渦街流量計的測量技術發(fā)展至今已經比較成熟,其主要優(yōu)點是:無可動部件,結構簡單牢固,安裝方便,易于維護,費用支出少。量程比一般在10∶1以上,精度也相對較高,測量氣體一般在1.0級到1.5級之間,測量液體一般在1.0級。渦街流量計被廣泛 應用于蒸汽流量的計量,我們知道,一般情況下,流量計對于所測的流體的流速都有一定的要求,尤其于渦街流量計是依靠流體產生的規(guī)律性的渦街進行工作的,更要將流速限定于規(guī)定的范圍之內,太低和太高都會導致渦街不能工作或數(shù)值失真。但是在實踐工作中,我們卻發(fā)現(xiàn)有人利用渦街流量計對于流速的要求來做文章,做一些違法的事情,使計量數(shù)值嚴重失真,導致客戶產生損失。做法就是使用一些看似無意其實違法的手段,致使下游的壓力驟降,導致蒸汽流速超過渦街流量計測量流速上限,渦街流量計不能正常工作,計量嚴重偏小。
具體說明如下:
在多年的檢定工作中,我們發(fā)現(xiàn)有人使用了一個蒸汽渦街流量計的漏洞,在保持渦街流量計計量管段原封不動的情況下,只在蒸汽出口處做文章,即可致使渦街流量計計量嚴重偏小。
圖1中我們看到在渦街流量計計量段,沒有任何修改,而在其后的大型儲氣罐卻大有文章。整個系統(tǒng)根據儲氣罐內壓力變化來對前后閥門分別進行自動控制,從而進行一套充氣、放氣、再充氣、放氣的循環(huán)操作。整個循環(huán)過程是:開始時,儲氣罐是空的,閥門1、閥門2都關閉。然后閥門1快速打開,上游0.8MPa的過和熱蒸汽劇烈充入空罐。然后儲氣罐充氣漸滿,壓力升高至一定壓力后,關閉閥門1,打開閥門2,讓儲氣罐中蒸汽排出以供使用。這樣操作的目的主要是使大部分流過渦街流量計的蒸汽以極高流速通過。
為什么這樣會使蒸汽流速達到非常高的程度呢?而渦街流量計在高流速下計量會有什么問題呢?
1 分析蒸汽的流速
臨界壓力比是分析管內流動的一個重要數(shù)值,蒸汽在出口外的背壓pb與臨界界面前的進口壓力P1之比小于或等于臨界壓力比時,在臨界截面上,蒸汽流速達到臨界值音速c。
臨界壓力比:γcr=pcr/p1
水蒸汽音速:c=√ kpv
當過流氣體為過熱蒸汽時:k=1.3,γcr=0.546
pcr稱為:臨界壓力。
所以我們得到:通過降低背壓比,能讓通過蒸汽的流速提升到相對于渦街流量計來說非常高的程度,甚至達到音速,過熱蒸汽音速可以達到500m/s以上。從熱網過來的蒸汽壓力一般高于0.8MPa,而在儲氣罐開始充氣時,罐內壓力幾乎為常壓。根據蒸汽的臨界流原理。蒸汽管道和容器的前后壓力比只要低于臨界壓力比γcr=0.546,那么管內蒸汽的流速將達到音速。在這個案例里,儲氣罐內壓力按充氣階段中后期才逐漸升高到的0.4MPa來計算,背壓比為0.5。也就是說,在大部分蒸汽通過階段,背壓比都小于0.546,蒸汽的流速都保持在音速,音速是大大超過渦街流量計測量流速上限的。通過這樣一個辦法,即能大幅度提高通過渦街流量計的蒸汽流速,致使渦街流量計計量嚴重偏少。不法用戶還狡辯,我的所有計量器具都通過了國家法定計量檢定機構的檢定。確實,這種情況,單是檢定流量計是無法發(fā)現(xiàn)問題的。我們可以判斷,介質的高流速對渦街流量計的計量性能產生了很大的影響致使其計量不準。為什么這么說呢?我們再來分析氣體的高流速對渦街流量計的影響。
2 渦街流量計工作原理
在流體中安放漩渦發(fā)生體,流體在漩渦發(fā)生體兩側交替地分列出兩列有規(guī)律的交錯排列的漩渦,在一定雷諾數(shù)范圍內,改漩渦的頻率與漩渦發(fā)生體的幾何尺寸有關,所產生的漩渦頻率f 正比于流量,此頻率可由各種傳感器檢出。
