介紹了渦街流量計(jì)的工作原理、選型注意事項(xiàng)及安裝要求，分析了其使用過(guò)程中的常見問(wèn)題及相應(yīng)對(duì)策，指出渦街流量計(jì)具有壓力損失小、量程范圍大、精度高、維護(hù)工作量小、成本低廉的特點(diǎn)，主要用于工業(yè)管道介質(zhì)流體的流量測(cè)量。

渦街流量計(jì)主要用于工業(yè)管道介質(zhì)流體的流量測(cè)量，其特點(diǎn)是壓力損失小，量程范圍大，精度高，在測(cè)量流體工況體積流量時(shí)幾乎不受流體密度、壓力、溫度、黏度等參數(shù)的影響，可用來(lái)測(cè)量液體、氣體、蒸汽等多種介質(zhì)，且維護(hù)量小、成本低廉，因此被廣泛應(yīng)用于氯堿行業(yè)。

1.渦街流量計(jì)的工作原理

渦街流量計(jì)是基于卡門渦街原理( karman vor-tex street) 進(jìn)行測(cè)量。當(dāng)流體通過(guò)漩渦發(fā)生體時(shí)，發(fā)生體兩側(cè)會(huì)交替出現(xiàn)有規(guī)則的漩渦，這種旋渦稱為卡門渦街。而且兩側(cè)漩渦的旋轉(zhuǎn)方向相反 ( 見圖1) ，每個(gè)漩渦將產(chǎn)生一個(gè)低壓區(qū)，傳感器監(jiān)測(cè)壓力變化并轉(zhuǎn)換成脈沖信號(hào)。在流量計(jì)的允許量程范圍內(nèi)，渦街的形成具有一定的規(guī)律。因此，渦街頻率與體積流量成比例關(guān)系。標(biāo)定系數(shù)( K 系數(shù)) 為比例常數(shù)，也就是通常所說(shuō)的儀表系數(shù)。K 系數(shù)為流量計(jì)流量系數(shù)，其物理意義是每立方米流體的脈沖數(shù)。 K 系數(shù) =流體體積脈沖數(shù)。

在流量計(jì)的允許量程范圍內(nèi)，K 系數(shù)僅僅取決于流量計(jì)的幾何尺寸，與流體流速和物理特性( 如黏度和密度) 無(wú)關(guān)。因此，K 系數(shù)與被測(cè)介質(zhì)類型無(wú)關(guān)。

 初始的測(cè)量信號(hào)( 渦街頻率) 已進(jìn)行數(shù)字化處理，與流量成線性比例關(guān)系。流量計(jì)在出廠前通過(guò)標(biāo)定確定 K 系數(shù)。

流量計(jì)的允許量程范圍主要取決于雷諾數(shù) ( Ｒe ) ，Ｒe 是流體的慣性力和黏性力的比值，用于表征流體的流動(dòng)特性。在采用渦街流量計(jì)進(jìn)行測(cè)量時(shí)，當(dāng) Ｒe ＞ 4 000 后，儀 表 才 會(huì) 有 顯 示 值; 當(dāng)Ｒe ＞ 20 000后，儀表的測(cè)量值才是線性的。Ｒe 的計(jì)算公式見式( 1) 。

2.渦街流量計(jì)的特點(diǎn)

2． 1 優(yōu)點(diǎn)

( 1) 安裝簡(jiǎn)便，免維護(hù) ( 與差壓式流量計(jì)比較) 。

( 2) 應(yīng)用范圍廣，可以測(cè)量液體、氣體以及蒸汽 ( 與電磁流量計(jì)比較) 。

( 3) 測(cè)量液體、氣體或蒸汽時(shí)，儀表內(nèi)置的溫度壓力傳感器直接補(bǔ)償，可得出質(zhì)量流量、標(biāo)況流量、熱量、比焓等值。

( 4) 成本低、壓損小 ( 與科氏力質(zhì)量流量計(jì)比較) 。

( 5) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單牢固，無(wú)可動(dòng)部件，使用壽命長(zhǎng)。 

( 6) 采用抗機(jī)械振動(dòng)、抗沖擊和抗臟污的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

( 7) 更換傳感器后不需要重新標(biāo)定。

2． 2 缺點(diǎn)

( 1) 量程比小于 10∶ 1( 質(zhì)量流量計(jì)一般在25∶ 1，電磁流量計(jì)為 100∶ 1) 。

( 2) 管道振動(dòng)對(duì)流量計(jì)影響較大。 ( 3) ***小流量受 Ｒe 影響。

( 4) 安裝要求高，對(duì)直管段以及墊圈同心度有較高的要求( 質(zhì)量流量計(jì)無(wú)直管段要求，電磁流量計(jì)要求其前面直管段長(zhǎng)度為 10 DN ，其后面直管段長(zhǎng)度為 5 DN ) 。

3.渦街流量計(jì)選型注意事項(xiàng)

