針對現(xiàn)代煉廠較少維護和低能耗的需求，渦街流量計在流量測量中應用的越來越廣泛。本文比較了渦街流量計在國內(nèi)外煉廠的應用 現(xiàn)狀，分析了渦街流量計在流量測量的優(yōu)勢，同時探討了影響渦街流量計測量準確性的因素和對策.

隨著我國煉廠和工業(yè)技術水平的迅猛發(fā)展，特別是國家環(huán)保 要求的不斷提高，對流體物質的測量和控制要求也越來越高。傳 統(tǒng)節(jié)流式差壓流量計雖然在一定時期和范圍內(nèi)難以完全被替代， 但它在安裝，后期維護和檢修方面的不便越來越不滿足煉廠現(xiàn)代 化的要求。近些年特別是隨著計算機技術和機械加工制造的飛速 發(fā)展，渦街流量計在測量技術和本身結構方面有了很大的突破和 進展?，F(xiàn)在渦街流量計憑借其在安裝和維護方面的優(yōu)勢在越來越 多的領域替代原來的差壓式流量計取得了良好的效果。本文通過 筆者在海外煉廠中對渦街流量計的應用，分析了渦街流量計在流 量測量中的優(yōu)勢，同時探討了影響渦街流量計計量準確性的因素 與對策。

1.渦街流量計在國內(nèi)外煉廠的應用現(xiàn)狀

渦街流量計雖然在我國的發(fā)展和應用己經(jīng)有很長一段時期 了，但目前國內(nèi)煉廠的流量測量主要是以節(jié)流式差壓流量計為主， 其他類型流量計為輔的形式來進行的，并沒有把渦街流量計作為 一種主要的測量手段。這其實有很多方面的原因，但主要有以下 幾點：

（1）渦街在測高溫高壓介質時的可靠性，穩(wěn)定性和適用性比節(jié) 流式差壓流量計要差。

（2）渦街的一次性投資要比節(jié)流式差壓流量計高。

（3）渦街的使用經(jīng)驗相對節(jié)流式差壓流量計要少。

由于上述的原因，渦街流量計在國內(nèi)煉廠中沒有大規(guī)模的應 用，不得不說是種遺憾。其實，上面所述的幾點通過合理的儀表 選型和安裝，并不是完全不能克服。筆者有機會參加了中東某個 現(xiàn)代化煉廠柴油和煤油加氫裝置的設計工作。他們在流量測量方 面的需求和習慣與國內(nèi)煉廠有很大的不同，主要體現(xiàn)在以下兩個 方面：

（1）對流量測量的精度要求比較高，即使是在一些諸如開工時 的非正常工況也要求準確測量，這樣便于精確地核算物料和能耗 指標。

（2）由于人工成本很高，對儀表后期的安裝和維護要求很高， 最好能免維護或少維護。

根據(jù)上面的要求，如果繼續(xù)選用節(jié)流式差壓流量計顯然不能 滿足業(yè)主的要求，而選用渦街流量計則能很好地滿足業(yè)主的要求。 以300萬噸/年的柴油加氫和250萬噸/年的煤油加氫兩套裝置為 例，遠傳流量計除了在一些有振動或雙相流的場合采用節(jié)流式差 壓流量計以及一些大管徑管道采用超聲波來測量流量外，其余62 臺流量計全采用ROSEMOUNT 8800D渦街流量計。大大減輕了 儀表安裝和維護的工作量，同時省去了很多儀表伴熱設施，降低 了全廠的能耗。這為我國煉廠的儀表設計選型提供了有益的借鑒。

2.渦街流量計在流量測量時的優(yōu)勢

渦街流量計近些年由于材料和測量技術的進步和渦街廠家的 大力推廣，占領了許多流量測量的市場份額。下面通過表一列出 的目前國際市場份額最高的兩個渦街流量計廠家與最常用的節(jié)流 式差壓流量計?[板的技術參數(shù)比較來介紹渦街流量計在流量測量 方面的優(yōu)勢.