渦街流量計就是利用卡門渦街原理,得到如下關系:
f =(Sr ·u )/b
式中:b ——阻流件的寬度,m; u——流經流量計的流體平均流速,m/s;f ——漩渦的頻率,Hz;Sr ——斯特羅哈爾數(shù)(無量綱)。
斯特羅哈爾數(shù)為無量綱參數(shù),它與漩渦發(fā)生體的形狀及雷諾數(shù)有關。圖3所示為三角柱漩渦發(fā)生體的斯特勞哈爾數(shù)與管道雷諾數(shù)的關系。
由圖3可見,在Re D=2×104~7×106范圍內 ,斯特勞哈爾數(shù)可視為常數(shù)。我們使用的渦街流量計都是在斯特勞哈爾數(shù)視為常數(shù)的這個范圍內設計的。因此我們使用渦街流量計時一定要避免測量介質的雷諾數(shù)在2×104~7×106這個范圍外,超過這個范圍,斯特勞哈爾數(shù)不再是常數(shù),渦街流量計測得的頻率與流速也不再是簡單的正比關系。也就是說,超過雷諾數(shù)2×104~7×106這個范圍,便違反了渦街流量計的設計原理,這時候渦街流量計是不能正常計量的。因為雷諾數(shù)與介質流速有關,所以我們具體到介質流速的話,對于蒸汽來說,渦街流量計的流速測量范圍控制在5m/s~60m/s之間,好的渦街流量計量程上限多再往上延伸20%。因此在選型渦街流量計的口徑和流量測量范圍時,要保證滿足這個流速限定。絕大部分渦街流量計對于高流速介質是沒有辦法計量的。所以上訴案例中,用普通渦街流量計去計量音速下的蒸汽,得到的結果是完全不可信,不能用的。
渦街流量計是一種數(shù)字儀表,是通過傳感器來檢測漩渦頻率的。流量計的電氣性能必須要工作在適宜它的條件下。我們來看看在高流速下,渦街流量計檢測漩渦頻率的情況。引用一個高流速下渦街流量計的實驗[4]。該實驗在采用在線實時頻譜分析時發(fā)現(xiàn):在口徑為DN80及其以下的管線上,經常會出現(xiàn)高于80m/s的高流速,其中有近一半的出現(xiàn)超過100m/s的高流速,更有甚者,流速高達180m/s。一般的渦街流量計在通過介質流速過高時,會發(fā)生劇烈的漏波現(xiàn)象,因而產生難以估算的誤差。
從圖4上看漏波的結果就是檢測到的脈沖不再連續(xù),發(fā)生了漏缺。所以這種情況下,測量結果的趨勢是一般都是偏小。在高流速下,漩渦發(fā)生體后的流體運動更加復雜。渦街傳感器檢測信號需要一定的清晰度,如果流速過高,流場變得更加復雜。此時傳感器將受到嚴重干擾,目標信號清晰度急劇下降,使渦街流量傳感器測不準或者測不到。
我們可以看到,高流速下的渦街流量計的漏波十分明顯,正是利用了渦街的這個漏洞,讓渦街流量計在超高流速下大量漏波,致使后得到的流量遠小于實際流量。
除了是上述案例中的裝置,還有一種把蒸汽直接放入水池中加熱水的熱水站,采用了手段這些都是為了設法讓蒸汽出口的壓力驟降,得到突然變小的背壓比,以大大提高蒸汽的流速。即使達不到音速,也遠高于渦街流量計的測量上限,導致渦街流量計的不正常工作。因此為了保證渦街流量計正常計量,我們必須重視渦街流量計的測量范圍,管內流速必須限定在渦街流量計的測量范圍以內。
對于那些在后端搞壓力驟降提高蒸汽流速的,可以想辦法把蒸汽流速限定在合理范圍內。比如采用限流裝置,在渦街流量計后方管線上安裝臨界流文丘里噴嘴。當蒸汽通過臨界流文丘里噴嘴時,在噴嘴上、下游壓力比如果小于或等于該噴嘴的臨界壓力比時,噴嘴喉部形成臨界狀態(tài),流過噴嘴的蒸汽質量流量達到大。這時蒸汽的質量流量不受下游狀態(tài)變化的影響。根據這個原理,我們把臨界流文丘里噴嘴安裝在可能會發(fā)生壓力驟降的管段前,就能穩(wěn)穩(wěn)的限死上游通過渦街流量計的大流量了。而選用文丘里噴嘴的原因是能夠減少壓力損失。
