運用高溫型氫氣流量計解決不(bú)斷流問(wèn)題(tí)
點擊次數:2197 發布時間:2021-01-08 05:39:46
摘要:為了適應市場的(de)需求(qiú),在普通渦街的基礎上,研製出一種不斷流傳感頭可拆高溫型氫氣流(liú)量計。該流量(liàng)計將漩渦檢測傳力杆與(yǔ)信號檢測傳感頭巧妙的隔開,且二者(zhě)完全密閉隔離,使得信號檢測傳感(gǎn)頭的溫度遠遠低於介質的實際溫度。既解決了測量(liàng)高溫介質的問題,又解決了普通渦街現場不斷流(liú)拆(chāi)卸的問題。同時還(hái)節省了在重要場合安裝的備用旁路設(shè)施,降(jiàng)低了使(shǐ)用單位(wèi)的前期成本。
引言
自20世紀(jì)60年代末開始研製氫氣流量計至今,人們已經相繼開發出了多種類(lèi)型阻(zǔ)擋體及漩渦檢測方法的(de)氫氣流量計,並在管道流量測量中得到了廣泛應用。隨著相關科學技術的(de)不斷發展,氫氣流(liú)量計的整體性能也在不斷地提高(gāo),並以其測量精(jīng)度(dù)高(gāo)、量程範圍寬、壓力損失小以及較高的性價比等特點,越來越被廣大用戶所(suǒ)認(rèn)可。氫氣流量計也因此(cǐ)而躋(jī)身(shēn)於通用流量計之列。
然而,隨著普通氫氣流量計使用量的增多,人們(men)逐漸發現,雖(suī)然它具有很(hěn)多優點(diǎn),但在使用過程中還是存在著諸(zhū)如可測介質溫度低(受信號(hào)檢測傳感頭(tóu)材料限(xiàn)製,一般長期使用溫度低於350℃)、更換傳感器測頭麻(má)煩、可靠性能差等(děng)使(shǐ)用上的局限性(。也(yě)正是(shì)因為如此,在重要(yào)的控製場合和測量高溫介質的流量係統中,普通渦街還是一直不能夠被選用。為了解決普通渦街在使用上的(de)局限性,技術(shù)人員憑借多年的製(zhì)造和使用經驗,在普通氫氣流量計的基礎上,研製開發出了一種不斷流傳感頭可拆高溫型氫氣(qì)流(liú)量(liàng)計(後文簡(jiǎn)稱為不斷流渦街)。該氫氣流量計將漩渦檢測傳力杆與信號檢測傳感頭通(tōng)過隔離裝置巧妙地隔離。由於不斷流渦街的傳力杆與信號檢測傳(chuán)感頭是完全密閉隔離的,使得信號檢測傳感(gǎn)頭(tóu)的使用溫度要遠遠低(dī)於被測介質的實際溫度。這樣既解決了普通(tōng)渦街不能(néng)在線不斷流更換以及維護信號檢測傳感頭的問題,又解決了普通渦(wō)街測量介質溫度低的問題。
1不斷流渦街的結構原(yuán)理
不斷流(liú)渦街同樣是以(yǐ)卡門渦街原理為依據測量流體流速的,但不斷流渦街表體已經在結構上有了質的改變。如圖1所示,它將普通渦街單一的信號(hào)檢測傳感頭改變為傳力杆與信號檢測傳感頭(tóu)兩部分,並通過隔離裝置完全隔離(lí)。當表(biǎo)體中流過流體並產(chǎn)生漩渦時,由傳力杆檢測漩渦的變化,並以力的形式傳遞(dì)給信號檢測傳感頭,完成了力(lì)信號到電信號的轉(zhuǎn)換(huàn)過(guò)程。雖(suī)然傳力杆與流(liú)體直接接觸,但其本身隻是進行力傳輸的杠杆,因此,隻對外形尺寸及(jí)鋼材選擇上具有要求。而信號檢測傳感頭是通過隔離裝置與流體完全密閉隔離的,再加上隔離(lí)裝置(zhì)本身具有的散熱功能(néng),使得信號檢測傳感頭(tóu)的使用溫度(dù)要遠遠低於(yú)流體的實際溫度,從而有效地提高(gāo)了普通信號檢測傳感頭的可測介(jiè)質溫度。同時(shí),不斷流渦街(jiē)在進行維修更(gèng)換信號檢測傳感頭時,並不影響工(gōng)藝管(guǎn)道內流體的流動,真正實現了信號檢測(cè)傳感(gǎn)頭的不斷流拆裝維(wéi)護。

