關於管道煤氣流量計的結構原理與解決不斷流問題

摘要:為了（le）適應（yīng）市場的需求,在普通渦街的基礎上,研製出（chū）一（yī）種不斷（duàn）流傳感頭可拆高溫型管道煤氣（qì）流量計。該流量（liàng）計將漩渦檢測傳力杆與信號檢測傳感頭巧妙的（de）隔開,且二者完全密閉隔離,使得信號檢測傳感頭（tóu）的（de）溫度遠遠低於介質的實際溫度。既解決了測量高溫介質的問題,又解決了普通渦街（jiē）現場不斷（duàn）流拆卸（xiè）的問題。同時還節省了在重要場合安裝的（de）備用旁路設施（shī）,降低了使用單位的前期成本。
引言
自20世紀60年代末（mò）開（kāi）始研製管道煤氣流量計至今,人們已經相繼開發出（chū）了多種類型阻擋體及漩渦檢測方法的流量計,並在管道（dào）流量測量中得到了廣（guǎng）泛應用。隨著相關（guān）科學（xué）技術的不斷發展,流量（liàng）計的整體性能（néng）也在（zài）不斷地提高（gāo）,並以其測量精度高、量程（chéng）範圍寬、壓力損失小以及較高的性價比等特點（diǎn）,越來越被廣大用戶所認可。管道煤氣流（liú）量計也因此而躋（jī）身於通用流量計之列。
然而,隨著普（pǔ）通流（liú）量計使用量的（de）增多,人們逐漸發現,雖（suī）然它具有很多（duō）優點,但在使用過程（chéng）中還是存在（zài）著諸如可測介質（zhì）溫度（dù）低(受信號檢測傳感頭材料（liào）限製,一般長期使用溫度低於350℃)、更換傳感（gǎn）器測頭麻煩、可靠（kào）性能（néng）差等使用上的局限性(。也正是因為如此（cǐ）,在重要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（zhí）不能夠被選（xuǎn）用。為了解決普通渦（wō）街在（zài）使用上的局限性（xìng）,技術（shù）人員憑借多年的製造和使用經驗,在普通流量計（jì）的基（jī）礎上（shàng）,研製開發出了一種不斷流傳感頭可拆（chāi）高溫型管道煤（méi）氣流量計(後文簡稱為不斷（duàn）流渦街)。該流量計將漩（xuán）渦檢測傳力杆與信號檢測傳感頭通過（guò）隔離裝置巧妙地隔離。由於（yú）不斷流渦（wō）街的（de）傳力杆與信號檢測傳感頭是（shì）完全密（mì）閉隔離的,使得信號檢測傳感頭的使用溫度要遠遠低於被測介質的實際（jì）溫度。這樣既（jì）解決了（le）普通渦街不能在線不斷流更換以及維護信號檢測傳感頭的問題,又解決了普通渦街測量介質溫度低的（de）問題。
1不斷流渦街的結構原（yuán）理
不斷流渦街同樣是以卡（kǎ）門（mén）渦街（jiē）原理為依據測（cè）量（liàng）流體流速的,但（dàn）不斷（duàn）流渦（wō）街表體已經在結構上有（yǒu）了質的改變。如圖1所示（shì）,它將普通渦街單一的信號檢測傳感頭改變為傳力杆與信號檢測傳（chuán）感頭兩部分,並通過（guò）隔離裝置（zhì）完全（quán）隔離。當表體中流過流體（tǐ）並產生漩渦時,由傳（chuán）力杆檢測（cè）漩渦的變化,並以力的形式傳遞（dì）給信號（hào）檢測傳感頭,完成了力信號到電信號的轉換過程。雖然傳力杆（gǎn）與流（liú）體（tǐ）直接接觸,但（dàn）其（qí）本身隻是進行力傳輸的杠杆（gǎn）,因此,隻對外形尺寸及鋼（gāng）材選擇上具有要求。而信號檢測傳感頭是（shì）通過隔離（lí）裝置與流體完全密閉隔離的,再（zài）加上隔離裝置本身（shēn）具有的散熱功（gōng）能,使得信號檢測傳感頭的使用溫度要遠遠低於流體的實際（jì）溫度,從而有效地提高了普通信號檢測傳感頭的可測介質溫度。同時,不斷流渦街在進行維（wéi）修更換（huàn）信號檢測傳感頭時,並不（bú）影響（xiǎng）工藝管道（dào）內流體的流動,真（zhēn）正實現了信號檢測傳感頭的不（bú）斷流拆裝（zhuāng）維護。

