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涡街流量计的选型

来源:南京金诺仪表有限公司   2025年03月25日 09:36  

涡街流量计选型指南

涡街流量计作为工业流量测量的关键仪表,凭借其测量精度高、量程范围宽、压损小、维护简便等诸多优势,在化工、石油、电力、冶金、给排水等工业领域广泛应用,能够精准测量气体、液体、蒸汽等各类介质的流量。然而,要让涡街流量计在实际工况中稳定、精确运行,选型环节极为关键。这一过程需要综合考量测量介质特性、流量范围、管道口径、测量精度、供电电源与输出信号、安装环境、温压补偿、防爆要求等多方面因素,任何一个环节的疏忽都可能导致测量偏差甚至仪表故障。以下将对这些选型要点进行深入剖析。

一、测量介质特性

(一)种类

  1. 气体测量:不同气体成分千差万别,其密度、压缩性也各不相同。例如压缩空气,由于在实际使用中压力、温度会频繁波动,导致其密度大幅变化。在这种情况下,就需要选择具备压力、温度自动补偿功能的涡街流量计,这类仪表可实时感知压力、温度变化,并依据气体状态方程对测量数据进行修正,从而确保测量结果的准确性。若测量的是含有腐蚀性气体的混合气体,如在某些化工生产尾气中,含有少量的二氧化硫等腐蚀性成分,那么流量计的传感器及测量管等关键部件就必须采用耐腐蚀的材质,如哈氏合金等,以防止部件被腐蚀,影响测量精度与仪表使用寿命。

  1. 液体测量:液体的腐蚀性、粘度以及是否含有杂质,都会显著影响涡街流量计的测量效果。对于强腐蚀性酸液,如硫酸、盐酸等,必须选用由聚四氟乙烯、陶瓷等耐腐蚀材料制造的流量计。当测量高粘度液体,像润滑油、糖浆等,由于高粘度会阻碍漩涡的产生与传播,使漩涡的形成频率发生改变,进而影响测量精度。因此,针对高粘度液体,需选用经过特殊设计、能够适应高粘度环境的涡街流量计,这类仪表通常在传感器结构、检测方式等方面进行了优化,以保证在高粘度介质中也能准确测量。若液体中含有固体杂质,如污水中含有泥沙、纤维等,可能会造成流量计内部部件的磨损,甚至堵塞测量通道。此时,可在流量计前端安装过滤器,对液体进行预处理,同时选择具有较大流通口径、不易堵塞的涡街流量计。

  1. 蒸汽测量:饱和蒸汽与过热蒸汽的物理特性差异明显,其密度与温度、压力的关系也截然不同,这就决定了对测量仪表有着不同的要求。饱和蒸汽的密度仅与温度或压力存在单一的对应关系,所以在测量饱和蒸汽时,可采用单温度补偿或单压力补偿的涡街流量计。而过热蒸汽的密度受温度和压力的双重影响,且变化较为复杂,因此测量过热蒸汽时,必须使用能够同时对温度和压力进行补偿的涡街流量计,通过精确测量温度、压力,并结合过热蒸汽的密度计算公式,实时修正测量数据,以实现高精度测量。

(二)温度与压力

介质的温度和压力范围直接决定了涡街流量计的适用材质与工作条件。常见的涡街流量计依据温度划分,有常温(-40~100℃)、中温(100~250℃)、高温(100~320℃)等不同类型;按公称压力划分,法兰卡装型一般适用于 2.5MPa 的工况,法兰连接型常见的压力等级有 1.0MPa、1.6MPa、2.5MPa,插入式安装型则有 1.6MPa、2.5MPa、4.0MPa 等多种选择。若介质温度、压力超出常规范围,例如在某些高温高压的化工反应釜出料管道中,介质温度可能高达 400℃,压力达到 5.0MPa,此时就必须选用采用耐高温、高压材质,如高温合金制造的特殊设计涡街流量计。这种流量计在结构强度、密封性能等方面都经过特殊优化,以确保在工况下能够稳定运行,维持测量精度,延长仪表使用寿命。

二、流量范围

(一)常用流量范围

在选型时,应尽量将常用流量控制在涡街流量计可测范围的中上部区域。这是因为在涡街流量计的下限流量测量区间,极易受到管道振动等外界因素的干扰。当流量接近下限值时,漩涡信号相对较弱,管道的轻微振动就可能掩盖真实的漩涡信号,导致测量误差增大。例如,某工业生产过程中,常用流量为 30m³/h,若所选涡街流量计的可测流量范围为 20 - 100m³/h,那么该常用流量处于流量计可测范围的中上部,能够有效避开低下限测量的不稳定区域,保证测量精度;但如果可测范围为 50 - 200m³/h,30m³/h 的常用流量就处于其范围的中下部,此时测量稳定性和精度就难以保证。

