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摘要：渦街流量計因其儀表系數(shù)與流體特性無關(guān)、精度高、寬量程比和低壓損等優(yōu)點，在化工領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣。以熱解分級煉制新工藝對煤及液化殘渣進行煉制利用中的產(chǎn)品之一熱解氣為例，介紹渦街流量計的選型設(shè)計。
　　我國低階煤資源儲藏豐富，占可采儲量40?以上。然而它的高效利用一直是業(yè)內(nèi)努力攻克的難題。低階煤含水量高，熱值低，機械強度低，化學(xué)穩(wěn)定性差。采用熱解分級煉制新工藝對煤及液化殘渣進行煉制利用，在溫和的條件下對原料進行加工處理，分步驟地將其中有用的成分充分提取出來，得到的產(chǎn)品之一為熱解氣，去除焦油后的熱解氣組成見表1，采用渦街流量計對其進行測量。

1渦街流量計概述
　　渦街流量計是20世紀70年代發(fā)展起來的一種新型流量儀表，80年代制定了渦街流量計專業(yè)標準（ZBN12008-1989)和檢測規(guī)程（JJG620-1989)。渦街流量計目前已發(fā)展成為主流流量儀表之一，因其有諸多優(yōu)點，吸引了國內(nèi)外眾多研究者和企業(yè)的關(guān)注。研究者從多方面對其進行深入的研究：①旋渦發(fā)生體的研究[1，2+;②壓電傳感器探頭位置的研究[3];③數(shù)字信號處理方法的研究[4];④渦街信號檢測方法的研究[5];⑤數(shù)值仿真方法的研究[6]。
　　在眾多流量計中，渦街流量計的安裝、運行、維護費低于節(jié)流式、容積式等，購置費低于容積式、質(zhì)量式等，是一種實用性和經(jīng)濟性都較好的流量計，受到用戶廣泛歡迎。該流量計優(yōu)點如下：
(1)在一定雷諾數(shù)Re范圍內(nèi)（2X104~2X106)，輸出頻率信號不受流體物性（密度、粘度）和組分變化影響，即儀表系數(shù)僅與旋渦發(fā)生體的形狀尺寸及管道的形狀尺寸有關(guān)，可以在一種典型介質(zhì)中校驗而適用于各種介質(zhì)。
(2)高(差壓、計比較）。
(3)量程比可達10:1或20:1，目前已有廠家在研制適用于氣體測量能達到80S的渦街流量計。
(4)壓損�。�約為孔板流量計的25%-50%)，大幅度降低能耗。
(5)結(jié)構(gòu)簡單牢固，安裝維護方便。
(6)使用范圍廣，可測量液體、氣體、蒸汽和部分混相流體。
2渦街流量計的參數(shù)計算
2.1工作狀態(tài)和標準狀態(tài)下的體積流量換算
　　渦街流量計的輸出信號是與工作狀態(tài)的體積流量成正比例，氣體的體積流量受溫度、壓力影響較大，在流量計選型時，若提供的流量是標準狀態(tài)下的體積流量或質(zhì)量流量，應(yīng)把它換算成工作狀態(tài)下的體積流量。

　　式中，qv、qn分別為工作狀態(tài)和標準狀態(tài)下的體積流量，m3/h;P、Pn分別為工作狀態(tài)和標準狀態(tài)下的絕對壓力，PaT、Tn、分別為工作狀態(tài)和標準狀態(tài)下的熱力學(xué)溫度，K。
23雷諾數(shù)、壓力損失和背壓的計算
　　在渦街流量計選擇流量計通徑時，主要是對流量下限值進行核算雷諾數(shù)，最小雷諾數(shù)不應(yīng)低于下限雷諾數(shù)，即雷諾數(shù)Re≥2×104。在測量介質(zhì)為液態(tài)時，還應(yīng)檢查最小工作壓力是否高于工作溫度下的飽和蒸汽壓，即是否產(chǎn)生氣穴現(xiàn)象。
⑴雷諾數(shù)Re是一個表針流體慣性力與粘性力之比的無量綱量：

式中，Q為體積流量，m3/h;D為流量計內(nèi)徑，mm;v為運動粘度，m2/s。
(2)壓力損失：選擇流量計時，通�？赡軙�對流量計的通徑進行適當縮小，以取得較大流速和合適的流量量程。但是如果縮徑過于嚴重，可能會導(dǎo)致較大的壓力損失，能耗會增加，因此在選擇流量計的通徑時，也需要適當考慮壓力損失，盡可能減小壓力損失。壓力損失ΔP計算：
ΔP=1.1×10-5ρ?V2（3）
　　式中，ΔP為壓力損失，kg/m2;ρ為流體密度，kg/m3;V為流速，m/s。
(3)背壓：測量液體的流量時，要確認工藝管道的壓力對于較小的公稱通徑而言有足夠大的背壓，避免氣穴產(chǎn)生。流量計下游的管道壓力應(yīng)滿足。
P≥2.7ΔP+1.3P0（4）
式中，P為流量計下游3.5~7.5D的最小管道壓力，kg/cm2（A）；P0為液體的飽和蒸汽壓，kg/cm2。
（4）根據(jù)工藝要求及現(xiàn)成安裝環(huán)境選擇耐壓、耐溫等級、防護等級、防爆等級、輸出信號等。
3測量熱解氣的渦街流量計的選型設(shè)計
　　熱解氣的組分如表1所述，其工藝參數(shù)：操作密度0.63kg/m3，運動粘度2X10_5m2/s，操作溫度48.9℃，操作壓力7.5kPa，管道DN80，最小流量50Nm3/h，正常流量100Nm3/h，最大流量150Nm3/h，儀表測量范圍選擇0?180Nm3/h。
　　在裝置運行的過程中，業(yè)主可能會根據(jù)需要適當調(diào)整參數(shù)，因此選擇量程比寬一些的流量計會有助于調(diào)整后的測量;另外熱解氣作為產(chǎn)品之一，其流量是驗證工藝與關(guān)鍵設(shè)備的工程可行性、優(yōu)化工藝參數(shù)的關(guān)鍵參數(shù)之一，因此使用精度高一些的流量計也是有必要的；熱解氣的組分隨著參數(shù)的調(diào)整也可能會發(fā)生變化，因此基于伯努利方程原理的，如孔板流量計、噴嘴、阿牛巴流量計、德爾塔巴流量計、平衡流量計等都不能很好的測量，因為這類流量計受流體物性（密度、粘度）和組分變化影響，且最終的熱解氣產(chǎn)品或多或少都有焦油的存在，時間長了可能堵塞流量計。楔形流量計帶有自清潔功能，如果采用法蘭取壓，變送器采用隔膜密封式變送器，其受焦油的影響較小，楔形流量計計算結(jié)果分別見圖1和圖2。