1.1表體結構
各部件功能說明如下:
①阻(zǔ)流體(tǐ)。和普通氫氣流量計一樣,阻流體作為不斷流渦街的漩渦發生體,其外形尺寸與對(duì)應口徑的普通型渦街阻流體(tǐ)在材質及外形尺寸上完全(quán)相(xiàng)同。
②傳力杆。用於檢測流體流過阻流體(tǐ)後產生漩(xuán)渦振動頻率的(de)傳感頭。
③信號檢測傳感頭。用於將振動頻率(lǜ)轉換成與之(zhī)對應的電(diàn)荷信號的傳感頭。
④隔(gé)離裝置。實現將表體內流體與外界及信號檢測傳感頭隔離的裝置,同時還具(jù)有為信號檢測傳感頭散熱的功(gōng)能。
1.2測t原理
由於不斷流(liú)渦街的(de)阻流體(tǐ)與相同口徑普通氫氣(qì)流量計的阻流體在結構和外形尺寸上是完全相同的(不同的隻是漩渦頻率的檢測方法)。由(yóu)卡門渦(wō)街原理可知,不斷流渦(wō)街漩渦頻率的計算方(fāng)法與(yǔ)普通渦街完全相同。在不斷(duàn)流渦街表體(tǐ)中設置阻流體(漩渦發生體),從(cóng)阻(zǔ)流體兩(liǎng)側交替地產生有規則(zé)的漩渦,這種漩渦稱為卡(kǎ)門渦街,漩渦在阻擋體(tǐ)下遊非對稱地排列。
根據(jù)卡門渦街原理,有如(rú)下(xià)關(guān)係式:

式中:m為(wéi)漩渦發生體兩側弓形麵積(jī)與管道橫截麵麵積之比;D為表體通徑,~;d為漩(xuán)渦發(fā)生體迎麵寬度,~;f為漩(xuán)渦的(de)發生頻率,Hz;U:為漩渦發生體兩側平均流速,耐(nài)s;sr為(wéi)斯特勞哈爾數;U為被測介質來流的平均速度,耐s。管道內體積流量q。為:

式中:e為瞬時工況體積流量,m,h/。
在(zài)實際標定過程中,相同口徑的不斷流渦街與普通氫氣流(liú)量計(jì)在可測流量範圍、基(jī)本(běn)誤差、重(chóng)複性等參(cān)數上基本一致(zhì),達到了設計和使用(yòng)精度的要求。
2不斷流渦街實(shí)際檢定情(qíng)況
分(fèn)別用精度0.5級音速噴嘴氣體標定裝置、精度(dù)0.2級稱重法水標定裝置對DN50口徑的不斷流渦街進行實際(jì)標定,其標定(dìng)數(shù)據如表1、表(biǎo)2所示。

由(yóu)表1和表2的實際標定數據可知,在(zài)量程比大於1:10的情況下,用不斷流氫氣流量計測量氣體或液體介質時,基本誤差(chà)及重(chóng)複性(xìng)均能達(dá)到中華人(rén)民共和國機械行業標準JB/T9249一1999《渦街流量傳感器》[’1中所規定的精度要求。
3 實際使用過程中與普通氫氣流量計的(de)、對比
3.1 可(kě)測流體(tǐ)溫度