(二)流量波动情况

若工况中的流量波动较大,如化工生产中的间歇式反应过程,在反应开始和结束阶段,物料流量会急剧变化,此时就需要考虑涡街流量计的响应速度与稳定性。应选择具有快速响应能力的涡街流量计,这类仪表能够在流量发生急剧变化时,迅速捕捉到漩涡频率的改变,并将其准确转换为流量信号输出,及时准确地跟踪流量变化。而对于流量相对稳定的工况,如城市供水系统,其流量在一天内的变化幅度较小,对流量计响应速度的要求相对较低,可侧重于选择稳定性好、测量精度高的涡街流量计。

三、管道口径

(一)安装方式与口径选择

涡街流量计按安装方式可分为管道式和插入式两种类型。管道式涡街流量计的最小口径为 DN15,最大可达 DN300,适用于中小口径管道的流量测量;插入式涡街流量计常规最大口径为 DN2000,对于 DN2000 以上的超大口径管道,则需根据实际需求按协议供货。在选型时,要紧密结合实际管道口径来确定合适的安装方式与流量计口径。若管道口径为 DN250,由于其口径较大,采用插入式涡街流量计能够在保证测量精度的前提下,降低安装成本与维护难度;若管道口径为 DN80,属于中小口径管道,选择管道式涡街流量计即可满足测量需求,且安装更为便捷。

(二)变径情况

当流量范围与管道口径不匹配时,可通过缩径或扩径的方式来适配流量计。但在实施过程中,必须注意一些关键问题。仪表的缩扩径不宜过大,因为缩径会使管道内流体流速显著提高,这不仅会增加流体的流动阻力,还可能导致管道背压升高,影响整个系统的正常运行;而扩径则容易引发空穴现象,造成流体对管道及流量计内部部件的气蚀破坏。在直管段允许的情况下,建议选择 “变径头 + 直管段” 的组合方式,即在流量计前后安装合适的变径头,然后在变径头与流量计之间设置一定长度的直管段。这样可以使流体在经过变径后,有足够的距离恢复稳定的流动状态,从而保证涡街流量计能够准确测量流体流量。

四、测量精度

(一)精度等级

涡街流量计的精度等级存在差异,且不同测量介质对应的精度也有所不同。管道式涡街流量计在测量液体时,精度可达 1.0 级,意味着其测量误差在 ±1.0% 以内;测量气体时,精度可达 1.5 级。插入式涡街流量计的精度一般为 1.5 级和 2.5 级。在对测量精度有所要求的场合,如贸易结算领域,准确的流量计量直接关系到经济利益,此时应优先选用高精度的管道式涡街流量计来测量液体,以确保计量的准确性,避免因测量误差导致的经济纠纷。

(二)影响精度因素

除了仪表自身的精度等级,安装环境、介质特性等外部因素也会对测量精度产生重要影响。在安装过程中,若上下游直管段长度不足,流体在进入流量计时无法形成稳定的流态,会导致漩涡的产生和传播受到干扰,从而增大测量误差。一般来说,上游直管段长度要求不小于 10D(D 为管道内径),下游直管段长度不小于 5D。管道振动同样会对测量精度造成负面影响,强烈的振动可能使流量计内部的传感器发生位移或产生额外的振动信号,干扰真实的漩涡信号。若介质中含有气泡或杂质,气泡会改变流体的密度和流动特性,杂质可能会磨损流量计的内部部件,这些都可能导致测量误差增大。因此,在安装涡街流量计时,务必严格按照安装要求执行,确保上下游直管段长度符合标准,并采取有效的减振措施;同时,要对介质进行必要的预处理,如通过过滤器去除杂质,采用气液分离器分离气泡,以保证测量精度。

五、供电电源与输出信号

(一)供电电源

市场上的涡街流量计供电电源类型多样,主要有 +12VDC(三线制脉冲输出)、+24VDC(三线制脉冲输出型及二线制电流输出型)、3.6V 锂电池、双供电等。在选型时,要充分考虑现场供电条件与功耗要求。若现场供电不便,如偏远地区的野外监测站,或者需要流量计在无市电供应的情况下长时间独立工作,可选择锂电池供电的涡街流量计,其具有自供电、无需外接电源、安装维护简便等优点。若现场具备稳定的市电供应,且对流量计的功耗要求不高,可选择 +24VDC 供电方式,这种供电方式能够为流量计提供稳定的电力支持,保证其长期稳定运行。

