塔西南化肥廠是中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司、新疆維吾爾自治區(qū)“十五”期間建設(shè)的重點(diǎn)工程，由年產(chǎn)20萬(wàn)噸合成氨、34萬(wàn)噸尿素兩套主裝置組成。其合成氨裝置采用凱洛格合成氨工藝，尿素裝置采用的是布朗工藝。主要生產(chǎn)裝置合成氨裝置和尿素裝置有流量?jī)x表共116塊，其中渦街流量計(jì)32塊，其他類(lèi)型的流量計(jì)84塊，渦街流量計(jì)的使用率很高，這樣減少了儀表維護(hù)人員的工作量，提高了工作效率，節(jié)約了人工成本，保證了裝置的高效、平穩(wěn)運(yùn)行。

 

    1 渦街流量計(jì)概述

 

    渦街流量計(jì)利用“卡門(mén)渦街”測(cè)量原理，測(cè)量封閉管道內(nèi)介質(zhì)的工況體積流量，它具有其他流量計(jì)不可兼得的較多優(yōu)點(diǎn)，20世紀(jì)70年代以來(lái)得到了迅速的發(fā)展。與渦輪流量計(jì)相比，它沒(méi)有可動(dòng)的機(jī)械部件，從而維護(hù)量小，儀表常數(shù)穩(wěn)定，容易在工作環(huán)境中保證精度；與孔板相比，它的測(cè)量范圍大，壓力損失小，準(zhǔn)確度高。渦街流量計(jì)屬于流體振動(dòng)式流量計(jì)，可用于測(cè)量飽和蒸汽、過(guò)熱蒸汽、各種氣體（如煤氣、天然氣、壓縮空氣、氧氣、氮?dú)?、氬氣、氫氣、二氧化碳等）、水及低粘度、低溫液體（如鹽水、液氮）。汽液通用，無(wú)需實(shí)液標(biāo)定；可準(zhǔn)確測(cè)量封閉管道中蒸汽、氣體和液體的流量。有抗振、耐腐、高溫、防爆等多種類(lèi)型供選用。通徑DN200以上為插入式；適用于冶金、化工、石油、煤氣、城市供排水、食品、紡織、礦山等工業(yè)過(guò)程、能源管理和環(huán)境工程行業(yè)。塔西南化肥廠32臺(tái)渦街流量計(jì)主要用于蒸汽、天然氣、二氧化碳、冷凝液等的測(cè)量。

 

    2 渦街流量計(jì)的測(cè)量原理

 

 

 

圖1 卡門(mén)漩渦

 

    渦街流量計(jì)是根據(jù)卡門(mén)渦街原理制成的，在流動(dòng)的液體中插入一個(gè)非流線(xiàn)型柱狀物，則在柱體下游會(huì)產(chǎn)生如圖1所示的兩列不對(duì)稱(chēng)且又有規(guī)律的漩渦。該漩渦在柱體的側(cè)后方產(chǎn)生、分開(kāi)，形成漩渦列，通常稱(chēng)作卡門(mén)渦街或者卡門(mén)渦列。當(dāng)滿(mǎn)足h＇/1=0.281時(shí)，所產(chǎn)生的卡門(mén)漩渦是穩(wěn)定的，而且產(chǎn)生單列漩渦的頻率與圓柱體的直徑和流體流速有如下關(guān)系：

 

    

 

    式中：f-旋渦的釋放頻率/Hz；&UPSilon;-流過(guò)旋渦發(fā)生體的流體平均速度/m/s；d-旋渦發(fā)生體特征寬度/m；St為斯特羅哈數(shù)，無(wú)量綱，數(shù)值范圍為0.14~0.27，St是雷諾數(shù)的函數(shù)，St=f（l/Re）。

 

    當(dāng)雷諾數(shù)Re在102～105范圍內(nèi)，St值約為0.2，因此，在測(cè)量中，要盡量滿(mǎn)足流體的雷諾數(shù)在102～105，旋渦頻率f＝0.2υ/d。

 