　　當H/D比為0.2時，其壓力損失達到4kPa，已經(jīng)大于操作壓力的一半，此種方案不可可取，當H/D比為0.3時，其壓力損失為1.09kPa，可以接受，但最小流量時差壓只有0.11Kpa，甚至正常流量時的差壓也有只有0.45kpa，由于采用的是隔膜密封式變送器，此時的精度無法保證；另一類是基于線性連續(xù)方程原理的，如渦街流量計、質(zhì)量流量計等，考慮到為一個實驗裝置，質(zhì)量流量計價格昂貴，因此綜合考慮介質(zhì)和裝置的特殊性、壓損、精度和費用等因素，選用渦街流量計測量熱解氣的流量。
由式1可得最小流量對應(yīng)的工作狀態(tài)下的體積流量：

　　由上述計算結(jié)果可知，當流量計縮徑至DN40時，雷諾數(shù)即可滿足要求。
按式（3）可以核算下DN50和DN40口徑下的最大壓損：
DN50時：

　　從圖3可見，出流量計口徑為DN80時，最小流量無法測量；流量計口徑縮徑至DN50時，最小流量可測（此時流體的雷諾數(shù)非常接近2*104），但此時的流量精度稍微差些；流量計口徑縮徑至DN40時，最小流量可測，且精度也能得到保證。用上述公式計算的壓損與軟件計算出來也基本抑制，差別來自計算值。如果流量計縮徑至DN25時，流量計的壓損已經(jīng)達到7.6kpa，壓損較大，無法滿足工藝要求。因此選擇DN40口徑的流量計能滿足要求。對于DN50口徑的方案，如果流量大于54Nm3/h時，流量計的精度為此款流量計的精度，
　　為1.0%，當流量為50Nm3/h時，此時流量可測，只是精度稍差寫，約為1.81%，但流量計的壓損會小很多，從節(jié)能降耗方面考慮，選擇DN50口徑的流量計也是可以的，綜上，選擇DN40口徑和DN50口徑的渦街流量計都能滿足要求。
　　操作溫度為48.9℃，沒有特殊性，選擇普通的渦街流量計即可；根據(jù)現(xiàn)場情況，流量計為露天安裝，防護等級選擇IP65即可；根據(jù)《爆炸危險環(huán)境電力裝置設(shè)計規(guī)范》GB50058-2014，各介質(zhì)所在組別屬于危險物料，見表2.因此儀表防爆標志選擇ExiaIICT4Gb即能滿足要求。根據(jù)項目統(tǒng)一要求輸出信號選擇為4~20mA+HART。

　　至此，渦街流量計的選型已經(jīng)完成，但考慮到熱解氣中焦油的存在，選擇渦街流量計時，需要注意：1不能選用因為技術(shù)需要而在渦街流量計中設(shè)計了小孔結(jié)構(gòu)的流量計，因為焦油有可能堵塞這些孔，從而失去其原有的作用；2焦油有可能附著在漩渦發(fā)生體上，從而改變其結(jié)構(gòu)，影響測量精度，因此需要采用帶防粘附作用的發(fā)生體，另外考慮到熱解氣中焦油含量較小，且由于漩渦的存在，其有剝離附著發(fā)生體上的焦油作用，因此認為對流量精度的影響較小。
4結(jié)語
　　目前項目已經(jīng)開車成功，渦街流量計現(xiàn)場使用效果特別好，在整個實驗過程中，都能很好的測出熱解氣的流量�，F(xiàn)場的使用結(jié)果表明，在發(fā)生體帶防粘附作用情況下，低含量的焦油對流量計的測量精度影響不大。目前化工廠常用的流量計節(jié)流裝置孔板等，其受流體物性影響大，量程比一般只有3:1，且容易出現(xiàn)堵塞，直管段要求甚至高達50倍管徑，另外導(dǎo)壓系統(tǒng)還容易出現(xiàn)泄露。渦街流量計因其儀表系數(shù)與流體特性無關(guān)（氣液通用）、精度高、寬量程比和低壓損等優(yōu)點，是節(jié)流裝置的理想替代品，但只有正確設(shè)計、正確選型以及正確安裝的條件下才能發(fā)揮其應(yīng)有的作用。

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