渦街流量計(jì)按傳感器形式分為法蘭式、夾持式、插入式。選型時(shí)優(yōu)先考慮法蘭式，其次是夾持式和插入式。原因是夾持式和插入式流量計(jì)的精度受安裝影響較大，不規(guī)范的安裝將產(chǎn)生很大的測(cè)量誤差。

受 Ｒe 的影響，測(cè)量液體時(shí)，一般情況下流量計(jì)口徑小于管道口徑一檔，測(cè)量氣體時(shí)縮徑在一檔到兩檔。要根據(jù)式( 1) 計(jì)算 Ｒe ，具體要求是: ***小流量時(shí)的 Ｒe ＞ 20 000 。如果擔(dān)心計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性，可以委托渦街流量計(jì)生產(chǎn)廠家進(jìn)行計(jì)算，廠家都有專業(yè)的計(jì)算軟件( 如 E + H 公司的 Applicator 流量計(jì)算軟件) ，可根據(jù)用戶提出的要求( 被測(cè)介質(zhì)、流量范圍、溫度、壓力) 計(jì)算出介質(zhì)密度、黏度、聲速、流量范圍( 精度范圍內(nèi)) 、壓損、流速、體積流量誤差、質(zhì)量流量誤差、Ｒe 、渦街頻率、的儀表口徑等參數(shù)。

變送器的選用方式有兩種: 一體式和分體式，需根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)使用條件和環(huán)境進(jìn)行選型。在測(cè)量高溫介質(zhì)或安裝在水井中的場(chǎng)合下，建議選用分體式儀表，以方便檢修、調(diào)試或改善變送器的工作環(huán)境。

在測(cè)量氣體或蒸汽時(shí)，渦街流量計(jì)的選型一定要考慮溫度和壓力補(bǔ)償問(wèn)題 。因?yàn)闅怏w是可壓縮流體，當(dāng)溫度和壓力變化時(shí)，其體積將隨之改變。所以測(cè)量氣體流量時(shí)均要求流量計(jì)輸出質(zhì)量流量或標(biāo)準(zhǔn)體積流量，而渦街流量計(jì)是速度式流量計(jì)，只能測(cè)量工況下的體積流量，這樣就要求進(jìn)行溫度和壓力補(bǔ)償，將工況體積流量轉(zhuǎn)換為質(zhì)量流量或標(biāo)況體積流量。測(cè)量一般氣體時(shí)，補(bǔ)償原理符合標(biāo)準(zhǔn)氣體狀態(tài)方程，方程式見式( 2) 。

一般氣體的溫度和壓力補(bǔ)償由上位機(jī)( DC S 控制系統(tǒng)) 通過(guò)其專用補(bǔ)償功能塊實(shí)現(xiàn)。

測(cè)量蒸汽時(shí)，不能使用標(biāo)準(zhǔn)氣體狀態(tài)方程，其一般有以下兩種補(bǔ)償方式可選用。

( 1) 有些廠家的渦街流量計(jì)傳感器內(nèi)置溫度和壓力探頭，儀表根據(jù)所測(cè)溫度和壓力判斷蒸汽是飽和蒸汽還是過(guò)熱蒸汽，由儀表內(nèi)部集成的蒸汽數(shù)據(jù)庫(kù)自動(dòng)計(jì)算質(zhì)量流量。當(dāng)渦街流量計(jì)傳感器無(wú)內(nèi)置溫度和壓力檢測(cè)元件時(shí)，只能在儀表內(nèi)部做靜態(tài)補(bǔ)償( 即輸入固定的溫度和壓力值用于補(bǔ)償) 。此方法只適用于溫度和壓力變化不大的場(chǎng)所。

( 2) 采用蒸汽流量積算儀，將渦街流量計(jì)所測(cè)工況體積流量以及溫度和壓力變送器所測(cè)信號(hào)傳到蒸汽流量積算儀，通過(guò)蒸汽流量積算儀來(lái)完成溫壓補(bǔ)償 。蒸汽流量積算儀內(nèi)置過(guò)熱蒸汽以及飽和蒸汽所有數(shù)據(jù)，根據(jù)設(shè)計(jì)的流量測(cè)量單位可以輸出質(zhì)量流量、標(biāo)準(zhǔn)體積流量甚至熱量和比焓等。

4.渦街流量計(jì)的安裝要求

被測(cè)介質(zhì)具有穩(wěn)定流態(tài)是保證渦街流量計(jì)測(cè)量的前提條件，要使渦街流量計(jì)的測(cè)量值更穩(wěn)定、準(zhǔn)確，安裝時(shí)需注意以下 3 點(diǎn)。

 ( 1) 務(wù)必確保傳感器銘牌上的箭頭指向與流體流向一致。

( 2) 渦街流量計(jì)對(duì)***小直管段的要求見圖 2。

當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)存在 2 個(gè)或過(guò)多干擾源時(shí)，建議遵循***長(zhǎng)的直管段要求。圖 2 中的 A 表示前直管段，B 表示后直管段，h 表示管道擴(kuò)徑時(shí)產(chǎn)生的高度差; DN 為管道直徑。

當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法滿足直管段要求時(shí)，建議采用與渦街流量計(jì)配套的流量鎮(zhèn)流器。流量鎮(zhèn)流器可以在確保測(cè)量精度的前提下，減少 10 DN 的前直管段長(zhǎng)度。

( 3) 渦街流量計(jì)的安裝方式及注意事項(xiàng)。

①渦街流量計(jì)的***佳安裝方式是安裝在豎直管道上，流體自下而上流動(dòng)為佳。

②渦街流量計(jì)安裝在水平管道時(shí)，當(dāng)被測(cè)介質(zhì)溫度大于 200 ℃ 時(shí)，變送器表頭一定要向下安裝，以免因介質(zhì)溫度過(guò)高燒壞變送器電路板.