普通氫氣流量計受表體(tǐ)結(jié)構及信(xìn)號傳感頭材料(liào)(壓電晶體)的限製,一般允許*高工作溫度為350℃,而長期使用溫度(dù)應(yīng)低於30℃,否(fǒu)則會大大縮短信號檢測傳感頭的使用壽命岡。而不斷流渦街由(yóu)於獨特的隔(gé)離型結構設計,使信號檢測傳感頭與高溫(wēn)流體介質完全(quán)隔離,再加上隔離(lí)裝置本身(shēn)具有散熱功能,使得信號檢測(cè)傳感頭的實際使用溫度要(yào)遠(yuǎn)遠低(dī)於流體溫度。
通過(guò)在大港石(shí)油420℃高溫過熱蒸(zhēng)汽主(zhǔ)管道上近(jìn)兩年的實際使用情況(kuàng)表明,將普通耐溫30℃的壓電(diàn)式(shì)傳(chuán)感頭用作不斷流渦街中的信號檢測傳感頭,不斷流渦街可在流體溫(wēn)度高達420℃工藝管道上長期(qī)、穩定、準確、可靠的運行。由此可見,這種傳感頭不斷流拆裝的(de)隔離(lí)結構設計將普通傳感頭的長期使用溫度提高了約120℃。
3.2 不斷流(liú)拆裝
圖2a為(wéi)普通氫氣流量計的現場(chǎng)安(ān)裝結構示(shì)意圖。在重要的流(liú)量係統中,為(wéi)了在流量儀表發生故障時不影響工藝過程,安裝普通(tōng)氫氣流(liú)量(liàng)計時,一般需(xū)要同時安裝(zhuāng)旁路係統。對流量計進行維護時,為了保證管道內介質的正常流動而不影響工藝過程,將3#閥門打開後,關閉1禪(chán)閥(fá)門、2#閥門,再將渦街表體拆下,方(fāng)可進行傳感頭的拆裝更換。這樣既增加了工(gōng)藝管線的旁路設施及泄漏點,又增加了維護人員的工作量。
圖b為不斷流渦街(jiē)的現場安裝結構示意圖。由於(yú)不斷流渦街具有不斷流拆(chāi)裝信號檢測傳感(gǎn)頭(tóu)的功能,所以並不需要在工藝管線中安裝繁瑣的旁(páng)路係統。當不斷流渦街(jiē)出現故障或信號檢測傳感頭損壞時,不需要關閉閥門和拆卸(xiè)表體,便可以直接對信號檢測傳(chuán)感頭進行檢修及拆裝維護。這樣不僅實現了渦街信號檢(jiǎn)測(cè)傳(chuán)感頭的現場不斷流拆裝,而且還完全省(shěng)卻了繁瑣的旁路設施。既簡化了工藝(yì)管線,又減少了維護人(rén)員的工(gōng)作量

現場兩年多的(de)實際運行情況證明,安裝在藍星石化氣分裝置、餘碳四裝(zhuāng)置控製係統工藝管道上的不斷流(liú)渦街運行(háng)穩定可靠,維護簡單方便,完全能夠滿足現場控製精度及工藝流程的要求。同時,由於省略了以往安裝流量儀表(biǎo)時所(suǒ)需的旁路設(shè)施,還(hái)為企(qǐ)業節省了大量的資金。
4 結束語
不斷流渦(wō)街(jiē)不(bú)僅(jǐn)延續了普通渦街的全部(bù)優(yōu)點,同時由於具有的不斷(duàn)流拆裝信號傳感頭(tóu)功能,所以去掉了以往流量儀表安裝時(shí)繁瑣的旁路設施(shī),提高了可測介質溫度(可長期工作在(zài)420℃高溫(wēn)介質的工藝管線(xiàn)上)。也正是融合(hé)了這些優點,不斷流渦街才徹底改變了普通渦街不能被應用於重要控製係統的尷尬(gà)局麵,*大地(dì)拓寬了氫氣流量計的適用範(fàn)圍。從(cóng)不(bú)斷(duàn)流渦街的實際標(biāo)定情(qíng)況及現場實際使用情況來看,它運行穩定可靠,完全能夠(gòu)滿(mǎn)足工藝流程要求,因(yīn)此可廣泛地應用於石油、化工、冶金(jīn)、蒸汽熱網(wǎng)計量以及其它重要控製係統的流量工藝管線中。