1.1表體結構
各部（bù）件功能說明如下:
①阻流（liú）體。和（hé）普通管道煤氣流（liú）量計一樣,阻流體作為不斷流渦街的漩渦發生體,其外形（xíng）尺寸與對應口徑的普通型渦街阻（zǔ）流體在材質及外形尺寸上完（wán）全相同。
②傳（chuán）力杆。用於檢測流體（tǐ）流過阻流體（tǐ）後產生漩渦振動（dòng）頻率的傳感頭（tóu）。
③信號檢測傳感頭。用（yòng）於將振動頻率轉換成與之對應的電荷信號的傳感頭。
④隔離裝置。實現將表體內流體與外界及信號檢測傳感頭隔離的裝置,同時還具有為信號檢測傳感頭散熱的功能。
1.2測t原理（lǐ）
由於不斷流渦街的阻流體與相（xiàng）同口徑普通管（guǎn）道煤氣流量（liàng）計的阻流體在結構（gòu）和外（wài）形尺寸上是完全相同的(不同的（de）隻是漩渦頻（pín）率（lǜ）的檢測方法（fǎ）)。由卡門渦（wō）街原理可知,不斷流渦（wō）街漩渦頻率的計算方法（fǎ）與普通渦街完全相同。在不斷流渦街表體中設置阻流體(漩渦發生體),從（cóng）阻流體（tǐ）兩側交替地（dì）產生（shēng）有（yǒu）規（guī）則的漩渦,這（zhè）種漩渦稱為卡門渦街,漩（xuán）渦在阻（zǔ）擋體下（xià）遊非對稱地排列。
根據卡門渦街原理,有如下關係（xì）式:

式中:m為漩渦發生體兩側弓形麵積與管道橫截麵（miàn）麵積之比;D為表體通徑,~;d為漩渦發生體迎麵（miàn）寬度,~;f為漩渦的發生頻率（lǜ）,Hz;U:為（wéi）漩（xuán）渦發生體兩側平均（jun1）流速,耐s;sr為斯特勞哈爾數;U為被測介質（zhì）來流的平（píng）均速度,耐s。管道（dào）內體積流量q。為:

式中:e為瞬時工況體積流量（liàng）,m,h/。
在實際標定過程中,相同口徑的（de）不斷流渦（wō）街與普通管（guǎn）道煤氣流（liú）量計在可（kě）測（cè）流量範圍、基本誤差（chà）、重複性等（děng）參數上基本一致,達到了設計和使用精（jīng）度的要求。
2不斷流渦（wō）街實際（jì）檢定情況
分（fèn）別用精度0.5級音速噴嘴氣體標定裝置、精（jīng）度0.2級稱重法水標定裝置對（duì）DN50口徑的不斷流渦街進行實（shí）際標定,其標（biāo）定數據如表1、表（biǎo）2所示。

