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渦街流量計應用問題的探討

來源:華能長春熱電廠、中國石油吉林石化公司有機合成廠作者:劉洪博1 朱國安2 蘇振北3 陳德呈2發表時間:2019-06-09

 摘 要:雄鹿队员名单作為流量測量儀表,在流量測量中有著廣泛的應用,在使用過程中,由于安裝、維護使用不當等原因,故障率較高。本文對渦街流量計的工作原理、安裝方法、安裝過程中應該注意的問題進行闡述,通過案例重點分析渦街流量計的日常維護與故障處理方法。

 
流量作為工業三大參數之一,流量測量方法和儀表種類繁多,每種儀表都有他的特定的適用性和局限性,在眾多的流量計中,渦街流量計因其結構簡單牢固,安裝維護方便,在冶煉廠、化工廠、輸油管道等工業現場廣泛使用。
 
1 原理
渦街流量計是應用流體振蕩原理來測量流量的,流體在管道中經過渦街流量變送器時,在三角柱的旋渦發生體后上下交替產生正比于流速的兩列旋渦,這種旋渦稱為卡門旋渦,旋渦列在旋渦發生體下游非對稱地排列,旋渦的發生頻率與流體的速度成正比,通過測量旋渦頻率可以計算出流過旋渦發生體的流體平均速度,從而計算出體積流量。
 
2 渦街流量計安裝
2.1 安裝條件
傳感器應安裝在水平、垂直或傾斜(流體的流向自下而上)的與其公稱通徑相應的管道上;應避免安裝在有機械振動的管道上,當振動不可避免時,應考慮在距傳感器前后約2DN處的直管段上加固定支撐架;應避免安裝在有較強電磁場干擾、有熱輻射、有腐蝕性氣體、空間小和維修不方便的場所;測量氣體情況下,需要對被測流體進行溫度、壓力補償;被測介質含有較多雜質時,應在傳感器上游直管段要求的長度以外加裝過濾器;傳感器的上、下游應配置一定長度的直管段,直管段的內壁應清潔、光滑,無明顯凸凹、積垢和起皮等現象,安裝液體傳感器的附近管道內,應充滿被測液體。
 
2.2 渦街流量計安裝要求及注意事項
(1)合理選擇安裝場所和環境避開強電力設備,高頻設備,強電源開關設備;避開高溫熱源和輻射源的影響,避開強烈震動場所和強腐蝕環境等,同時要考慮安裝維修方便。
(2)上下游必須有足夠的直管段
若傳感器安裝點的上游在同一平面上有2個90°彎頭,則:上游直管段≥25D,下游直管段≥5D;若傳感器安裝點的上游在不同平面上有2個90°彎頭,則:上游直管段≥40D,下游直管段≥5D;調節閥應安裝在傳感器的下游5D以外處,若必須安裝在傳感器的上游,傳感器上游直管段應≥50D,下游應有≥5D;安裝點上下游的配管應與傳感器同心,同軸偏差應≥0.5D。
(3)管道采取減振動措施
傳感器盡量避免安裝在振動較強的管道上,特別是橫向振動。若不得已要安裝時,必須采取減振措施,在傳感器的上下游2D處分別設置管道緊固裝置,并加防振墊。
(4)在水平管道上安裝是流量傳感器最常用的安裝方式測量氣體流量時,若被測氣體中含有少量的液體,傳感器應安裝在管線的較高處;測量液體流量時,若被測液體中含有少量的氣體,傳感器應安裝在管線的較低處。
(5)傳感器在垂直管道的安裝測量氣體流量時,傳感器可以安裝在垂直管道上,流向不限。若被測氣體中含有少量的液體,氣體流向應由下向上;測量液體流量時,液體流向應由下向上:這樣不會將液體重量額外附加在探頭上。對某些液體介質通過儀表時由于壓力降低造成的汽化現象要予以充分的注意。
(6)傳感器在有保溫層管道上的安裝測量高溫蒸汽時,保溫層最多不能超過支架高度的三分之一。
(7)測壓點和測溫點的選擇
根據測量的需要,需在傳感器附近測量壓力和溫度時,測壓點應在傳感器下游的3~5D處,測溫點應在傳感器下游的6~8D處。
 
2.3 渦街流量計注意事項
(1)專用法蘭與直管段焊接時不能帶著傳感器焊接,安裝時應使傳感器的流向標志與管道內流體流向一致,傳感器安裝前,法蘭凹槽內必須放好密封圈。壓力和溫度測量點的位置,取壓點在傳感器下游3~5D處,測溫點在下游5~8D處,測量高溫介質時,切勿用隔熱材料把傳感器連接桿周圍包起來。
(2)連接傳感器的屏蔽電纜走向,應盡可能遠離強電磁場的干擾場合。絕對不允許與高壓電纜一起敷設,屏蔽電纜要盡量縮短,并且不得盤卷,以減少分布電感,最大長度不應超過200m;安裝傳感器前,管道必須進行清洗。沖掉管內的雜質,避免通流后堵塞傳感器。測量液體的管道必須充滿被測液體,防止氣泡的干擾。
 