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引言
自20世紀(jì)60年代末開始研製氫氣流量計至今,人們已經相繼開發出了多種類(lèi)型阻(zǔ)擋體及漩渦檢測方法的(de)氫氣流量計,並在管道流量測量中得到了廣泛應用。隨著相關科學技術的(de)不斷發展,氫氣流(liú)量計的整體性能也在不斷地提高(gāo),並以其測量精(jīng)度(dù)高(gāo)、量程範圍寬、壓力損失小以及較高的性價比等特點,越來越被廣大用戶所(suǒ)認(rèn)可。氫氣流量計也因此(cǐ)而躋(jī)身(shēn)於通用流量計之列。
然而,隨著普通氫氣流量計使用量的增多,人們(men)逐漸發現,雖(suī)然它具有很(hěn)多優點(diǎn),但在使用過程中還是存在著諸(zhū)如可測介質溫度低(受信號(hào)檢測傳感頭(tóu)材料限(xiàn)製,一般長期使用溫度低於350℃)、更換傳感器測頭麻(má)煩、可靠性能差等(děng)使(shǐ)用上的局限性(。也(yě)正是(shì)因為如此,在重要(yào)的控製場合和測量高溫介質的流量係統中,普通渦街還是一直不能夠被選用。為了解決普通渦街在使用上的(de)局限性,技術(shù)人員憑借多年的製(zhì)造和使用經驗,在普通氫氣流量計的基礎上,研製開發出了一種不斷流傳感頭可拆高溫型氫氣(qì)流(liú)量(liàng)計(後文簡(jiǎn)稱為不斷流渦街)。該氫氣流量計將漩渦檢測傳力杆與信號檢測傳感頭通(tōng)過隔離裝置巧妙地隔離。由於不斷流渦街的傳力杆與信號檢測傳(chuán)感頭是完全密閉隔離的,使得信號檢測傳感(gǎn)頭(tóu)的使用溫度要遠遠低(dī)於被測介質的實際溫度。這樣既解決了普通(tōng)渦街不能(néng)在線不斷流更換以及維護信號檢測傳感頭的問題,又解決了普通渦(wō)街測量介質溫度低的問題。
1不斷流渦街的結構原(yuán)理
不斷流(liú)渦街同樣是以(yǐ)卡門渦街原理為依據測量流體流速的,但不斷流渦街表體已經在結構上有了質的改變。如圖1所示,它將普通渦街單一的信號(hào)檢測傳感頭改變為傳力杆與信號檢測傳感頭(tóu)兩部分,並通過隔離裝置完全隔離(lí)。當表(biǎo)體中流過流體並產(chǎn)生漩渦時,由傳力杆檢測漩渦的變化,並以力的形式傳遞(dì)給信號檢測傳感頭,完成了力(lì)信號到電信號的轉(zhuǎn)換(huàn)過(guò)程。雖(suī)然傳力杆與流(liú)體直接接觸,但其本身隻是進行力傳輸的杠杆,因此,隻對外形尺寸及(jí)鋼材選擇上具有要求。而信號檢測傳感頭是通過隔離裝置與流體完全密閉隔離的,再加上隔離(lí)裝置(zhì)本身具有的散熱功能(néng),使得信號檢測傳感頭(tóu)的使用溫度(dù)要遠遠低於(yú)流體的實際溫度,從而有效地提高(gāo)了普通信號檢測傳感頭的可測介(jiè)質溫度。同時(shí),不斷流渦街(jiē)在進行維修更(gèng)換信號檢測傳感頭時,並不影響工(gōng)藝管(guǎn)道內流體的流動,真正實現了信號檢測(cè)傳感(gǎn)頭的不斷流拆裝維(wéi)護。

