旋渦流量計在鍋爐送風(fēng)流量測量中的應(yīng)用

【資料簡介】

江蘇金鼎自動化儀表有限公司 ：姚佳明  

引言

    旋渦流量計是一種速度式流量計，可用于測量液體、氣體和蒸汽等多種介質(zhì)的流量，具有測量范圍寬、無運動部件、壓力損失小、工作可靠、準(zhǔn)確度高及安裝和維護方便等優(yōu)點，應(yīng)用比較廣泛。下面介紹旋渦流量計在某熱電廠鍋爐送風(fēng)流量測量中的具體應(yīng)用，并結(jié)合實際，詳細分析使用中存在的問題及相應(yīng)的解決辦法。

    1 旋渦流量計工作原理

    旋渦流量計又稱渦街流量計，它是利用有規(guī)律的旋渦剝離現(xiàn)象來測量流體流量的。如圖1所示，在管道中垂直于流體流動方向插入一根非流線形的阻流體（也叫旋渦發(fā)生體），當(dāng)流體的雷諾數(shù)達到一定數(shù)值時，流體在阻流體兩側(cè)交替地分離釋放出兩列規(guī)則的交錯排列的旋渦渦街，在一定的流速范圍內(nèi)，旋渦的分離頻率正比于流量。

 

    如果設(shè)兩列旋渦間的距離為h，同列相鄰兩個旋渦間的距離為L，則當(dāng)h/L=0.281時，所產(chǎn)生的旋渦是周期性和穩(wěn)定的。此時，對于圖1所示圓柱形旋渦發(fā)生體產(chǎn)生的旋渦，其單側(cè)頻率f可表示為式中：f為單側(cè)旋渦頻率，H_z；S_t為斯特勞哈爾數(shù)，無量綱，數(shù)值大小與旋渦發(fā)生體形狀和流體雷諾數(shù)有關(guān)；v為流體平均流速，m/s；d為圓柱體直徑，m。

 

    當(dāng)流體雷諾數(shù)在2×10⁴～7×10⁶范圍（這是儀表的正常工作范圍）之內(nèi)時，斯特勞哈爾數(shù)可視為常數(shù)，這時，旋渦產(chǎn)生的頻率與流體平均流速成正比，測得頻率f即可求得流體的體積流量^{（1-2）_。}

    旋渦頻率的測量可采用熱、電、聲等多種方法，如熱敏檢測法、應(yīng)力檢測法、電容檢測法、超聲檢測法等，這些方法是利用敏感元件把旋渦處的壓力、流速或密度等參數(shù)的周期性變化轉(zhuǎn)換為周期性的電信號，然后經(jīng)放大整形等處理后得到方波脈沖，zui后由二次儀表顯示、記錄或累積^{（1）_。}

    2旋渦流量計在鍋爐送風(fēng)流量測量中的應(yīng)用

    送風(fēng)流量是電站鍋爐非常重要的熱工參數(shù)之一，其大小不僅可反映送風(fēng)機的工作狀態(tài)，同時也是組建燃燒自動控制系統(tǒng)*的變量^{（1）_。}

    送風(fēng)管道的橫截面多為矩形，且情況比較復(fù)雜，流量的測量存在一定的難度。本文采用旋渦流量計對送風(fēng)流量進行測量，收到了比較好的效果。

    2.1 測量系統(tǒng)構(gòu)成及原理

    旋渦流量測量系統(tǒng)由傳感器、轉(zhuǎn)換器及顯示/記錄儀等組成。如圖2所示。其中，傳感器主要包括旋渦發(fā)生體和旋渦檢測器，用于把待測送風(fēng)流量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的頻率信號；轉(zhuǎn)換器將變送器輸出的頻率信號進行放大和整形等處理，zui后輸出4～20mADC標(biāo)準(zhǔn)信號；顯示/記錄儀接收轉(zhuǎn)換器的輸出信號，顯示/記錄待測送風(fēng)流量的大小。

    2.2 應(yīng)用問題分析

    對旋渦流量計工作原理分析可知，在實際使用中，旋渦流量計有非常嚴(yán)格的技術(shù)要求，如果儀表及配套設(shè)備選型、安裝條件、安裝方法、工作環(huán)境以及使用與維護等方面不能滿足相關(guān)要求，就會引起測量誤差增大或示值不穩(wěn)，甚至不能正常測量?，F(xiàn)將實際應(yīng)用中的有關(guān)問題總結(jié)如下。

 

