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渦街流量計

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羅斯蒙特渦街流量計工作原理及常見故障處理

來源:河南省能源化工集團中原大化公司作者:王帥超 王 帥 武歡鵬發表時間:2019-06-29

摘要:羅斯蒙特渦街流量計是化工廠中常用的流量測量儀器。結合實際操作中存在的問題和錯誤,從渦街流量計的工作原理出發,介紹了安裝和使用過程中的注意事項。歸納了在現場應用中的多發故障和處理手段。本文對正確安裝,使用和維護羅斯蒙特渦街流量計有一定的指導作用。
在煤化工廠中,管道中液體和氣體流量的測量和控制是完成生產過程自動化的重要組成部分。羅斯蒙特渦街流量計在河南能源中原大化煤化工廠的應用越來越多。因為流量計的選型差異,發生的問題不能很快解決,這在一定程度上影響了正常的生產。在摸索之后,煤化工廠的流量計選擇了羅斯蒙特的8800D渦街流量計,該流量計使用壓電應力傳感器,它是流量計中能耗最低的流量計之一,與我們熟知的孔板流量計比較,渦街流量計的性能更加優越,不僅測量范圍寬而且壓力損失還很小,這樣在精度方面有了明顯的提高。羅斯蒙特8800D渦街流量計現在在裝置中運行可靠且穩定。
1渦街流量計測量原理
卡門漩渦就是在流體中設置三角柱型旋渦發生體,當流過發生體時便在其兩側產生有規則的旋渦,而后在發生體下游進行非對稱的排列。
卡門漩渦
渦街流量計是一種體積流量計,它根據卡門旋渦原理測量氣體、蒸汽或液體的體積流量、標準狀態的體積流量或質量流量。它經常用于自動控制系統測量流量。
它使用流體振蕩的原理來測量流體的流量。在三角形棱柱的發生器后交替產生與流速成比例的兩列旋渦,旋渦的釋放頻率與流過旋渦發生器的流體的平均速度和渦流發生器的特征寬度有關。
可用下式表示:
f=Stv/d
式中:f為旋渦的釋放頻率,Hz;v為流過旋渦發生體的流體平均速度,m/s;d為旋渦發生體特征寬度,m;St為斯特羅哈數,無量綱,它的數值范圍為0.14~0.27。St是雷諾數的函數,St=f(l/Re)。當雷諾數Re在102~105范圍內,St值約為0.2,因此,在測量中,要盡量滿足流體的雷諾數在102~
105,旋渦頻率f=0.2v/d。
由此可知,通過測量旋渦頻率就可以計算出流過旋渦發生體的流體平均速度v,再由式q=vA可以求出流量q,其中A為流體流過旋渦發生體的截面積。
2渦街流量計安裝注意事項
2.1對于渦街流量計安裝方式的選擇
渦街流量計的安裝方式有多種,可以安裝在水平或者垂直的管道上,也可以安裝在傾斜的管道上,但是想要保證測量的準確性,必須要使得管道充滿介質,當在水平管道安裝的時候,將其安裝在管道最低處。垂直或者傾斜的管道安裝時,流體的流向應該從下往上。
2.2渦街流量計直管段要求
渦街流量計的安裝對其前后的直管段的長度是有要求的。在流量計的上游要保證有10倍管道直徑到35倍管道直徑的直管段,流量計下游的直管段應不小于5倍的管道直徑。上游直管段的長度取決于上游是否有直角彎管、擴徑管或直徑減小的管。特別是,在直管段滿足要求的情況下,流量計應盡可能安裝在直管段盡可能大的管道位置,這可以確保由流量計的上游和下游節流元件引起的紊流不會影響流量計的測量精度。
2.3渦街流量計安裝位置的選擇
(1)對渦街流量計的影響有多種,管道震動就是其中之一,當在震動較大的管道上,精度會少下降,因此要采取減震措施而且要盡量避免安裝在有強烈震動的管道上。
(2)因為工頻信號會被疊加在測量信號上,所以工頻干擾信號的存在也會對渦街流量計的測量產生很大的影響。因此,在存在大功率電機的環境中,應避免使用渦街流量計,在此環境中,需要將儀器接地,選擇屏蔽電纜,并使用直流信號等有效方法消除工頻干擾。
(3)安裝的時候應該注意流體流動方向必須和渦街流量計的發生體迎流面相對,不然的話會產生較大的偏差。
(4)在渦街流量計的流量調節系統中,在滿足直管段的要求下,渦街流量計也必須安裝在調節閥的前面。不然的話,調節閥產生的射流會影響渦街流量計的測量,會形成閥門開度小但是流量卻變大的結果。
3渦街流量計8800D介紹
羅斯蒙特8800D由流量計本體和變送器構成,它通過被測流體流過旋渦發生體時產生渦流來測流量,傳感器位于旋渦發生器的末端,因渦流產生交變正弦波,變送器測量正弦波的頻率,并把其轉換成頻率。