1.1表體結構
各部件功能說明如下:
①阻(zǔ)流體(tǐ)。和普通氫氣流量計一樣,阻流體作為不斷流渦街的漩渦發生體,其外形尺寸與對(duì)應口徑的普通型渦街阻流體(tǐ)在材質及外形尺寸上完全(quán)相(xiàng)同。
②傳力杆。用於檢測流體流過阻流體(tǐ)後產生漩(xuán)渦振動頻率的(de)傳感頭。
③信號檢測傳感頭。用於將振動頻率(lǜ)轉換成與之(zhī)對應的電(diàn)荷信號的傳感頭。
④隔(gé)離裝置。實現將表體內流體與外界及信號檢測傳感頭隔離的裝置,同時還具(jù)有為信號檢測傳感頭散熱的功(gōng)能。
1.2測t原理
由於不斷流(liú)渦街的(de)阻流體(tǐ)與相同口徑普通氫氣(qì)流量計的阻流體在結構和外形尺寸上是完全相同的(不同的隻是漩渦頻率的檢測方法)。由(yóu)卡門渦(wō)街原理可知,不斷流渦(wō)街漩渦頻率的計算方(fāng)法與(yǔ)普通渦街完全相同。在不斷(duàn)流渦街表體(tǐ)中設置阻流體(漩渦發生體),從(cóng)阻(zǔ)流體兩(liǎng)側交替地產生有規則(zé)的漩渦,這種漩渦稱為卡(kǎ)門渦街,漩渦在阻擋體(tǐ)下遊非對稱地排列。
根據(jù)卡門渦街原理,有如(rú)下(xià)關(guān)係式:

式中:m為(wéi)漩渦發生體兩側弓形麵積(jī)與管道橫截麵麵積之比;D為表體通徑,~;d為漩(xuán)渦發(fā)生體迎麵寬度,~;f為漩(xuán)渦的(de)發生頻率,Hz;U:為漩渦發生體兩側平均流速,耐(nài)s;sr為(wéi)斯特勞哈爾數;U為被測介質來流的平均速度,耐s。管道內體積流量q。為:

式中:e為瞬時工況體積流量,m,h/。
在(zài)實際標定過程中,相同口徑的不斷流渦街與普通氫氣流(liú)量計(jì)在可測流量範圍、基(jī)本(běn)誤差、重(chóng)複性等參(cān)數上基本一致(zhì),達到了設計和使用(yòng)精度的要求。
2不斷流渦街實(shí)際檢定情(qíng)況
分(fèn)別用精度0.5級音速噴嘴氣體標定裝置、精度(dù)0.2級稱重法水標定裝置對DN50口徑的不斷流渦街進行實際(jì)標定,其標定(dìng)數(shù)據如表1、表(biǎo)2所示。

由(yóu)表1和表2的實際標定數據可知,在(zài)量程比大於1:10的情況下,用不斷流氫氣流量計測量氣體或液體介質時,基本誤差(chà)及重(chóng)複性(xìng)均能達(dá)到中華人(rén)民共和國機械行業標準JB/T9249一1999《渦街流量傳感器》[’1中所規定的精度要求。
3 實際使用過程中與普通氫氣流量計的(de)、對比
3.1 可(kě)測流體(tǐ)溫度
普通氫氣流量計受表體(tǐ)結(jié)構及信(xìn)號傳感頭材料(liào)(壓電晶體)的限製,一般允許*高工作溫度為350℃,而長期使用溫度(dù)應(yīng)低於30℃,否(fǒu)則會大大縮短信號檢測傳感頭的使用壽命岡。而不斷流渦街由(yóu)於獨特的隔(gé)離型結構設計,使信號檢測傳感頭與高溫(wēn)流體介質完全(quán)隔離,再加上隔離(lí)裝置本身(shēn)具有散熱功能,使得信號檢測(cè)傳感頭的實際使用溫度要(yào)遠(yuǎn)遠低(dī)於流體溫度。