    由此可知，通過(guò)測(cè)量旋渦頻率就可以計(jì)算出流過(guò)旋渦發(fā)生體的流體平均速度v，再由式q=υA可以求出流量q，其中A為流體流過(guò)旋渦發(fā)生體的截面積。    

 

    渦街流量計(jì)由檢測(cè)器、放大器和轉(zhuǎn)換器等組成，當(dāng)旋渦在發(fā)生體兩側(cè)產(chǎn)生時(shí)，利用壓電傳感器測(cè)出與流體流向垂直的交變升力變化，將升力的變化轉(zhuǎn)換為電的頻率信號(hào)，再將頻率信號(hào)進(jìn)行放大和整形，直接以數(shù)字輸出，與數(shù)字顯示儀表配套，也可以通過(guò)D/A轉(zhuǎn)換成4mA～20mADC輸出，以便進(jìn)行測(cè)量指示、記錄、積算和控制等。

 

    3 渦街流量計(jì)在塔西南化肥廠的應(yīng)用

 

    塔西南化肥廠主要生產(chǎn)裝置合成氨裝置和尿素裝置流量?jī)x表共116塊，其中渦街流量計(jì)32塊，占28%，主要用于測(cè)量蒸汽、天然氣、二氧化碳、冷凝液等。用于蒸汽測(cè)量的渦街流量計(jì)的效果最為明顯，在塔西南化肥廠的中壓蒸汽中加入了磷酸三鈉，磷酸三鈉易結(jié)晶，采用差壓式流量計(jì)，如果現(xiàn)場(chǎng)一次表的排污閥等有泄漏現(xiàn)象，磷酸三鈉就會(huì)在引壓管線(xiàn)中沉淀、析出，造成引壓管線(xiàn)的堵塞，從而導(dǎo)致流量?jī)x表指示不準(zhǔn)確或者波動(dòng)大，給工藝人員的正常操作和控制帶來(lái)困難。下面結(jié)合塔西南化肥廠用于中壓蒸汽測(cè)量的渦街流量計(jì)FT-3002，談?wù)劀u街流量計(jì)的安裝、故障處理及常規(guī)維護(hù)。

 

    3.1 渦街流量計(jì)的安裝

 

    （1）渦街流量計(jì)盡量安裝在遠(yuǎn)離振動(dòng)源和電磁干擾較強(qiáng)的地方，F(xiàn)T-3002安裝位置附近無(wú)電磁流量計(jì)等高頻率電磁設(shè)備。

 

    （2）閥門(mén)位置和直管段長(zhǎng)度選擇。一般來(lái)講，把渦街流量計(jì)安裝在閥門(mén)的上游，直管段較長(zhǎng)，前后直管段要滿(mǎn)足渦街流量計(jì)的要求。塔西南化肥廠的中壓蒸汽由輔助鍋爐提供，中壓蒸汽的流量控制由調(diào)節(jié)閥完成，F(xiàn)T-3002的安裝位置距離調(diào)節(jié)閥大約200m左右，流量計(jì)前后直管段約20m左右，這樣由于調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)帶來(lái)的流體振動(dòng)就不會(huì)對(duì)渦街流量計(jì)的測(cè)量產(chǎn)生任何影響，保證了測(cè)量的穩(wěn)定和準(zhǔn)確。

 

    （3）有縮頸、擴(kuò)頸和彎管時(shí)，應(yīng)配置合理的上、下游直管段，如果管道中有一個(gè)彎管接頭，那么流量計(jì)和旋渦發(fā)生體與彎管接頭應(yīng)在同一平面。

 

    （4）設(shè)計(jì)流量計(jì)的安裝管道時(shí)，應(yīng)設(shè)計(jì)旁路管道，方便拆卸、維修和調(diào)試。新安裝的管道或維修過(guò)的管道，運(yùn)行前應(yīng)沖洗掉管內(nèi)的鐵銹、水垢渣和污泥。FT-3002安裝位置較高，搭建了專(zhuān)門(mén)的維護(hù)平臺(tái)，這樣保證了儀表維護(hù)人員的人生安全。

 