③測(cè)量蒸汽時(shí)，管道保溫不要超過(guò)***大保溫標(biāo)志。

④渦街流量計(jì)盡量避免安裝在泵或壓縮機(jī)出口較近或振動(dòng)大的場(chǎng)所。

⑤安裝渦街流量計(jì)時(shí)，必須規(guī)范使用密封墊，密封墊口徑絕不可小于流量計(jì)口徑，而且密封圈不可進(jìn)入管道。

5.渦街流量計(jì)使用中常見問(wèn)題及對(duì)策

( 1) 計(jì)量不準(zhǔn)。

①流速太低，Ｒe 低于 20 000; 對(duì)策: 提高流速或流量計(jì)縮徑。

 ②管線振動(dòng)大; 對(duì)策: 更改流量計(jì)安裝位置、加固管線、流量計(jì)前后加軟連接。

③測(cè)量氣體或蒸汽時(shí)補(bǔ)償方式或參數(shù)不正確;對(duì)策: 使用流量積算儀補(bǔ)償或上位機(jī)( DC S) 補(bǔ)償。

④流量計(jì)前后直管段不足; 對(duì)策: 更改流量計(jì)安裝位置或加流量鎮(zhèn)流器。

⑤流量計(jì)安裝時(shí)墊片不同心或伸入管道; 對(duì)策:正確選用配套墊片并正確裝配。

⑥氣液兩相或液體中固含量多; 對(duì)策: 改善工藝過(guò)程條件。

⑦儀表 K 系數(shù)或口徑等關(guān)鍵參數(shù)被修改; 對(duì)策: 根據(jù)流量計(jì)銘牌信息輸入正確參數(shù)。

⑧儀表傳感器損壞 導(dǎo)致傳感器靈敏度變差對(duì)策: 更換傳感器。

( 2) 傳感器損壞。

①流速過(guò)快。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)流速超過(guò)儀表***大量程的 95% 以后，極易造成傳感器的損壞; 對(duì)策: 減慢介質(zhì)流速或更換大口徑儀表。

②水錘。在蒸汽測(cè)量中，99% 的渦街流量計(jì)傳感器損壞原因是因?yàn)樗N; 對(duì)策: 工藝管線增加疏水器，緩慢開啟閥門以避免水錘產(chǎn)生。

③管線吹掃時(shí)未拆下流量計(jì)，管道內(nèi)殘留焊渣、焊條、小鐵塊等會(huì)打壞傳感器; 對(duì)策: 需拆下渦街流量計(jì)后再進(jìn)行管道吹掃。

④腐蝕。傳感器材質(zhì)選擇不正確; 對(duì)策: 根據(jù)所測(cè)介質(zhì)的特性選用正確材質(zhì)的傳感器。

⑤高溫。傳感器工作溫度大于其額定值; 對(duì)策:改善工藝條件或選用分體式傳感器測(cè)量。

6.結(jié)論

渦街流量計(jì)是依據(jù)卡門旋渦原理對(duì)封閉管道流體流量進(jìn)行測(cè)量的新型流量計(jì)，因具有良好的介質(zhì)適應(yīng)能力，無(wú)需溫度和壓力補(bǔ)償即可直接測(cè)量蒸汽、空氣及其他氣體、水及其他液體的工況體積流量，配備溫度、壓力傳感器可測(cè)量標(biāo)況體積流量和質(zhì)量流量，是節(jié)流式流量計(jì)的理想替代產(chǎn)品。溫度補(bǔ)償一體型渦街流量計(jì)還帶有溫度傳感器，可以直接測(cè)量出飽和蒸汽的溫度并計(jì)算出壓力，從而顯示飽和蒸汽的質(zhì)量流量。溫壓補(bǔ)償一體型渦街流量計(jì)帶有溫度、壓力傳感器，用于氣體流量測(cè)量，可直接測(cè)量出氣體介質(zhì)的溫度和壓力，從而顯示氣體的標(biāo)況體積流量。

渦街流量計(jì)可以測(cè)量液體、氣體以及蒸汽等介質(zhì)，在氯堿行業(yè)中廣泛應(yīng)用。但只有在正確設(shè)計(jì)、正確選型以及正確安裝的條件下才能保證其測(cè)量準(zhǔn)確穩(wěn)定，發(fā)揮其應(yīng)有的作用。