通過(guò)在大港石(shí)油420℃高溫過熱蒸(zhēng)汽主(zhǔ)管道上近(jìn)兩年的實際使用情況(kuàng)表明,將普通耐溫30℃的壓電(diàn)式(shì)傳(chuán)感頭用作不斷流渦街中的信號檢測傳感頭,不斷流渦街可在流體溫(wēn)度高達420℃工藝管道上長期(qī)、穩定、準確、可靠的運行。由此可見,這種傳感頭不斷流拆裝的(de)隔離(lí)結構設計將普通傳感頭的長期使用溫度提高了約120℃。
3.2 不斷流(liú)拆裝
圖2a為(wéi)普通氫氣流量計的現場(chǎng)安(ān)裝結構示(shì)意圖。在重要的流(liú)量係統中,為(wéi)了在流量儀表發生故障時不影響工藝過程,安裝普通(tōng)氫氣流(liú)量(liàng)計時,一般需(xū)要同時安裝(zhuāng)旁路係統。對流量計進行維護時,為了保證管道內介質的正常流動而不影響工藝過程,將3#閥門打開後,關閉1禪(chán)閥(fá)門、2#閥門,再將渦街表體拆下,方(fāng)可進行傳感頭的拆裝更換。這樣既增加了工(gōng)藝管線的旁路設施及泄漏點,又增加了維護人員的工作量。
圖b為不斷流渦街(jiē)的現場安裝結構示意圖。由於(yú)不斷流渦街具有不斷流拆(chāi)裝信號檢測傳感(gǎn)頭(tóu)的功能,所以並不需要在工藝管線中安裝繁瑣的旁(páng)路係統。當不斷流渦街(jiē)出現故障或信號檢測傳感頭損壞時,不需要關閉閥門和拆卸(xiè)表體,便可以直接對信號檢測傳(chuán)感頭進行檢修及拆裝維護。這樣不僅實現了渦街信號檢(jiǎn)測(cè)傳(chuán)感頭的現場不斷流拆裝,而且還完全省(shěng)卻了繁瑣的旁路設施。既簡化了工藝(yì)管線,又減少了維護人(rén)員的工(gōng)作量

現場兩年多的(de)實際運行情況證明,安裝在藍星石化氣分裝置、餘碳四裝(zhuāng)置控製係統工藝管道上的不斷流(liú)渦街運行(háng)穩定可靠,維護簡單方便,完全能夠滿足現場控製精度及工藝流程的要求。同時,由於省略了以往安裝流量儀表(biǎo)時所(suǒ)需的旁路設(shè)施,還(hái)為企(qǐ)業節省了大量的資金。
4 結束語
不斷流渦(wō)街(jiē)不(bú)僅(jǐn)延續了普通渦街的全部(bù)優(yōu)點,同時由於具有的不斷(duàn)流拆裝信號傳感頭(tóu)功能,所以去掉了以往流量儀表安裝時(shí)繁瑣的旁路設施(shī),提高了可測介質溫度(可長期工作在(zài)420℃高溫(wēn)介質的工藝管線(xiàn)上)。也正是融合(hé)了這些優點,不斷流渦街才徹底改變了普通渦街不能被應用於重要控製係統的尷尬(gà)局麵,*大地(dì)拓寬了氫氣流量計的適用範(fàn)圍。從(cóng)不(bú)斷(duàn)流渦街的實際標(biāo)定情(qíng)況及現場實際使用情況來看,它運行穩定可靠,完全能夠(gòu)滿(mǎn)足工藝流程要求,因(yīn)此可廣泛地應用於石油、化工、冶金(jīn)、蒸汽熱網(wǎng)計量以及其它重要控製係統的流量工藝管線中。
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