2.1測量精度

眾所周知，渦街流量計是基于卡門渦街原理來測量流體的。 當流體的雷諾數(shù)達到一定數(shù)值時，流體在渦街發(fā)聲體的后面產(chǎn)生 交錯的，旋轉方向相反的和有規(guī)則的對稱旋渦，猶如一個街道， 渦街的頻率與流速有一定的關系。由于旋渦的頻率與流速成簡單 的線性關系，而頻率測量易于實現(xiàn)數(shù)字化與智能化，所以其測量 精度能大大地提高。根據(jù)表一也可看出，相對于孔板大于2 %滿 量程的系統(tǒng)誤差，渦街流量計的測量誤差能達到1 %以下。

2.2量程比

除了測量精度高外，渦街流量計還有一個顯著的優(yōu)勢，就是 具有很寬的量程比。從表一中可以看出，渦街流量計的量程比普 遍能大于20: 1，這是其他儀表不易達到的水平。以常用的孔板 流量計為例，孔板壓降與流量的平方成正比，若流量的量程比為 4 : 1，差壓的量程比就要達到16 : 1，而普通的差壓變送器要在 這么大的量程比下保證精度是很困難的，這也是限制孔板流量計 量程比不可能高的原因。

2.3 安裝和維護要求

渦街流量計相對于差壓式流量計在安裝和維護方面有著顯著 的優(yōu)點。除了眾所周知的無引壓管，無流動死區(qū)，無需伴熱等優(yōu) 點外，先進的渦街流量計還有許多結構上的優(yōu)勢，以ROSEMOUT 8800D為例，可以采用全焊接、無墊圏的表體結構，沒有可阻塞 的端口和縫隙，甚至能采用在線可更換的非接液式傳感器，傳感器與過程工藝隔離，可以在不破壞工藝密封的情況下更換(見圖 1)。這樣就能在無需增加旁路管線的情況下，隨時可對傳感器進 行插拔和標定。傳感器和變送器能通用所有口徑，互換性很強。 這些結構上的特點讓原先在節(jié)流式差壓流量計上的優(yōu)點在渦街流 量計上也能實現(xiàn)。

2.4經(jīng)濟效益

渦街流量計經(jīng)濟效益可以從以下幾個方面分析：

設備采購費：以進口的渦街和節(jié)流式差壓流量計(包括節(jié) 流裝置，差壓變送器，一次閥，引壓配管和儀表箱等)做比較，在 流量測量精度要求不高的情況下，當儀表口徑比較小時，渦街采 購費用要比節(jié)流式流量計貴20 %~30 %。當流量計口徑要求比較 大時，孔板流量計只需放大節(jié)流裝置，成本上升不是很明顯，節(jié) 流式差壓流量計的價格優(yōu)勢會更明顯，甚至能比同口徑的渦街便 宜50 %以上。但如果要求流量測量精度比較高的和一些寬量程比 的場合，需要兩臺甚至多臺差壓流量計疊加使用的時候，節(jié)流式 差壓流量計的采購成本優(yōu)勢和渦街流量計相比就不是很明顯了。

安裝費用：渦街流量計的安裝非常簡單，可以采用管道式 安裝，人工成本很低。而孔板流量計由于引壓管的安裝，人工成 本比渦街高的多。這點在國外的工程項目中由于人工成本比較昂 貴尤其明顯。

后期維護費用：渦街流量計一次性安裝完畢后，除了定期 標定外，基本免維護。但由于標定工作一般是在工廠進行的，要 放在流量標準裝置上進行，費用稍高。而標準節(jié)流式差壓流量計 由于規(guī)定可以用幾何標定法進行標定，一般可在現(xiàn)場找到合適的 場所進行標定。但節(jié)流式差壓流量計正常使用時，需經(jīng)常更換各 種材料，沖洗、排污、保溫伴熱和系統(tǒng)維護，其維護和人工費用 累計起來很昂貴，這對工廠的長期運營是一筆不菲的開銷。

綜合上面的分析比較，可以看出渦街流量計在設備采購的一 次投資上比節(jié)流式差壓流量計要高以外，在安裝和后期維護方面 有著明顯的成本優(yōu)勢。國外許多煉廠經(jīng)過詳細的成本核算，認為 渦街流量計的應用可以有效減少煉廠的開支，所以在能采用渦街 流量計的場合盡量采用。