電磁流量計是一種精密儀器,在使用時候是需要定時維護保養(yǎng),以確保測量數(shù)據的精準度,下面詳細講解一下電磁流量計的一般保養(yǎng)和故障檢修:
1)經常觀察傳感器電源電纜和傳輸電纜(或導線)有無破損、老化現(xiàn)象,保護好電纜外面的橡膠護套。
2)定期(一般為半年)用軟布擦洗電極表面,清除污垢或沉積物。
3)清除傳感器上游直管段內的雜物。
電磁流量計的一般故障及其排除:
1)液體不流動有輸出:
1.與轉換器之間信號傳輸電纜連接有斷路;2.信號電纜到電極連接斷路;3.電極表面沾污或沉積絕緣層;4.接地不良或斷路。
解決方法:1.接好電纜線;2.打開傳感器、重新接上;3.擦洗電極表面;4.接好地線。
2)液體流動無輸出:
1.與轉換器之間的信號傳輸電纜兩芯線接反;2.電源未接或接觸不良;3.傳感器儀表管道、外殼、端面有滲漏。
解決辦法:1.倒線頭;2.接好電源、保持接觸良好;3.修理傳感器。
3)輸出不穩(wěn)定:
1.流場不穩(wěn);2.通過傳感器的液體中含有氣體、大固體塊;3.電氣連接虛接;4.接地不良;5.電極滲漏
解決方法:1.改造管道、或增加安裝假傳感器;2.正?,F(xiàn)象;3.檢查接線,接好線;4.接好地線;5.修理傳感器。
4)誤差過大:
1.零點過高;2.未完全充滿液體;3.供電電源畸變過大;4.接地不良。
解決方法:1.重新調整零點;2.改善管道條件,傳感器始終充滿液體;3.改善供電電源條件,符合正常工作條件;4.接好地線。
渦街流量計制作簡單,性價比高得到了很多客戶的使用,小編根據多年從事渦街流量計檢定的工作經驗,總結其常見故障和處理方法如下,供大家參考:
1.通電后二次儀表無顯示
原因分析為電源接線有誤或電源斷路;接線電壓大于220V,電爐燒壞;供電電壓與儀表要求供電電壓不相符;傳感器故障或放大板故障;故道內流量太小或管道內無流量。解決方法為檢查線路,正確接線;如果燒壞查找損壞部件,更換原廠配件;按要求提供供電電源;更換二次儀表故障部件;調整管道流量。
2.無流量時有信號輸出
原因分析為儀表引線屏蔽或接地不良引入干擾信號;儀表周圍有強電設備或動力線干擾;管道強烈震動。解決方法為加強引線屏蔽,保證線路良好接地;讓儀表遠離干擾源;跳高觸發(fā)電平或減震。
3.示值誤差偏離過大、重復性過大
原因分析為一次元件的漩渦發(fā)生體損壞;上、下游直管段長度不夠;儀表常數(shù)K只設置不正確;探頭玷污嚴重;管道內流體擾動過大。解決方法為更換漩渦發(fā)生體;改變安裝地點;重新計量檢定取得正確儀表常數(shù)K;清洗探頭;調換安裝地,增加入口壓力。
4.流量不準確,與工藝參數(shù)差別較大
原因分析為工藝參數(shù)錄入有誤;儀表量程不滿足實際流量要求。解決方法為:正確錄入儀表參數(shù);調整工藝或選擇適合實際流量范圍的儀表。
5.遠傳信號輸出不正常
原因分析為如果是頻率或脈沖信號輸出,接受電路與輸出電路兼容;如果是(4~20)mA電流輸出,流量設定范圍與輸出電流不一一對應。解決方法為外接電器元件(如串聯(lián)一定阻值的電阻等),使輸出和輸入電路良好兼容;參數(shù)設定時流量上下限數(shù)值與4mA和20mA一一對應。
以上是關于渦街流量計常見故障和處理方法的介紹,希望可以給大家提供到幫助。