（zhè）樣保證了（le）儀表（biǎo）維護人員的人生安全。
（5）要做好煤氣流量計的防雨、防雷電工作（zuò）。如果煤氣流量計安（ān）裝在露天，就（jiù）必須加裝遮雨帽，防止變送器表頭進水（shuǐ），造成電子元件故障；安裝煤氣流量計的（de）地方應當（dāng）遠離高大設備及建築物，以防雷擊。
用通訊器調整好煤氣流量計的量程、單位等（děng）參數。蒸汽流量受介質溫度和壓力的影響很大，所以在距離煤氣流量計較近的合適位置應當安裝壓力（lì）變送器和溫度計，在DCS係統裏，應當做好溫壓補償的組態，保證測量的準確。
3.2 常見（jiàn）故障處理及常規維護（hù）
（1）參數整定故障。由於參數錯（cuò）誤，導致（zhì）儀表指示有誤。參數錯誤使得二次儀表（biǎo）滿度頻率計算（suàn）錯誤。滿度頻率相差不多的使得指示長期不準，實際滿度頻率大於計算的滿度頻率的使得指示大範圍波動，無法讀數，而資料上（shàng）參數的不一致性又影響了參數的*終（zhōng）確定（dìng），*終通過重新（xīn）標定（dìng）結合相互（hù）比較確定了參數，解決（jué）了這一問題。
（2）二次表故障。這部分故障較多，包括：一次儀表電路板有斷線之處，量程設定有個別位顯示壞，K係數設定有個別位顯示壞，使得無法確定量程（chéng）設定以及K係數設定，通過（guò）修複相應的故障，問題得以解決。
（3）四路線路連接問題。部分回路（lù）表麵上看線路連接很好，仔細檢查，有的接頭實際已鬆動造成回路中（zhōng）斷，有的接頭雖連接很緊但由於副線問題（tí）緊固螺釘緊固在了線皮（pí）上（shàng），也（yě）使得回路中斷。
（4）漩渦變送器輸（shū）出信號不穩。漩（xuán）渦發生體和儀表測量管結垢或阻塞，清洗變送器即可解決問題。
（5）如果是分體（tǐ）式的（de）煤氣流量計，應當經常檢查接（jiē）線（xiàn）是否正常。
（6）定期對煤氣（qì）流量計（jì）進行校驗。校驗時應當選擇具有相關（guān）資質的校驗機構（gòu）。
（7）在非鑒定期內，如果工藝條件具備，應當（dāng）拆下流量計，清洗（xǐ）漩渦發（fā）生（shēng）體，清除（chú）發生體上（shàng）的結垢。
（8）儀表的數（shù）據資料的管理應引起（qǐ）足夠的重視，以（yǐ）利於日後的工作。
4 結語
煤氣流（liú）量計在塔西南化（huà）肥（féi）廠的 成功（gōng）應用表明，煤氣流量計故（gù）障率低，減（jiǎn）少了儀表維護人員的工作量，節約了人工（gōng）成本和材料成本，其高（gāo）精度、高（gāo）可靠性保證了（le）裝置的正常運行，提高了經濟效益。值得同行借鑒。
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煤氣流量計利（lì）用“卡門渦街”測量原理，測（cè）量（liàng）封閉管道（dào）內（nèi）介質的工況體積流量，它具有其（qí）他流量（liàng）計不可兼得的（de）較多優點，20世紀70年代以來得到了迅速（sù）的發展。與渦輪流量計（jì）相比，它沒（méi）有可動的機械部（bù）件，從而維護量小，儀表常（cháng）數穩定，容（róng）易在工作環境中保證精度；與孔板相比，它的（de）測量範圍（wéi）大，壓力損失（shī）小，準確度高（gāo）。煤氣流量計屬於流體振（zhèn）動式流量計，可用於測量飽和蒸汽、過熱蒸汽（qì）、各種氣體（tǐ）（如煤氣、天然氣、壓（yā）縮空氣、氧氣、氮氣、氬氣、氫氣、二氧化（huà）碳等）、水及低粘度、低溫液體（如鹽（yán）水、液氮）。汽液通用，無（wú）需實液標定；可準確測量封閉管道（dào）中蒸汽、氣體和液（yè）體的（de）流量。有抗振、耐腐、高溫、防爆等多種類型供選（xuǎn）用。通徑DN200以上為插入（rù）式煤氣流量（liàng）計；適用於冶金、化工、石油、煤氣、城市供排水、食品、紡織、礦山等工業過程、能源管理和環境工程行業。塔西南化肥（féi）廠32台煤氣流量計（jì）主要用於蒸汽、天（tiān）然氣、二氧化碳（tàn）、冷凝液等的（de）測量。