(二)输出信号

涡街流量计的输出信号主要有电压频率脉冲输出、两线制 4 - 20mA 输出、HART 输出,此外还可提供 modbus 的 RS485 通讯用于数字量输出。用户应根据实际系统需求选择合适的输出信号。若需将流量数据接入 PLC 或 DCS 系统进行集中监控与控制,两线制 4 - 20mA 输出或 modbus 的 RS485 通讯接口的涡街流量计是较为理想的选择。两线制 4 - 20mA 输出信号具有传输距离远、抗干扰能力强等优点,能够将流量信号稳定地传输至 PLC 或 DCS 系统;modbus 的 RS485 通讯接口则可实现数字量的快速、准确传输,便于系统对流量数据进行处理、存储和分析。

六、安装环境

(一)环境条件

涡街流量计在安装时,要尽可能避开强电力设备、高频设备、强电源开关设备等,这些设备在运行过程中会产生强大的电磁场,可能会对涡街流量计的信号传输和测量精度造成干扰。例如,在变电站附近安装涡街流量计时,若不采取有效的屏蔽措施,强电磁场可能导致流量计输出信号出现波动,测量数据不准确。同时,也要避开高温热源和辐射源,高温可能会使流量计内部的电子元件性能下降,甚至损坏;辐射源可能会干扰流量计的电子线路,影响其正常工作。强烈震动场所同样不适宜安装涡街流量计,因为振动可能会使流量计内部的部件松动、损坏,或者导致测量信号失真。若无法避开振动环境,可在传感器上下游 2D 处设置管道紧固装置,并在装置与管道之间加装防振垫,以减少振动对流量计的影响。另外,强腐蚀环境会对仪表外壳和内部部件造成腐蚀,缩短仪表使用寿命,应尽量避免在这种环境中安装涡街流量计。若必须安装,需选用具有耐腐蚀外壳和内部部件的流量计,并采取相应的防护措施。

(二)防护等级

常用的 IP 防护等级有 IP65(防止灰尘侵入及阻止喷水)、IP67(防止灰尘侵入及短暂淹没)、IP68(防止灰尘侵入及持续淹没)。在选择防护等级时,要依据安装位置来确定。如果涡街流量计安装在室内,环境相对较好,可选 IP65 防护等级,能够有效防止灰尘侵入和一般性的喷水,保护流量计内部部件不受损害。若安装在室外地面以上位置,考虑到可能会受到雨水、风沙等侵袭,应选择 IP65 以上防护等级的流量计,如 IP67,以增强防护能力。对于安装在室外地面以下沟渠中的涡街流量计,由于可能会遭受雨水浸泡,必须选择 IP68 及分离型放大器,分离型放大器可将电子元件部分安装在高于水面的位置,防止雨水浸泡损坏放大器,确保流量计能够正常工作。

七、温压补偿

(一)补偿需求判断

在实际工况中,若工况偏差不大或对测量精度要求不高,可不进行温压补偿。但在需要精确计量的场合,温压补偿则至关重要。以气体测量为例,气体的体积流量会随着温度和压力的变化而显著改变。在标准状况下,气体的体积流量与工况下的体积流量存在较大差异,若不进行温压补偿,直接以工况体积流量作为计量依据,会导致计量结果出现较大误差。因此,一般在测量气体时,需要同时对温度和压力进行补偿。测量过热蒸汽时,由于蒸汽密度随温度、压力变化较为复杂,且质量流量受温度、压力影响较大,同样需要温度、压力同时补偿,才能准确测量蒸汽的质量流量。而对于饱和蒸汽,其密度与温度或压力存在固定的对应关系,所以可采用单温度补偿或单压力补偿的方式来实现较为准确的测量。

(二)补偿方式

通常采用的温压补偿方式是在现场安装压力、温度传感器,将压力、温度传感器采集到的数据与流量数据一同接至积算仪或上传至 DCS 系统。积算仪或 DCS 系统会根据预设的计算公式,结合气体或蒸汽的状态方程,对温度、压力、流量数据进行综合计算,从而得到标准状况下的流量数据。例如,在天然气计量过程中,通过温压补偿可将工况体积流量换算为标准状况下的体积流量,这样能够消除温度和压力变化对计量结果的影响,保证计量的准确性,满足贸易结算等高精度计量需求。

八、防爆要求

在易燃易爆场合,如石油化工、煤矿等行业,由于存在易燃易爆的气体、粉尘等物质,一旦发生火灾或爆炸事故,后果将不堪设想。因此,在这些场合必须选用防爆型涡街流量计。在选型时,要根据危险区域划分和气体、粉尘防爆等级要求,严格选择相应防爆等级的流量计。例如,在石油化工的一些危险区域,可能要求选用本安型 iaIIbT3 - T6 等防爆等级的涡街流量计。这类防爆型流量计在设计和制造过程中,采取了一系列防爆措施,如对电气部件进行特殊封装,限制电路的能量,使其在正常工作或故障状态下产生的电火花、热效应等都不足以点燃周围的易燃易爆物质,从而确保使用安全。


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