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选择渦街流量計型号时流量大小范围的计算公式和步骤

來源: 作者: 發布日期:2020-09-22

 多年工程實踐證明,選型是用好渦街流量計的关键环节,而选型过程中對于测量上 / 下限的核算则是重要基础,抓住了这一基础环节,该流量计不失为一种性能卓越的流量计。选型过程中,首先是根据工艺要求选择正确的口径规格,以确保流体流量介于所需准确度等级下、流量计的非常大及非常小流量测量限之内;因为线性度与测量范围及雷诺数相关,流体的雷诺数不可超限;渦街流量計为速度式流量计,应采用工况流速进行测量范围的性能对比。

 
一、渦街流量計测量下限的核算
對于智能渦街流量計的测量下限,应引起足够重视的是:当流量低于下限时,渦街流量計将指示为零,已不能反映流量的变化趋势。因此,在工程应用中,应考虑足够低的测量下限余量。渦街流量計的测量下限由雷诺数、二次部件信号处理系统的增益及抗干扰能力、频带宽度、抗震性能认证指标及现场振动强度等因素共同制约,必须对上述因素分别进行核算,并将核算结果中的非常大值作为流量计测量下限使用,即实际测量下限:
实际测量下限
需注意,与其他模拟式原理的流量计不同的是,渦街流量計是以计量漩涡数量测量流量,是通过信号频率而非信号强度提取瞬时流量信息,因此,常见的通过 (4 ~ 20)mA 输入通道进行小信号截除以稳定零点的措施,通常是无效的。零点的稳定,主要取决于渦街流量計的抗干扰能力。
 
1. 雷诺数限制的流量下限的核算
通常情況下,上限流量對應的雷諾數無需考慮,主要需對下限流量的雷諾數進行計算,在計算結果低于制造商標稱的雷諾數下限時,流量計不可選用。
 
雷諾數下限導致的流速測量下限計算見式(1):
流速测量下限计算
式中:Vmin1——基于雷诺数限制的工况流速下限,m/s;Rd min——为保证标称准确度,所需非常小雷诺数;μ——流体在工况下的动力黏度,cP 或 mPa·s;ρ——流体工况密度,kg/m3;D——管道内径,mm。对 于 黏 度 高 于 1cP 的 液 体 流 量 检 测 或 小 于DN40 的小口径规格的选用,应不可省略雷诺数下限的核算。
 
2. 基于信号处理系统的增益及抗干扰能力进行流量下限的核算
由于涡街信号强度与流体密度成正比、与流体流速的平方成正比,随流量减小,涡街信号的强度以二阶关系急剧减弱。對于低密度流体(如气体),信号更加微弱,在小流量时需要信号处理系统提供足够的增益 ( 放大倍数 ),并且应确保小流量时的微弱信
號能夠在各類現場幹擾下依舊得以正確地辨識,否則會將幹擾信號頻率誤識爲流量信號,産生無法預計的測量誤差,導致測量失敗。式(2)給出基于信號處理系統的增益及抗幹擾能力的測量下限的核算:
抗干扰能力的测量下限
式中:Vmin2——基于信号处理系统增益及系统抗干扰能力的流速下限,m/s;C——常数,由信号处理系统的增益及抗干扰能力共同决定 , 各产品存在明显差异;ρ——流体工况密度,kg/m3。
 
3. 基于信号处理系统的频带限制导致的流速测量下限 Vmin3
信號系統的低端頻響限制,直接限制測量下限,常見産品樣本分別給出各口徑規格在測量液體、氣體、蒸汽時的流速下限,可直接引用,但切不可與抗幹擾能力確定的下限混淆。
 
4. 基于抗震性能认证指标及现场振动强度的流速测量下限的核算
該方面導致的流速測量下限見式(3):
流速测量下限
式中:Vmin4——基于抗震性能認證指標及現場
管道振動強度的流速下限,m/s;V0——認證時的流速下限,m/s;VIf——預計的現場管道振動幹擾強度,g;ρ0——認證時的流體工況密度,kg/m3;VI0——認證的抗振動幹擾強度性能,g;ρ——現場流體工況密度,kg/m3。
 
二、渦街流量計测量上限的核算
渦街流量計的测量上限,同时受限于信号处理系统高端频响、涡街发生体及传感器的结构承受能力、工艺要求的压力损失极限。在流量超过信号处理系统频响范围上限时,渦街流量計很可能出现流量越大,指示越小的“倒走”现象,产生难于预测的误差。在流量超出涡街发生体及传感器的结构承受能力的上限时,易出现传感器寿命缩短,甚至发生体或传感器断裂的现象,威胁下游设备的安全。过高的流速可能导致压力损失超过工艺要求的限制,影响生产。流量计非常高压力损失计算可采用式(4)进行:
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式中:ΔP——流量计产生的yongjiu压力损失,kPa;Cd——渦街流量計阻力系数,由其结构决定;V——流体工况流速,通常取非常高流速,m/s;ρ——流体工况密度,kg/m3。
 
制造商在产品样本中通常已给出各口径规格流量计對于液体、气体、蒸汽的测量上限流速,可直接采用。
三、其他需關注的問題
1. 在对气体进行测量范围核算时,切勿混淆工况体积与标况体积,以免核算结果严重偏离,致使流量计口径规格选择错误。
 
2. 大口径 / 低流速的应用问题。由于 K 系数与
渦街流量計流通管内径成反比,對于相同流速,呈现口径规格越大,涡街频率越低的规律。在选用 DN200及以上口径规格的满管式渦街流量計时,可能出现涡街频率与流速波动频率相近甚至相同的情形,致使涡街频率难以正确识别,产生难以接受的测量误差,这种情形出现的概率随口径规格的增大及流速的降低而升高,因此更易出现在大口径液体检测的应用之中,这正是大多数制造商不生产 DN300 以上规格满管式渦街流量計的原因。在选用 DN300 以上口径满管式一体式温压补偿渦街流量計時,應向制造商了解應用的限制情況。
 
四、結論
以上仅对渦街流量計选型过程中上 / 下限的核算提出了基本思路和方法,在实际工程应用中,还需要工程技术人员对渦街流量計的准确度、性价比、使用成本、安装条件(包括机械振动)以及技术支持等做更深入的分析。
 

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