    2.2.1 儀表選型問題

    1）旋渦流量計的可測下限流量除受檢測元件靈敏度影響外，主要與下限雷諾數(shù)有關(guān)，而雷諾數(shù)又與流場的幾何特征尺寸、流體的密度、黏度及流動速度等因素有關(guān)。如果在下限雷諾數(shù)以下工作，則斯特勞哈爾數(shù)就不再是常數(shù)，旋渦流量計也就進入非線性工作區(qū)，這將增大測量誤差。

    2）被測流體的常用流量應(yīng)處在儀表測量范圍的1/2～2/3之間，以減小測量誤差。如果儀表量程選擇過大，則可能會造成流量計無瞬時流量顯示。此時，一是可以調(diào)低流量計下限截止頻率，這樣做雖然可以使流量計正常工作，但會造成測量精度降低；二是更換小規(guī)格的旋渦流量計^{（3）_。}

    3）用旋渦流量計測量送風(fēng)流量必須考慮溫度和壓力補償問題，應(yīng)同時選擇合適的溫度、壓力測量儀表及智能流量積算儀，而且，這些配套儀表及旋渦流量計之間必須建立正確的流量、溫度、壓力和參考溫度、參考壓力的對應(yīng)關(guān)系^{（5）_，}否則會造成很大的測量誤差。

    2.2.2 安裝問題

    1）在選擇安裝場所時，應(yīng)盡量避開強電設(shè)備、高頻設(shè)備、強開關(guān)電源、高溫?zé)嵩础⑤椛錈嵩?、高濕環(huán)境及強腐蝕氣氛等，并應(yīng)盡量避免碰撞沖擊和機械振動，尤其是在水平面上與管道軸線垂直方向上的振動。鍋爐送風(fēng)管道的機械振動比較大，這是使用旋渦流量計遇到的zui大問題。旋渦流量計在管道振動慣性力的作用下，會產(chǎn)生振蕩干擾，當(dāng)被測介質(zhì)流速較大時，就會使波形失真，干擾脈沖輸出數(shù)量^（4）_，進而影響測量精度。實際中，可考慮采用安裝管道支架、加裝減振裝置或加強濾波等措施，當(dāng)然也可選擇抗振型旋渦流量計，它可在一定程度上減小振動對流量測量精度的影響。

    2）旋渦流量計對脈動流、旋轉(zhuǎn)流及流速分布畸變等流動特性的影響比較敏感，必須注意上、下游阻流件（如閥門、溫度傳感器等）的分布，并保證上、下游有足夠的直管段長度。對于被測流體的脈動頻率，如果其處在旋渦流量計的頻帶之內(nèi)時，會對測量精度產(chǎn)生影響，尤其是在脈動頻率與旋渦頻率合拍時，會破壞儀表的正常工作，甚至損壞儀表。必要時，可考慮在旋渦流量計上游管路上加裝緩沖器或節(jié)流孔板，以衰減脈動壓力，減小脈動對測量的影響。

    3）配管內(nèi)徑D_P應(yīng)與流量計內(nèi)徑D_N相同，如有差異，則應(yīng)滿足0.98D_N≤D_P≤1.05D_N，否則會增大測量誤差。在安裝旋渦流量計時，應(yīng)保持流量計與測量管道同心，其不同心度應(yīng)小于0.05DN，如果安裝偏心，則會降低測量精度。

    2.2.3 使用與維護問題

    1）目前所使用的旋渦流量計多為智能型儀表，儀表安裝好后，為保證流量測量精度，用戶必須根據(jù)自己的實際需要準(zhǔn)確設(shè)置有關(guān)參數(shù)，主要包括：流體類型選擇、流體zui小密度設(shè)定、儀表系數(shù)（根據(jù)實際管徑、常用流速及管道粗糙度等確定）的設(shè)定、標(biāo)準(zhǔn)工作溫度和壓力設(shè)定、截止頻率設(shè)定、量程設(shè)定及輸出參數(shù)（4～20mA或脈沖）選擇等。智能型旋渦流量計都具有流量校正和自診斷功能，它可根據(jù)不同工況自動進行相關(guān)參數(shù)的校正和誤差分段修正，這可在一定程度上提高流量測量的準(zhǔn)確度。

    2）應(yīng)對儀表進行定期校準(zhǔn)，以保證儀表長期工作的準(zhǔn)確性。

    3）如果流量計測量管堵塞或檢測元件被臟污介質(zhì)粘附，應(yīng)及時進行清洗，以免影響測量精度。

    3 結(jié)束語

    旋渦流量計的使用條件比較苛刻，影響其測量準(zhǔn)確度的因素也較多，通過對其工作原理及測量系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)的認真分析，并采取相應(yīng)的措施，在一定程度上保證了旋渦流量計的穩(wěn)定運行和準(zhǔn)確測量。