3.影響渦街流量計準確性的因素和對策

渦街流量計雖然相對節(jié)流式差壓流量計有許多優(yōu)點，但是要 想應用好并不容易。一臺渦街流量計的使用，要經(jīng)過設計、選型、 安裝、調(diào)試、投運和維護幾個階段，需要參與這幾個階段的工程 技術人員對渦街流量計的原理、技術要求和安裝調(diào)試的步驟有必 要的科學理論知識及基本技能。下面筆者通過自己實際的工程經(jīng) 驗從幾個方面探討一下影響渦街流量計計量準確性的因素和對 策。

3.1被測介質

雖然渦街流量計適用的流體比較廣泛，可以適用于液體，氣 體和蒸汽，但對流體有著比較高的要求。

雷諾數(shù)：渦街流量計不適用于低雷諾數(shù)的流體。這主要是 由渦街流量計的測量原理決定的。低雷諾數(shù)時，渦街流量計的儀 表系數(shù)線性度會變差。雖然如表一所示，渦街流量計可以測雷諾 數(shù)Re>5000的流體，但最佳的可測范圍是雷諾數(shù)Re>20000的流 體。另外，流體雷諾數(shù)與粘度和流速相關，當流體粘度高和流速 低時，也會影響甚至阻礙旋渦的產(chǎn)生。

臟污度：當流體的臟污度比較高時，所含的固體微粒對旋 渦發(fā)生體的沖刷就會產(chǎn)生磨損，也會產(chǎn)生噪音，將會影響渦街流 量計的儀表系數(shù)。

兩相流：渦街流量計不適用于兩相流的場合。所以在選用 渦街的時候一定要考慮流體的飽和蒸汽壓，例如在柴油和煤油加 氫裝置中，在熱高分和冷高分出口的流量測量特別容易出現(xiàn)兩相 流的現(xiàn)象。渦街流量計的輸出脈沖與流過渦街發(fā)生體的流體體積 成正比，當流過旋渦發(fā)生體時產(chǎn)生兩相流，這種正比關系就不成 立了，輸出的脈沖就會比應有的脈沖數(shù)明顯減少，造成了所謂的 “漏脈沖”現(xiàn)象。這時，流量測量的精度就會受到很大影響。

高溫高壓：由于渦街流量計測量原理，制造材料和結構的 局限性，對于被測流體的溫度和壓力高于一定數(shù)值時，用渦街流 量計測量現(xiàn)在還是有困難。同樣以ROSEMOUNT 8800D為例， 最高適用溫度只能到427 蚓，最高壓力只能達到Class 1500。

3.2 口徑的選擇

渦街流量計的選型中，儀表口徑的選擇是非常關鍵的，它與 流體的流速和壓降等參數(shù)相關聯(lián)，所以它直接影響渦街流量計應 用的好壞。下面介紹幾條選擇渦街口徑的經(jīng)驗以供參考：

渦街流量計口徑不能選擇過大，被測的最大流量最好不能 小于該流量計可測流量的35 %。

在選擇渦街流量計口徑時，一定要保證測量的流量要高于 渦街流量計的最小切除流量，特別是在渦街流量計參與連鎖的場 合，最低連鎖值一定要保證高于這個最小切除流量的10 %以上。

要考慮合適的壓力降，以避免出現(xiàn)氣穴現(xiàn)象和兩相流.

