液化氣（qì）流量計

液化氣流（liú）量計的概述及（jí）特性

1、渦（wō）街流量計的概述

渦街流量計也稱為Vortex流量計。它的原理如同迎風飄揚的“旗幟”。空氣（流體）的流（liú）動受旗杆（渦旋產生體）作（zuò）用分別在旗（qí）幟（zhì）兩（liǎng）邊形成兩股渦旋氣流，由於每股氣流產生渦旋的間隔相等和兩邊的渦旋交叉產生使旗幟迎風舞動。風速越大，產生（shēng）渦旋的頻率越（yuè）高，使旗幟舞動（dòng）越快；風（fēng）速小，旗幟（zhì）舞動慢。渦街流量計就是（shì）利（lì）用測量旋渦產生的頻（pín）率或相應的物（wù）理量來獲得被測流體的流量。

2、渦街流量計（jì）的特性（xìng）

渦街流量（liàng）計能按照卡（kǎ）爾曼渦（wō）街原理測量粘（zhān）度很小的液體、氣體和蒸汽的體積流量。形（xíng）成渦街的前提條（tiáo）件是管道中的流動流體必須處於紊（wěn）流狀態。它的主要特點如下。

1）測量（liàng）結果與被測（cè）介質類型無關（guān）。渦旋分離頻率與被測介質的類型無關。1m3液體與1m3氣體或蒸汽所產生（shēng）的測量脈衝同樣多。從而可以看出，渦街流量計是一（yī）種通用的流量測量（liàng）裝置。

2）量程範（fàn）圍大。該流量（liàng）計可在（zài）氣體100:1、液體50:1的動態範圍內達到很高的精度。在上、下限量程處（chù）的測量具有同樣的精度。

3）測量結果與壓力、溫（wēn）度、密度和粘度的（de）變化無關。

4）具有較高的測量精度。采用計算機控（kòng）製把k因（yīn）子曲線（非線性曲線）存入計算機，而（ér）後根據不同的狀況調用相應的k因（yīn）子（zǐ）值（儀表係數）對測量結（jié）果進行（háng）自動（dòng）補償。在T型渦（wō）旋產生體中，雷諾係數與k因子關係成S形曲線，在Re〉5000時由於非（fēi）線性關（guān）係會使產生的示值相對測量（liàng）誤差高達7.5%。因此（cǐ），需要對雷諾係數進行分（fèn）段線性化，即把5000〈Re〈30000範圍劃分成兩個區（qū）域5000～20000和（hé）20000～30000.這樣使示值相對測量誤差達到1%～2%。

5）價格適中。采用精密的澆鑄技術使機加工和焊接費用下降，從而渦街流量計價格也明顯降低。

6）使（shǐ）用壽命長。

7）改善了小流量測（cè）量性能。把自適應濾波器（qì）技術（shù）與（yǔ）小（xiǎo）流（liú）量自動切換技術相結合可（kě）改善小流量時的測量性能，還能抗過程噪聲（shēng）的（de）幹擾（rǎo）。

8）維（wéi）護成本低。

9）選（xuǎn）擇多樣性：適配（pèi）的管道直（zhí）徑從DN15到DN300；接口形式有法蘭式、嵌入式和（hé）衛生式；測量管道可選精密澆鑄管道（dào）或不鏽鋼管道；測量管道和（hé）變送器（qì）的結構有一體式和分體式2種；還有冗餘雙測量係統的裝（zhuāng）置。

液化氣流量計的工作原理

在流體中設置（zhì）非流線型旋渦（wō）發生體（阻流體），則從旋渦發生體兩側交替地產生兩列（liè）有規則的旋渦，這種旋渦稱為卡曼渦街，如圖（tú）(一（yī）)所示。

旋渦列在旋渦發生體下遊非對（duì）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（fā）生體迎流麵寬度（dù）為d，表體通徑為D，根據卡曼渦街原理，有如下關係式:

f=StV/d         公（gōng）式(1)

式中：

f－發生體一側產（chǎn）生的卡門旋渦頻率

St－斯（sī）特（tè）羅哈爾數（無量綱數）

V－流（liú）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（sī）特羅哈爾數（shù）（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（de）關係。