針對裝置中常用的渦街流量計8800D,頻率檢測元件采用壓電晶體。交替的差壓使渦街發生體的檢測部分產生扭曲,扭曲運動與流管外的壓電傳感器耦合,壓電傳感器感應此交變力,并且轉換為交流電信號。電信號通過同軸電纜送到二次表,其中,交變的電信號的頻率就是渦街頻率。在常溫下,壓電晶體是絕緣的,阻抗為10-100MΩ,一般工程師會建議壓電晶體內阻需大于4MΩ,但如果工作在300°C狀態下,阻抗為將至1MΩ,甚至幾十千歐,輸出信號變小,這導致測量系統的低頻特性惡化,因此不能用于高溫介質的測量。渦街流量計信號處理方塊圖如圖2。
渦街流量計信號處理方塊圖
4渦街流量計8800D特點
全球唯一的無縫設計,傳感器與工藝隔離。無縫設計,無需擔心傳感器堵塞問題。無需中斷工藝,便可隨時進行傳感器的更換和維護。獨立的溫度傳感器設計,可單獨更換。通用的傳感器設計,無論口徑大小,通通適用,免去了備件的大量儲備。自校驗功能,可以對自身進行功能檢測,及時發現問題,便于維護。通用的傳感器,不再需要龐大的備件庫存及預算。
5渦街流量計8800D檢查注意事項
8800D的傳感器是敏感元件,在拆卸前,請務必要排查所有其它可能問題,除非確認傳感器故障,否側不要拆卸,傳感器拆卸兩三次以上,或者未能正確更換,傳感器可能不能會裝到桿上。
拆裝之前請務必遵守以下:
(1)從傳感器腔拿出傳感器,應該非常小心,在拆卸傳感器的過程中不要搖擺,扭轉,或者傾斜,這會損壞結合膜。
(2)在把傳感器回裝之前,請按以下步驟清洗密封面,傳感器上的金屬O型圈用于密封傳感器腔,防止工藝介質侵蝕流量計本體進入傳感器腔,注意不要劃傷任何部分,傳感器腔或者傳感器螺母,若損壞,可能需要更換傳感器或者流量計本體。
(3)如果是用過的傳感器,請清理傳感器上的金屬O型圈,如果是新的,則不用小心的把傳感器放入傳感器腔內,確保傳感器與桿同心,在向閥座用力時,盡量使傳感器垂直。用手均勻按壓傳感器,讓傳感器連接到桿上。
6實例故障分析
(1)新安裝或新檢修好的渦街流量計安裝在現場管道上后,在使用時沒有指示。
引起這種現象的原因大部分是因為管道內沒有流量或流量很小,導致速度等于零或特別的小。這樣的話,旋渦將無法在傳感器內產生。當然也有一小部分原因是由于傳感器內的檢測放大器靈敏度調得太低也會有這種結果。如果管道沒有進行吹掃,里面存有焊渣、鐵屑等雜物卡在探頭與內壁之間,使探頭不振動,此時也會引起一次表無指示。
(2)管道內沒有介質流動,顯示儀表卻又有流量顯示。
當出現外部干擾或者儀器的接地出現問題都會有這種現象。當然如果靈敏度調的太高也會導致這種結果。
在渦街流量計的多次使用中,發現它的靈敏度不能調得太高,否則會導致流量比實際高或指示波動;調得太低,顯示儀表又無指示。通常,當沒有流動且沒有外部干擾時,顯示儀器應為零。
(3)管道內存在強烈的機械振動,使顯示儀表有指示。
現場管道的工業生產經常受到動力設備引起的振動,這種振動引起的噪音,精確檢測渦街流量計儀器是非常有害的,在嚴重的情況下,儀表將無法正常工作。如果泵可能引起流體的壓力脈動(靜壓脈動),以及大的間隙開關閥,或負載的突然變化,可能會對流量計造成很大的沖擊。渦街流量計最容易受到各種波動沖擊的影響,更害怕焊接渣和石頭等硬質材料對介質的影響,這會增加噪聲信號,影響測量精度
(4)渦街傳感器的探頭與內壁只有很小的距離,極易被沙粒、污物堵住,使振動源不能振動,儀表指零。
此時如用外力敲擊幾下一次表的殼體,有時會把探頭與內壁之間的污物振掉,使儀表恢復指示。有時二次表指示偏低且遲緩,是有污物堵在了探頭與內壁之間,但未堵死,此時可旋動絲杠,使振動源旋轉180°,即把振動源倒過來,讓流體反沖一下振動源,有時會解決問題。
(5)一直沒有流量指示。
檢查變送器上的同軸電纜是否松動,接地線是否松動,拆下如果檢查正常,需要拆卸同軸電纜的與傳感器連接端,現場氧線有兩個流量計,拆發生體的同軸電纜要確定是否和故障變送器電纜一致,拆同軸電纜時要注意,不要刮傷,不要踩踏,拆下要檢查是否有破皮現象。拆下同軸電纜后用萬用表電阻檔測同軸電纜是否是連通的。同軸電纜正常,則檢查傳感器是否正常,要大于4兆歐。回裝,可敲擊發生體外殼,觀察變送器是否有流量波動。檢查完畢,回裝。
7常見故障診斷與排除
在實際使用中,總結了一些常見的故障現象和分析、排除故障的方法,如表1所示。
故障診斷與排除
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