渦街流量計由于有寬泛的量程比，對于同一管道流量的測量， 很有可能可選的儀表口徑有好幾個選擇。雖然選擇大口徑有利于 降低流量計的壓損，，但對小流量的適應性，小口徑的流量計更突 出。圖 2 和圖 3 顯示了 ROSEMOUNT 8800D DN200 和 DN150 渦街流量計流量和精度及壓降的曲線。從中可看出，DN200的渦 街流量計的最小切除流量要比DN150的渦街流量計的最小切除 流量大不少。渦街流量計的這個最小切除流量很重要，如果被測 流量低于這個流量，渦街流量計的輸出就會是零，這是它和其他 流量計不一樣的地方。另外，需要說明一下渦街流量計的永久壓 降，許多人都認為渦街流量計比一些節(jié)流式差壓流量計的壓降要 小，這是有些片面的，同口徑的渦街流量計的確比節(jié)流式差壓流 量計的壓降要小很多，但是對于同一管道，我們在選渦街時，為 了符合上面的原則，一般都會選擇比管徑小的渦街，再加上口徑 與儀表口徑一致的前后直管段，實際上的壓降和節(jié)流式差壓流量 計的壓降差不多，有時甚至會更高。所以在考慮合適的壓力降避 免氣穴和兩相流時，一定要結合渦街流量計的實際口徑以及前后 直管段長度綜合考慮。最后，還需要注意一點，如表一所示渦街 的可選尺寸是有局限性的，市場上所供應的渦街最大一般也就到 DN400,這是因為渦街口徑大了后，儀表的分辨力較低，精度得 不到保障，所以質量好的渦街流量計都不提供大于DN400的儀表。

3.3安裝和維護要求

任何儀表無論設計和選型做的多么完美，如果在安裝環(huán)節(jié)出 現(xiàn)差錯，應用的時候一樣會出現(xiàn)各種問題，這點渦街流量計也不 例外。渦街流量計由于其獨特的測量原理，在以下幾個方面有嚴 格的安裝要求：

渦街流量計盡量不要安裝在有機械振動的地方，比如往復 泵或壓縮機的進出口。雖然現(xiàn)在不少渦街廠家為了減少振動對渦 街流量計的影響，采取了很多措施，比如像ROSEMOUNT 8800D 采用質量平衡傳感系統(tǒng)和自適應數(shù)字信號處理技術(ADSP),提供 了極佳的抗振性能。但是這些措施只能減輕振動的影響，并不能 從根本上消除。

渦街的產(chǎn)生必須在穩(wěn)定的流束場內(nèi)，因此渦街流量計同節(jié) 流式差壓流量計一樣，有一定的直管段要求。直管段的長度直接 影響渦街流量計的額定精度。以Rosemount 8800D為例，上游直 管段至少10倍管徑的長度，下游直管段至少5倍管徑的長度。在 滿足這個最低直管段要求后，能通過修正系數(shù)來對流量進行修正。 這個修正系數(shù)可以通過設備管理軟件或手操器來設定。

—般情況下，渦街流量計安裝在水平，豎直或傾斜管道中， 都能滿足精度要求。但在水平管道上安裝的最佳做法是使旋渦發(fā) 生體處于水平面上，這樣在測量液體時，能防止沉淀物干擾旋渦 發(fā)生體的頻率。在測量氣體或蒸汽時，可以防止液體干擾旋渦發(fā) 生體的頻率。

為了保證測量精度，渦街流量計要定期標定。渦街的標定 工作一般是在工廠或實驗室完成的，但需要說明的是，工廠的標 定環(huán)境和實際使用環(huán)境是有差別的。例如ROSEMOUNT 8800D 的出廠標定都是默認在SCH40的管道進行的。但實際的工程應用 中，肯定不可能都是SCH40的管道壁厚，所以存在著一定的內(nèi)徑 差，在實際應用時也要考慮通過修正系數(shù)來修正。

渦街流量計應在管道沖洗及吹掃后才安裝，以避免雜質纏 繞渦街發(fā)生體影響旋渦的產(chǎn)生和頻率。

4.結束語

渦街流量計在流量測量時的高精度、寬量程和少維護的特點 決定了它在現(xiàn)代化煉廠備受青睞和廣泛應用。但我們也應該認識 到渦街流量計在一些場合在測量流量時還有著比較大的局限性， 選好和用好渦街流量計需要我們工程技術人員在設計選型、安裝 調(diào)試和后期維護方面多提高自己的理論水平和實踐經(jīng)驗。相信隨 著國內(nèi)工程技術人員理論水平的提高和經(jīng)驗的積累以及渦街流量 計成本的不斷降低，渦街流量計會在我國煉廠流量測量領域越來 越多的場合應用。