浅谈涡街流量表在蒸汽计量中的应用

涡街流量传感器是孔板流量计最理想的替代产品.涡街流量计是基于卡门涡街原理而研制成功的一种具有国际先进水平的新型流量计，由于它具有其它流量计不可兼得的优点，自七十年代以来得到了迅速发展，据有关资料显示，现在日本、欧美等发达国家使用涡街流量计的比例大幅度上升，已广泛应用于各个领域，将在未来流量仪表中占主导地位.
涡街流量传感器适用测量过热蒸汽、饱和蒸汽、压缩空气和一般气体、水和液体的质量流量和体积流量.

二. 工作原理
　　在流体中设置旋涡发生体（阻流体），从旋涡发生体两侧交替地产生有规则的旋涡，这种旋涡称为卡曼涡街，如图1所示。旋涡列在旋涡发生体下游非对称地排列。设旋涡的发生频率为f，被测介质来流的平均速度为U，旋涡发生体迎面宽度为d，表体通径为D，根据卡曼涡街原理，有如下关系式
　　　　　　　　　　　　　　f=SrU1/d=SrU/md 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（1）
式中　　U1--旋涡发生体两侧平均流速，m/s；
　　　　Sr--斯特劳哈尔数；
　　　　m--旋涡发生体两侧弓形面积与管道横截面面积之比
管道内体积流量qv为
　　　　　　　　　　　　qv=πD2U/4=πD2mdf/4Sr 　　　　　　　　　　　　　　　　(2)
　　　　　　　　　　　　K=f/qv=[πD2md/4Sr]-1 　　　　　　　　　　　　　　　　 (3)
式中 K--流量计的仪表系数，脉冲数/m3（P/m3）。
　　K除与旋涡发生体、管道的几何尺寸有关外，还与斯特劳哈尔数有关。斯特劳哈尔数为无量纲参数，它与旋涡发生体形状及雷诺数有关，图2所示为圆柱状旋涡发生体的斯特劳哈尔数与管道雷诺数的关系图。由图可见，在ReD=2×104～7×106范围内，Sr可视为常数，这是仪表正常工作范围。当测量气体流量时，涡街流量表的流量计算式为
式中 qVn，qV--分别为标准状态下（0oC或20oC，101.325kPa）和工况下的体积流量，m3/h；
　　 Pn，P--分别为标准状态下和工况下的绝对压力，Pa；
　　 Tn，T--分别为标准状态下和工况下的热力学温度，K；
　　 Zn，Z--分别为标准状态下和工况下气体压缩系数。
　　由上式可见，涡街流量表输出的脉冲频率信号不受流体物性和组分变化的影响，即仪表系数在一定雷诺数范围内仅与旋涡发生体及管道的形状尺寸等有关。但是作为流量计在物料平衡及能源计量中需检测质量流量，这时流量计的输出信号应同时监测体积流量和流体密度，流体物性和组分对流量计量还是有直接影响的。
三. 涡街流量表在蒸汽计量中的优点：
1. 结构简单而牢固，无可动部件，可靠性高，长期运行十分可靠。
2·安装简单，维护十分方便。不象差压式流量计那样再另装导压管和固定支架，即节省了安装费用，又减少了故障点，还不用采取保温措施。
3. 检测传感器不直接接触被测介质，性能稳定，寿命长。（针对于内藏式）
4. 输出是与流量成正比的脉冲信号，无零点漂移，精度高。也可根据需要使其输出4-20MA信号。
5. 测量范围宽，量程比可达1：10，最高可达1：20。这一点对一些用汽很不平衡的用户的蒸汽计量很有作用。
6. 压力损失较小，运行费用低，更具节能意义。（相对于差压流量计）.
四．局限性分析：
1.对直管段的要求较高，一般起码要求前直管段在15D左右，后直管段在5D左右。
2.蒸汽的水击容易造成探头及旋涡发生体的损伤。
3.不适合安装在管线振动较大或干扰较强的地方.
4.所测介质温度不能过高，最高不能高于400度。
5.现在大管径的流量表稳定性欠佳（大于DN250MM）
五．仪表的选型
仪表的正确选型是仪表正常使用的关键，实际应用中，太多的故障是由于仪表的选型不合理造成的，详细了解现场应用的工况条件及介质参数，选择合适的压力，温度，防护，防爆等级及材质，结构方式，以保证仪表能运行在最佳状态。对于蒸汽的计量选择合适的涡街流量表，我认为主要按以下步骤进行：
1. 首先了解所测量的工作介质，是饱和蒸汽还是过热蒸汽。
2. 确定流量的使用范围：最大流量和最小流量。
3. 了解介质的最高、常用、最低工作压力和工作温度；（对于饱和蒸汽，只需知道压力或温度即可）
4. 查表得出工作状态下的密度。
5. 根据以上数据，对于饱和蒸汽''我们可以从该表的说明书中的饱和蒸汽的流量范围表中查找出最接近的流量表.（过热蒸汽可依据相应的密度从饱和蒸汽流量表中查的）
6. 最后根据现场的工作环境选择是使用一体式的还是分离式的。（例如介质温度较高）
六．安装：
1. 涡街流量表属于对管道流速分布畸变、旋转流和流动脉动等敏感的流量计，因此，对现场管道安装条件应充分重视，遵照生产厂使用说明书的要求执行。
2. 减小振动对涡街流量表的影响应该作为涡街流量表现场安装的一个突出问题来关注。首先在选择传感器安装场所时尽量注意避开振动源。其次采用弹性软管连接在小口径中可以考虑。第三，加装管道支撑物是有效的减振方法，
3.在涡街流量表上游2-10D处取测压点，在流量计下游5-10D处取测温点，测温元件应探入管道内部且迎向流体方向。
4.仪表在管道上安装时必须遵循下面的规则：
（1）.管道内径尽量与传感器通径一致。
（2）。电焊焊接法兰时，不应带表焊接。
（3）。安装时注意传感器流向标志指向介质的流动方向。
七．常见故障现象及解决方法
总之，经过几年的使用，我们发现涡街流量计非常适合外供热用户的蒸汽计量，同时也得到了广大用户的肯定，但是，现在的我们国产的涡街流量表还不够规范，还不够标准，我们期待，随着技术的不断进步，国产涡街流量表能够越来越规范，测量精度越来越高，更加方便我们用户的使用。