3 渦街流量計故障分析與排除
3.1 儀表選型方面的原因
(1)由于儀表的通徑選擇不當,所以安裝投用后,實際流量與儀表的量程范圍相差甚遠,主要表現為管徑大,流量小,流速低,實際流量處于儀表的下限或下限以下,儀表無法正常運行,測量誤差很大。
(2)選表時,工況參數提供不準確,與實際工況相差甚遠,造成選表不當,儀表安裝投運后,無法正常運行,特別是氣體流量測量的選表上,操作壓力偏差大對測量影響特別明顯。
 
3.2 安裝不當方面的原因
(1)儀表上下游直管段長度不夠,密封墊凸人管內,管道的突縮、突擴阻流件對流場產生嚴重的擾動等。
(2)對含微量氣體的液體測量管或含微量液體的氣體測量管的不良安裝造成異相流體在渦街流量計測量管內的滯留,對測量造成干擾。
(3)測液體時把渦街流量計安裝在自上而下垂直流動或向下傾斜流動的管道上,或把渦街流量計安裝在沒有背壓的管道物體出口處,造成液體不滿管。
(4)渦街流量計安裝位置離動力源(風機、或泵)太近,沒有足夠長的上游直管段及有效的減振措施。
(5)測量高溫介質時把渦街流量計水平正向安裝,轉換器位于管道正上方,管道保溫措施又不到位,造成管道高溫對轉換器部件的直接烘烤,引起電子器件的損傷。
 
3.3 流體方面的原因
(1)被測流體不是均勻的單相流體,可能是脈動流,也可能是混相流,致使旋渦分離不穩定,輸出信號波動大。
(2)流體中夾雜著塊狀固體、長纖維或帶狀物等。高速運動的塊狀固體撞擊發生體和檢測元件,嚴重時可能損壞發生體和檢測元件;長纖維和帶狀物纏繞發生體、檢測元件,破壞卡曼渦街穩定分離,干擾檢測元件穩定工作。經長期工作,流體內的臟物在測量管內壁和檢測元件表面的附著、沉積,改變了測量管和發生體的幾何尺寸參數,儀表的測量誤差增大,降低了檢測元件的靈敏度,信號幅值減小,進而引起檢測元件的失效。
 
3.4 環境方面原因
環境中的腐蝕性氣體、潮氣的長期侵蝕會引起檢測元件的絕緣電阻下降,以及部分電子元件、接線端子、接地端子的腐蝕,使接插件接觸電阻增大,傳輸信號被衰減。
 
4 渦街流量計在蒸汽測量中的應用
蒸汽是比較特殊的介質,有飽和及過熱兩種狀態。隨著工況(如溫度、壓力)的變化,過熱蒸汽經?;嶙涑晌ズ駝羝?。飽和蒸汽的溫度和壓力值是一一對應的,因而單獨通過測壓力或測溫度都可以對飽和蒸汽進行密度補償。而過熱蒸汽的溫度和壓力并不一一對應,過熱蒸汽的密度補償必須同時測其壓力和溫度。
 
另外,干蒸汽在長距離輸送過程中,會因熱量損失而出現部分凝結,導致蒸汽干度降低,變成濕蒸汽。飽和蒸汽實際上是水分子由液態轉變為氣態的臨界值,飽和蒸汽由于溫度或壓力的改變部分氣態水分子轉變為液態。
 
蒸汽嚴重帶水,將使渦街流量計出現“漏脈沖”現象,更嚴重時,渦街流量計會完全沒有脈沖輸出。
 
乙丙橡膠裝置蒸汽測量中,普遍使用渦街流量計,在開車調試時,故障率較高,主要表現為流量波動大、指示偏差大以及沒有指示,或出現溫度、壓力補償故障。通過現場檢查分析,主要有以下幾方面原因:
(1)管線振動大。現場管道明顯振動,嚴重超過安裝要求,造成指示波動大,通過增加支撐固定進行解決。
(2)介質臟,造成壓力補償故障,有雜質在發聲體前聚集,造成壓力補償故障以及測量偏差大。現場改為固定壓力補償,清除雜質后運行正常。
(3)儀表傳感器參數設置不正確。飽和蒸汽與過熱蒸汽參數混淆,導致設置不正確,實施偏差大,重新設置后運行正常。
(4)安裝不規范。穿線管配制不規范、接線盒密封不好等原因,導致接線端子腐蝕解除不好,導致沒有流量指示或偏差大,除銹重新緊固后運行正常。
 
5 結束語
流量測量儀表種類很多,都有其自身的特點,渦街流量計檢測傳感器不直接接觸被測介質,測量范圍寬,量程比大,壓力損失較小,應用比較廣泛,但其對管道振動要求高,在介質波動以及含有顆粒雜質情況下,波動較大,因此,流量測量儀表選擇時,應根據具體介質特性以及現場管道安裝條件進行認真的確認,選擇適合現場條件的儀表,才能從根本上保證測量準確,并且長周期可靠運行。
 
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