在曲（qǔ）線表中St＝0.17的平直部分，漩渦的釋放頻率與（yǔ）流速（sù）成正比（bǐ）,即為（wéi）渦街流量計傳感器測量（liàng）範圍度。隻要檢測出頻率f就可以求得管內流體的流速（sù），由流速V求出體積流量。所（suǒ）測得的脈衝（chōng）數與體積量之比，稱（chēng）為儀表常數（K），見（jiàn）式（2）

K＝N/Q（1/m³）       公式（2）

式中：K＝儀表常數（1/m³）。

N＝脈衝個（gè）數 

Q＝體積流量（m³）

液化氣流（liú）量計主要技術（shù）指標

公稱通徑(mm)：25，40，50，65，80，100，125，150，200，250，300，(300～1000插入式)

公稱壓力(MPa)：DN25-DN200 4.0(>4.0協議供（gòng）貨（huò）)，DN250-DN300 1.6(>1.6協（xié）議供貨)

介質溫度(℃)：壓電式：-40～260，-40～320；電容式（shì）： -40～300, -40～400，-40～450（協議訂貨）

本體材料：1Cr18Ni9Ti，(其它材料協議供貨)

允許振動加速度：壓電式:0.2g；電容式:1.0～2.0g

精確（què）度：±1%R，±1.5%R，±1FS；插入式：±2.5%R，±2.5%FS

範圍度：1：6～1：30

供電電壓：傳感（gǎn）器：+12V DC，+24V DC；變送器：+12V DC ，+24V DC；電（diàn）池供電型：3.6V電池

輸出信號：方波脈衝(不包括電（diàn）池供電型)：高電平≥5V，低電平（píng）≤1V；電流：4～20mA

壓（yā）力損失係數：符合JB/T9249標（biāo）準（zhǔn）　Cd≤2.4

防爆標誌：本安型：ExdⅡia CT2-CT5隔爆型：ExdⅡCT2-CT5      

防護（hù）等級：普通型IP65     潛水型 IP68

環境條件：溫度-20℃～55℃，相對濕度5%～90%，大氣（qì）壓力86～106kPa

適用介質：氣（qì）體、液（yè）體、蒸汽（蒸汽流量計）

傳輸距離：三線製脈衝輸出型：≤300m，兩線製標準電流輸出型 (4～20mA)：負載電（diàn）阻≤750Ω

液化氣流量計儀表口徑的確定和安裝設計

儀表選型是儀表應用中非（fēi）常重用的（de）工作,儀表選型的正確（què）與否將直接影響到儀表是否能夠（gòu）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並**可與我公司的銷售或技術支持部門聯係，以確保選型（xíng）正（zhèng）確。

一（yī）.適用流量範圍和儀表口徑的確定

儀表口徑的選（xuǎn）擇，根據流量範圍來確定。不同口徑渦街流量儀（yí）表的測量範圍是不一樣的。即使同一口徑流量表，用於不同介質時，它的測量範圍也是不一樣的。實際可測（cè）的（de）流量範圍需要通過（guò）計算確定。

（一）參比條件下空氣及水的流量範圍，見表（二），參比條件如下：

1．氣體（氣體流量計）：常溫（wēn）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）確定流量範圍和儀表口徑的基（jī）本步驟：

1． 明確以下工作參數。

（1）被測介（jiè）質的名稱、組份

（2）工（gōng）作狀態的*小、常用、*大流（liú）量

（3）介（jiè）質的（de）*低、常用、*高壓力和溫（wēn）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（zhuàng）態（tài）體積流量，因（yīn）此應先根據工藝參數求出介質的（de）工作狀態體積流（liú）量,相關公式如下：

（1）已知（zhī）氣體標準狀態（tài）體積流量，可通過以下公式求出工況體積流量

 (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

（3）已知質量（liàng）流量Qm換（huàn）算為體積流（liú）量Qv

式中：

Qv：介質在工況狀態下的體積流量(m³/h)（Qv=3600f/K  K:儀表係數 ）

Qo： 介質在標準狀態下的體積流量(Nm³/h)

Qm： 質量流量 (t/h)

ρ： 介質在工況狀態下的密度(kg/m³)