    （5）要做好渦街流量計(jì)的防雨、防雷電工作。如果渦街流量計(jì)安裝在露天，就必須加裝遮雨帽，防止變送器表頭進(jìn)水，造成電子元件故障；安裝渦街流量計(jì)的地方應(yīng)當(dāng)遠(yuǎn)離高大設(shè)備及建筑物，以防雷擊。

 

    用通訊器調(diào)整好渦街流量計(jì)的量程、單位等參數(shù)。蒸汽流量受介質(zhì)溫度和壓力的影響很大，所以在距離渦街流量計(jì)較近的合適位置應(yīng)當(dāng)安裝壓力變送器和溫度計(jì)，在DCS系統(tǒng)里，應(yīng)當(dāng)做好溫壓補(bǔ)償?shù)慕M態(tài)，保證測(cè)量的準(zhǔn)確。

 

    3.2 常見(jiàn)故障處理及常規(guī)維護(hù)

 

    （1）參數(shù)整定故障。由于參數(shù)錯(cuò)誤，導(dǎo)致儀表指示有誤。參數(shù)錯(cuò)誤使得二次儀表滿(mǎn)度頻率計(jì)算錯(cuò)誤。滿(mǎn)度頻率相差不多的使得指示長(zhǎng)期不準(zhǔn)，實(shí)際滿(mǎn)度頻率大于計(jì)算的滿(mǎn)度頻率的使得指示大范圍波動(dòng)，無(wú)法讀數(shù)，而資料上參數(shù)的不一致性又影響了參數(shù)的最終確定，最終通過(guò)重新標(biāo)定結(jié)合相互比較確定了參數(shù)，解決了這一問(wèn)題。

 

    （2）二次表故障。這部分故障較多，包括：一次儀表電路板有斷線(xiàn)之處，量程設(shè)定有個(gè)別位顯示壞，K系數(shù)設(shè)定有個(gè)別位顯示壞，使得無(wú)法確定量程設(shè)定以及K系數(shù)設(shè)定，通過(guò)修復(fù)相應(yīng)的故障，問(wèn)題得以解決。

 

    （3）四路線(xiàn)路連接問(wèn)題。部分回路表面上看線(xiàn)路連接很好，仔細(xì)檢查，有的接頭實(shí)際已松動(dòng)造成回路中斷，有的接頭雖連接很緊但由于副線(xiàn)問(wèn)題緊固螺釘緊固在了線(xiàn)皮上，也使得回路中斷。

 

    （4）漩渦變送器輸出信號(hào)不穩(wěn)。漩渦發(fā)生體和儀表測(cè)量管結(jié)垢或阻塞，清洗變送器即可解決問(wèn)題。

 

    （5）如果是分體式的渦街流量計(jì)，應(yīng)當(dāng)經(jīng)常檢查接線(xiàn)是否正常。

 

    （6）定期對(duì)渦街流量計(jì)進(jìn)行校驗(yàn)。校驗(yàn)時(shí)應(yīng)當(dāng)選擇具有相關(guān)資質(zhì)的校驗(yàn)機(jī)構(gòu)。

 

    （7）在非鑒定期內(nèi)，如果工藝條件具備，應(yīng)當(dāng)拆下流量計(jì)，清洗漩渦發(fā)生體，清除發(fā)生體上的結(jié)垢。

 

    （8）儀表的數(shù)據(jù)資料的管理應(yīng)引起足夠的重視，以利于日后的工作。

 

    4 結(jié)語(yǔ)

 

    渦街流量計(jì)在塔西南化肥廠的 成功應(yīng)用表明，渦街流量計(jì)故障率低，減少了儀表維護(hù)人員的工作量，節(jié)約了人工成本和材料成本，其高精度、高可靠性保證了裝置的正常運(yùn)行，提高了經(jīng)濟(jì)效益。值得同行借鑒。

 

    參考文獻(xiàn)

 

    [1]樂(lè)嘉謙.儀表工手冊(cè)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1998.

    [2]李振勝.LUGB系列渦街流量計(jì)的原理、測(cè)量及故障處理[M].北京：自動(dòng)化博覽，2007.