由表1和表2的實際標定數據可知,在量程比大於1:10的情（qíng）況下,用不斷流管道煤氣流量計測量氣體或液體介質時,基本誤差及重複性均能達到中華人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（shí）際使用過程中與普通（tōng）流量計的、對比
3.1 可測流體溫度
普通管道煤氣流量計受表體結構及信號傳感頭材料(壓電晶體（tǐ）)的（de）限製,一般（bān）允許*高工作溫（wēn）度為350℃,而長期使用溫度（dù）應低於30℃,否則會（huì）大大縮短信號檢測傳（chuán）感頭的使用壽命岡。而（ér）不斷流渦街由於獨特的隔離型結構設計,使信（xìn）號檢測傳感頭與高溫流體介質完全隔離,再加上隔離（lí）裝置本身具有散熱功能,使得信號檢測傳感頭的實際（jì）使用溫度要遠遠（yuǎn）低於流體溫度。
通過（guò）在大港石油420℃高（gāo）溫過熱蒸汽主管（guǎn）道上近兩年的實際使用情況表明,將普通耐溫30℃的壓電式傳感頭用作不斷流渦街中的信號檢測傳感頭,不斷流渦街可（kě）在流（liú）體溫度高達420℃工藝管道上長期、穩（wěn）定、準確、可靠的運行。由此可見,這種傳感頭不斷流拆裝的隔離結構設計將普通傳感頭的長期使用溫度（dù）提高了約120℃。
3.2 不斷流拆裝
圖2a為普通管道煤氣流量計的（de）現場安裝結構示意圖。在重要的流量係統中（zhōng）,為了在流量儀表（biǎo）發生故障時不影響工藝過程,安裝普通流量計時,一般需要同（tóng）時安裝旁（páng）路係統。對流量計進（jìn）行維護時（shí）,為了保證管道內介質的（de）正常（cháng）流動而不影響工藝過（guò）程,將3#閥門打開後,關閉1禪閥門、2#閥門,再將渦街表（biǎo）體拆下（xià）,方（fāng）可進行傳（chuán）感（gǎn）頭的拆裝更（gèng）換。這樣既增加了工藝管線的旁路設施及泄漏點,又增加（jiā）了維（wéi）護人員的工作量。
圖b為不斷流渦（wō）街的現場（chǎng）安裝結（jié）構示意圖。由（yóu）於不斷流渦街具有不斷流拆（chāi）裝信號檢測傳感頭的功能,所以並不需要在工藝管線中安裝繁瑣的旁路係統。當不斷流渦街（jiē）出現故障或信號檢測傳感頭損壞時（shí）,不需要關（guān）閉閥門和拆卸表體,便可（kě）以直接對信號檢測傳感頭進行檢修及拆（chāi）裝維護。這樣（yàng）不僅實（shí）現了渦街信號（hào）檢測傳感頭的（de）現場不斷流拆裝,而且還完全省卻了繁瑣的旁路設施。既簡化了工藝管線,又減少了維護人員的工作量

現場兩年多的實際運行情況證明（míng）,安裝在藍星石化氣分裝（zhuāng）置（zhì）、餘碳四裝置控製係統工藝管道上的不斷流（liú）渦街（jiē）運行穩定可靠,維護簡單方（fāng）便,完全能夠滿（mǎn）足（zú）現場控製（zhì）精度及工藝流（liú）程的要求。同時,由於省略了（le）以往安裝流量儀表時所需的（de）旁路設施,還為企業節省了大量的資（zī）金（jīn）。
4 結束語
不（bú）斷流渦街不僅延續了普通渦街的全部優點,同時由於具有的不斷（duàn）流拆裝信（xìn）號（hào）傳感頭（tóu）功能,所以去掉了以（yǐ）往流量儀（yí）表安裝時（shí）繁瑣的旁路設施,提高了可測介質溫度(可（kě）長期工作（zuò）在420℃高溫介（jiè）質的工藝管線上)。也正是融合了這些優點（diǎn）,不斷流渦街才徹底（dǐ）改變了（le）普通渦街（jiē）不能被應用（yòng）於重要控製係（xì）統（tǒng）的（de）尷尬局（jú）麵,*大地拓寬（kuān）了管道煤（méi）氣流量計的適用範圍。從不斷流渦街的實際標定情況及現場實際使用情況來看,它（tā）運行穩定可靠,完全能（néng）夠滿足工藝（yì）流（liú）程（chéng）要求,因（yīn）此（cǐ）可廣泛地應用於石油、化工、冶金、蒸汽熱網計量以及其它重要控製係統（tǒng）的流量（liàng）工藝管線中（zhōng）。

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