ρo：介質（zhì）在（zài）標準狀態下的密（mì）度(kg/m³)，常用氣（qì）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（wō）街流量儀（yí）表的上限（xiàn）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（de）計算。下限（xiàn）流量（liàng）的計算應該滿足兩個條件：*小雷諾數不應低（dī）於界限雷諾數（Re=2×104）；對於應力式渦街（jiē）流（liú）量儀表在下限流量時產生的旋渦強度應大於傳感（gǎn）器旋渦強度的允許值（旋渦強（qiáng）度與升力（lì）ρv2  成比例關係）。這些條件可表示如下：

由密度決定（dìng）的工（gōng）況可測（cè）下限流量：

由運動粘（zhān）度決定的（de）線（xiàn）性下限流量：

式中：

Qρ：滿（mǎn）足旋渦強（qiáng）度要求的*小體積流量(m³/h)

ρ0:參比條件（jiàn）下介（jiè）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（zhì）工況（kuàng）密度（dù）（kg/m³）

Q0: 參比條件下儀表的*小體積流量

(m³/h)      

υ:工作狀態（tài）下介質的運動（dòng）粘度（dù）(m²/s)

υo:參比條件下介質的運（yùn）動粘度(m²/s)

通過公式（shì）（6）、（7）計算出Qρ和Qν。比較Qρ和（hé）Qν，確定流（liú）量儀表可測下限流量和線性下限流量：

Qυ≥Qρ：可測流量範圍為Qρ～Qmax  , 線性（xìng）流量範圍為Qυ～Qmax

Qυ<Qρ：可測流量範圍和線性流量範圍為（wéi）

Qρ～Qmax  

Qmax：渦街流量儀表（biǎo）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（liú）速應該小於70m/s,液體的上限流速應該小於（yú）7m/s

5．當用戶測量的介質為蒸汽時（shí），常采用的計量單（dān）位是質量流量，即：t/h或Kg/h。由於蒸汽（過熱蒸汽和飽和蒸汽）在不同溫（wēn）度和壓（yā）力下的密度是不同的，因此蒸汽流量範（fàn）圍的確定可由公式(8)進行計算得出

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（yǐng）響，公式(單位：Pa)：

△p= 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（bèi）測介質（zhì）為液體時,為防止氣化（huà）和氣蝕,應使管道壓力符合以下（xià）要（yào）求: 

p≥2.7△p+1.3p0       公式（10）

式中： 

△p: 壓力損失（Pa）

p0：工作溫度下液體的飽和蒸（zhēng）汽壓（Pa絕壓）

Po:流體的蒸汽（qì）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（liú）量下限（xiàn）不滿足設計工藝要求時，應該考（kǎo）慮選用其它類型流量計。

9．通過計算如果（guǒ）有兩種口徑都可滿足（zú）要求，為了提高測（cè）量效果、降低造價，應選（xuǎn）用口徑（jìng）較小的（de）表。應該注意的是，盡可能使常用量處在（zài）流量範圍上限的1/2～2/3

△p:壓力損失（Pa）  Cd：壓力損失係數

表（biǎo）(二)　　參比條件下渦街流量傳感器工況流量範圍表

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（qì）體壓力（lì）和溫度（dù）及標（biāo）況下（xià）的流量時

某壓縮空（kōng）氣，標況流量範（fàn）圍為QN=1200-12000Nm³/h,壓（yā）力P=0.7Mpa(表壓)，溫度t=30℃。試確定流量計口（kǒu）徑。

步驟一：計算壓縮空氣的工況體積流量

由公式(3):

工（gōng）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（kuàng）使用流量上限為: Qvmax=1570(m³/h)

步驟二（èr）：根據（jù）使用工況流量範圍157-1570m³/h，查表（二），滿足下限流量（liàng）條件的流量計為（wéi）DN80 、DN100和（hé）DN125，考慮到上限流量1270m³/h及使用效果和經濟成本（běn），初選DN100, DN100流量計的工（gōng）況流量範圍是100-1700m3/h，接近使用流量範圍，初選DN100流量計，但應具體（tǐ）核算DN100流量計（jì）在該工況條件下的（de）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):

即，流量計在該工況條件下的可測下限流量是37.46m³/h，遠小於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）,流量範圍為3t/h～25t/h, 試  確定流（liú）量計口徑。

步驟一：計算蒸汽的等效空氣參（cān）比條件下的體積流量範圍（wéi），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（èr）：根據（jù）等效參比流量範（fàn）圍765-6379m³/h，查表（二），比較適合該（gāi）流（liú）量範圍為DN200口徑。