關於煤氣流量計的結構原理與解（jiě）決不斷流問題

摘要:為了適應市場的需求,在（zài）普通渦街的基礎上,研製出一種不斷流傳感頭可拆高溫（wēn）型煤氣流量計（jì）。該流量計將漩渦檢測傳力杆與信號檢測傳感頭巧妙的隔（gé）開,且二（èr）者完全密閉隔離,使得信號檢測傳感頭的溫度遠遠低（dī）於介質的實際（jì）溫度。既解決了測量高溫介質的（de）問題,又解決了普通渦街現（xiàn）場不斷流拆卸的（de）問（wèn）題。同時還節省了在重要場合安裝的備用旁路設施,降低了使（shǐ）用單位的前期成本。
引言
自20世紀60年代末開始研製煤氣流量計至（zhì）今,人（rén）們已經相繼開發出了多（duō）種類型阻擋體及漩（xuán）渦檢測方法的煤氣流量計,並（bìng）在管道流量測量中得到了廣泛（fàn）應用。隨著相關科學技（jì）術的不（bú）斷發（fā）展（zhǎn）,煤氣流量計的整體性能也在不斷地提高,並以其測量（liàng）精度高、量程範圍寬、壓力損失小以及較高的性（xìng）價比等特點,越來越（yuè）被廣大用戶所認（rèn）可。煤氣流量計也（yě）因此而躋身於通用流量計之列。
然而,隨著普通煤氣流量計使（shǐ）用量的增多,人們逐漸發現,雖然它具有很多優點,但在使（shǐ）用過程中（zhōng）還是存在著（zhe）諸如可測介質溫度低(受信號檢測傳感頭材料限製,一般長期使用溫度低於350℃)、更換傳感器測頭麻煩、可靠性能（néng）差等使用上的局限性(。也正是因為如此,在（zài）重要的控製場合和測量（liàng）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局限性,技術人（rén）員憑借多年的製造和使（shǐ）用經（jīng）驗,在（zài）普通煤氣流量計的基礎上,研製開發出（chū）了一種不斷流傳感頭（tóu）可拆高溫型煤氣（qì）流量計(後文簡稱為不斷流渦街)。該煤氣流量計將漩渦檢測傳力杆與信號檢測傳感（gǎn）頭通過隔離裝置（zhì）巧妙地隔離。由於（yú）不斷流渦（wō）街的傳力（lì）杆與信號檢測傳感（gǎn）頭是完（wán）全密閉隔離的,使得信號檢測傳感頭的使用溫度要遠遠低於被測（cè）介質的實際溫度。這樣既解決了普通渦街不能在線不斷流更換（huàn）以及（jí）維護信號檢（jiǎn）測傳感頭的問（wèn）題,又解（jiě）決了（le）普通渦街測量介質溫度低的問題。
1不斷流渦街的結構原理
不斷流渦街同樣是以卡門渦街原理為依據測量流（liú）體流速（sù）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檢測傳（chuán）感頭改變為傳力杆與信號（hào）檢測傳感頭兩部分（fèn）,並通過隔離裝置完全（quán）隔（gé）離。當表體中流過流體並產生漩（xuán）渦時,由傳力杆檢測漩（xuán）渦的變化,並（bìng）以力的形式傳遞給信號檢測傳感頭,完成了力信號到電信號（hào）的轉換過程。雖然（rán）傳力杆與流體直（zhí）接接（jiē）觸,但其本身隻是進（jìn）行力傳輸的杠杆,因此,隻對外形尺寸及鋼材選擇上具有（yǒu）要求。而信號檢測傳感頭是通過隔離裝（zhuāng）置與流體完全密閉隔離的,再加上隔離裝置本身具有的散熱（rè）功（gōng）能（néng）,使得信號檢測傳感頭的使用溫度要遠（yuǎn）遠低於流體（tǐ）的（de）實際溫度,從而有效地提高了普通信號檢測（cè）傳感頭的可測（cè）介質溫度。同時,不斷流渦街在進行維修更換信號（hào）檢測傳感頭時,並不（bú）影（yǐng）響工（gōng）藝管道內流體的流動（dòng）,真正實現了信號檢測傳感（gǎn）頭的（de）不斷流拆裝維護。

1.1表體結構
各部件（jiàn）功能說明如下:
①阻流體。和普（pǔ）通煤（méi）氣流量計（jì）一樣,阻流體作為不斷流渦街的漩渦（wō）發生體,其外形尺寸與對應口徑的普通型渦街阻流體在材（cái）質及外形尺寸上完全相同。
②傳力杆。用於檢測流體流過阻流體後產生漩渦振動（dòng）頻率的傳感（gǎn）頭。
③信號檢測傳感頭。用於將振動頻率轉換成與之對應的電（diàn）荷信（xìn）號的傳感頭。
④隔離裝置。實現將（jiāng）表體內流體與（yǔ）外界及信號檢測傳感頭（tóu）隔離的裝置（zhì）,同時還具有為信（xìn）號檢測傳感（gǎn）頭散熱的功能。
1.2測t原理
由於不斷流渦街的阻流體與相同口徑普通煤氣流量計的阻（zǔ）流（liú）體（tǐ）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)。由卡門渦街原理可知,不斷流渦（wō）街漩渦頻率的計算方法與普通渦街完全相同。在不斷流渦（wō）街表體中設置阻流體(漩渦發生體),從阻流體兩側交替地產生有規則的漩渦,這種漩渦稱為卡（kǎ）門渦街,漩渦在阻擋體下（xià）遊非（fēi）對稱地（dì）排列。
根據卡（kǎ）門渦街原理,有如（rú）下關係式:

式中:m為（wéi）漩渦發生（shēng）體兩（liǎng）側弓形麵積與管道（dào）橫截麵麵積之（zhī）比;D為表體通徑,~;d為（wéi）漩渦發生體迎麵（miàn）寬（kuān）度,~;f為漩渦的發生頻率,Hz;U:為漩渦發（fā）生體兩側平均流速,耐s;sr為斯特勞哈爾數（shù）;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（gōng）況體積流量,m,h/。
在實際（jì）標定過程中,相同口徑的不斷流渦街與普通煤氣（qì）流量計在可測流量範圍、基本誤差、重複（fù）性等參數上基本一致,達到（dào）了設計和使用精度的要求。
2不斷流渦（wō）街實際檢定情況
分別用精度0.5級音速噴嘴氣體標定（dìng）裝置、精度0.2級稱重法水標定裝置對DN50口徑的不斷流渦街進行（háng）實際標定,其標定數據如（rú）表1、表（biǎo）2所示。

由（yóu）表1和表2的實際標定數據可知,在量程比大於（yú）1:10的情況下,用不（bú）斷流煤氣流量計測量氣體或液體介質時,基本誤（wù）差及（jí）重複性均能達到中華人民（mín）共和（hé）國機械行業標準JB/T9249一1999《渦街流量傳感器》[’1中所（suǒ）規定的精度要（yào）求。
3 實際使用過（guò）程中與普通煤氣流量計的、對比
3.1 可測流體（tǐ）溫度
普通煤氣（qì）流（liú）量計受表（biǎo）體結構及（jí）信號傳感頭材料(壓電晶（jīng）體)的限製,一般允（yǔn）許*高工作溫度為350℃,而長期使用溫度應低於30℃,否則會大大縮（suō）短信號檢（jiǎn）測傳感頭的使用（yòng）壽命岡（gāng）。而不斷流渦街（jiē）由於獨特的隔離型結構（gòu）設（shè）計,使信號檢測傳感頭與高溫流體介質完全隔離,再加上隔離裝（zhuāng）置本（běn）身具有散熱（rè）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。
通過在大港石油420℃高溫過熱蒸（zhēng）汽主管道上近兩年的實際使用情況表明,將普通耐溫30℃的壓電（diàn）式傳感頭用作不斷流渦街中的（de）信號檢測傳感（gǎn）頭,不斷流渦街可（kě）在流體溫度高達420℃工藝管道上長期、穩定、準確、可靠（kào）的運行。由此可見,這（zhè）種傳感頭不斷流拆裝的（de）隔離結構設計將普通傳感頭（tóu）的長期使用溫度提（tí）高了約120℃。
3.2 不斷流拆裝
圖（tú）2a為（wéi）普通（tōng）煤氣（qì）流量計（jì）的現場安裝結構示意（yì）圖。在重（chóng）要的（de）流量係統（tǒng）中,為了在（zài）流量儀表發生故障時不影響工藝過程,安裝普通煤氣流量計時,一般需（xū）要同時安裝旁路係統。對流（liú）量計進行維護（hù）時,為了保（bǎo）證管道內介質的正常（cháng）流動而（ér）不影響工藝過程,將3#閥門（mén）打開後,關閉1禪（chán）閥門、2#閥門,再將渦街表體拆下,方可進行傳感頭的拆裝更換。這樣既增加（jiā）了工藝管線的旁路設施及泄漏點,又增加（jiā）了維護人員的工作量。
圖b為不斷流渦街的現場安（ān）裝結（jié）構示意圖。由於不斷流渦街具有不（bú）斷流拆裝信號檢測傳感（gǎn）頭的功（gōng）能,所（suǒ）以並不需要在工藝管（guǎn）線中安裝繁（fán）瑣的旁路係統。當不（bú）斷流渦街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表體,便可以直接對信號（hào）檢（jiǎn）測傳感頭進行檢修及拆（chāi）裝維護。這樣不僅（jǐn）實現了渦街信號（hào）檢（jiǎn）測傳感頭的現場不斷流拆裝（zhuāng）,而且還完全省卻了繁瑣的旁路設施。既簡化了工藝管線,又（yòu）減少了維護人員的工作量

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、餘碳四裝置（zhì）控製係（xì）統工藝管道（dào）上的不斷流渦街運行穩（wěn）定（dìng）可（kě）靠,維護簡（jiǎn）單方（fāng）便,完全能夠滿足現場控製精度及工藝流程的要求（qiú）。同時,由（yóu）於省略了以往安裝流量儀表（biǎo）時所需的旁路設施（shī）,還為企業節（jiē）省了大量（liàng）的資金。
4 結束語
不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）流拆裝信號傳感頭功能,所以去（qù）掉了以往流量儀表安裝時繁瑣的旁路設施,提高了可測介質溫度（dù）(可（kě）長期工作在420℃高溫介質的工藝管線上)。也（yě）正是融合了這些優點,不斷流渦街才徹底改變了普通渦街（jiē）不能被應用於重要控製係統的尷尬局麵,*大地拓寬了煤氣流量計的適用範圍。從（cóng）不斷流渦街的實際標定情況及現場實際使用情況來看,它運行穩定可（kě）靠,完全能（néng）夠滿足工藝流程要求,因此（cǐ）可廣泛地應用於（yú）石油、化工、冶金、蒸汽熱網計量（liàng）以及其它重要（yào）控製係統的流量工藝管線中。

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