本文簡要介紹了煤氣流量計在塔西南化（huà）肥廠的成功應用，敘述了煤氣流量計的工作原理、安裝及使用過程中的注意事項；總結了煤氣流量計在現場應用中（zhōng）的故障處理及常規維護（hù）。
圖1 卡門漩渦
煤氣流量計是根（gēn）據卡門渦街原理製成的，在流動的液體中插入（rù）一（yī）個非流線（xiàn）型柱狀（zhuàng）物，則在柱體下遊會產生如圖1所示的（de）兩列不對稱且又有規律的（de）漩渦（wō）。該漩渦在柱（zhù）體的（de）側後方產生、分開，形成漩渦列，通常稱作卡門渦街或者卡門渦（wō）列。當滿足h'/1=0.281時，所產（chǎn）生的卡門漩渦是穩定的（de），而且產生單列漩渦的頻率與圓（yuán）柱體的直徑和流體流速有如下關係（xì）：
式中：f-旋（xuán）渦的（de）釋放頻率/Hz；υ-流過旋渦發生體的流體平（píng）均速度（dù）/m/s；d-旋渦發（fā）生體特征寬度/m；St為斯特羅哈數（shù），無量綱，數值範圍為0.14~0.27，St是雷諾數的函數，St=f（l/Re）。
當雷諾數Re在102～105範圍內，St值約（yuē）為0.2，因此，在測量中，要（yào）盡量滿足（zú）流體的雷（léi）諾數在102～105，旋渦頻率f＝0.2υ/d。
由此可知（zhī），通過（guò）測量旋渦頻率（lǜ）就可以計算出流過旋渦發（fā）生體的流體平均速度（dù）v，再由式q=υA可以求（qiú）出流量q，其中A為流體流過旋渦發生體的截麵積。
煤氣流量計（jì）由檢測器、放大器和轉換器等組成，當（dāng）旋渦（wō）在發（fā）生體兩側產生時，利用壓電傳感器測出與流體流向垂直的交變升力變化，將（jiāng）升力的變化轉換為電的頻率信號，再將頻（pín）率信號進行放大和整形（xíng），直接（jiē）以數字輸出，與數字顯（xiǎn）示儀表配套，也可以通（tōng）過D/A轉換成4mA～20mADC輸（shū）出，以（yǐ）便進行（háng）測量指示、記錄、積算和控（kòng）製等。
3 煤氣流量計在塔西南（nán）化肥廠（chǎng）的應用
塔西南化肥廠主要生產裝置合成氨裝置和尿素裝置（zhì）流量儀表共116塊，其中煤氣流量計32塊，占28%，主要用於測量蒸汽、天然氣、二氧化碳、冷凝液等。用於蒸汽測（cè）量的煤氣流量計的效果（guǒ）*為明顯（xiǎn），在塔西南化肥廠的中壓蒸汽中加入了磷酸三（sān）鈉，磷（lín）酸（suān）三鈉（nà）易（yì）結晶（jīng），采用差壓（yā）式流（liú）量計，如果現場一次表的排汙閥等有泄漏現象，磷酸三鈉就會在引壓（yā）管（guǎn）線（xiàn）中沉澱、析出，造成引壓管（guǎn）線的堵塞，從而導致流量儀表指示不準確或者波動大，給工藝人員的正常操作和控（kòng）製帶來困難（nán）。下麵結合塔西南化肥廠（chǎng）用於中壓蒸汽測（cè）量的煤氣流量計FT-3002，談談煤氣流量計的（de）安裝、故障處理及常規維護。
3.1 煤（méi）氣流量（liàng）計的安裝
（1）煤氣流量計盡量安裝在遠離振動源和電磁幹擾較強的地方，FT-3002安裝位置附近無電磁流量計等高頻率電磁設備。
（2）閥門位（wèi）置和直管（guǎn）段長度選擇。一般來講，把煤氣流量計安裝在閥（fá）門（mén）的上遊，直管段較長，前（qián）後直管段要滿足煤氣流量計的要求。塔西南化肥廠的中壓蒸汽由輔助鍋爐提（tí）供，中壓蒸汽的流量控製由調節閥完（wán）成（chéng），FT-3002的安（ān）裝位置距離調節閥（fá）大約200m左右，流量計前後（hòu）直管段約20m左右，這（zhè）樣由於調（diào）節閥調節帶來的流體振動就不（bú）會對（duì）煤氣流量計的測量產生任何影響，保證了測量的穩定和準確。
（3）有縮頸、擴頸和彎管時（shí），應配置合理的上、下遊直管段，如果管道中有一個彎管接頭，那麽流量計和旋渦發生體與彎管接頭應在同一平麵。
（4）設計流量計的安裝管道時，應設計旁路管（guǎn）道，方便拆卸（xiè）、維修和調試。新（xīn）安裝的管道或（huò）維修過的管道，運行前應衝洗掉管內（nèi）的鐵（tiě）鏽、水垢渣和汙泥。FT-3002安裝位置較高（gāo），搭建了專門的維（wéi）護（hù）平台，這（zhè）樣保證了（le）儀表（biǎo）維護人員的人生安全。
（5）要做好煤氣流量計的防雨、防雷電工作（zuò）。如果煤氣流量計安（ān）裝在露天，就（jiù）必須加裝遮雨帽，防止變送器表頭進水（shuǐ），造成電子元件故障；安裝煤氣流量計的（de）地方應當（dāng）遠離高大設備及建築物，以防雷擊。
用通訊器調整好煤氣流量計的量程、單位等（děng）參數。蒸汽流量受介質溫度和壓力的影響很大，所以在距離煤氣流量計較近的合適位置應當安裝壓力（lì）變送器和溫度計，在DCS係統裏，應當做好溫壓補償的組態，保證測量的準確。
3.2 常見（jiàn）故障處理及常規維護（hù）
（1）參數整定故障。由於參數錯（cuò）誤，導致（zhì）儀表指示有誤。參數錯誤使得二次儀表（biǎo）滿度頻率計算（suàn）錯誤。滿度頻率相差不多的使得指示長期不準，實際滿度頻率大於計算的滿度頻率的使得指示大範圍波動，無法讀數，而資料上（shàng）參數的不一致性又影響了參數的*終（zhōng）確定（dìng），*終通過重新（xīn）標定（dìng）結合相互（hù）比較確定了參數，解決（jué）了這一問題。
（2）二次表故障。這部分故障較多，包括：一次儀表電路板有斷線之處，量程設定有個別位顯示壞，K係數設定有個別位顯示壞，使得無法確定量程（chéng）設定以及K係數設定，通過（guò）修複相應的故障，問題得以解決。
（3）四路線路連接問題。部分回路（lù）表麵上看線路連接很好，仔細檢查，有的接頭實際已鬆動造成回路中（zhōng）斷，有的接頭雖連接很緊但由於副線問題（tí）緊固螺釘緊固在了線皮（pí）上（shàng），也（yě）使得回路中斷。
（4）漩渦變送器輸（shū）出信號不穩。漩（xuán）渦發生體和儀表測量管結垢或阻塞，清洗變送器即可解決問題。
（5）如果是分體（tǐ）式的（de）煤氣流量計，應當經常檢查接（jiē）線（xiàn）是否正常。
（6）定期對煤氣（qì）流量計（jì）進行校驗。校驗時應當選擇具有相關（guān）資質的校驗機構（gòu）。
（7）在非鑒定期內，如果工藝條件具備，應當（dāng）拆下流量計，清洗（xǐ）漩渦發（fā）生（shēng）體，清除（chú）發生體上（shàng）的結垢。
（8）儀表的數（shù）據資料的管理應引起（qǐ）足夠的重視，以（yǐ）利於日後的工作。
4 結語
煤氣流（liú）量計在塔西南化（huà）肥（féi）廠的 成功（gōng）應用表明，煤氣流量計故（gù）障率低，減（jiǎn）少了儀表維護人員的工作量，節約了人工（gōng）成本和材料成本，其高（gāo）精度、高（gāo）可靠性保證了（le）裝置的正常運行，提高了經濟效益。值得同行借鑒。
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