對渦街流量計氣體測量的影響因素分析與改進

上海自動化儀表有限公司計量作為源頭節能的重要一環，其測量準確性、科學性及其關鍵。本文通過分析影響渦街流量計在氣體測量數據準確度的幾個因素與控制措施應用，對有效提高渦街流量計在氣體測量中的準確性進行研究，進而達到控制、降本減費的目的。

煉化企業生產過程中，蒸汽、氮氣、氧氣、壓縮空氣各類公用工程氣體用量大、能耗高，如何有效控制其用量，是企業降低生產成本、推進源頭減排、推進高質量發展不容忽視的重要環節。在現代工業計量中，超聲流量計、差壓式流量計、渦輪流量計和渦街流量計等是氣體計量的主流儀器。其中，渦街流量計因具備無轉動部件、安裝簡便、運行穩定、適用性強、維護成本低、準確、測量范圍大等優勢而得到廣泛應用。

1 工作原理與結構

渦街流量計是速度式流量計的一種，一般按測量流量頻率輸出方式劃分為 ：應變式、電容式、超聲式、應力式、光電式及熱敏式、振動式等[3] ，由傳感器和變送器兩部分組成，是利用旋渦發生體在流體中產生滿足雷諾數為2*104～7*104范圍的交錯旋渦，通過對一定條件下旋渦分離的頻率f與發生體側平均流速及旋渦發生體寬度d的固定關系，通過qf公式測量出體積流量。

溫壓補償渦街流量計

2 影響分析與改進

渦街流量計決定了其測量準確性易受到機械振動、信號傳輸、被測介質、安裝位置方式以及流體流動狀況等多種因素影響。

2.1 管道振動

某烯烴生產企業在儲罐內儲存輕質石腦油作為生產原料。為避免罐存石腦油揮發排放，減少大氣污染，降低儲存損失，故使用低壓氮氣進行氣封，企業采用渦街流量計測量用氣量。由于工藝原因，造成石腦油儲罐罐位頻繁變化，低壓氮氣不定期進行補充，且用量不穩定。使用過程中發現儀表測量量與理論用量有較大差異。經觀察，當停止補氣時，流量計仍存在計數現象，但儀表經檢定結果合格，且安裝符合技術要求。實地排查發現，距氮氣管線50米處有4臺原料輸送泵，當啟泵輸送原料時，產生較大振動。測量工作原理決定渦街流量計是一種振動型流體測量儀表，除測量信號為壓電晶體形式測量的渦街流量計，其它種類渦街流量計對振動較為敏感。由于渦街流計傳感器輸出的脈沖頻率與流速呈正比例，同時測量旋渦與被測流體的密度和流速的平方呈正比例，所以當測量低于臨界流量時，由于渦街流量傳輸信號的脈沖頻率較低且頻率振幅較小，易被低頻的機械振動所干擾而影響比較嚴重,其疊加輸出信號與真實信號相對誤差較大；隨著流量的不斷加大，其測量傳感器信號脈沖頻率也相應變大，且信號頻率幅值也相應加大，受到低頻的機械振動干擾影響量相對比逐步減小，輸出信號相對誤差也隨之變小[2]。當渦街流量計在所安裝的位置附近出現了管道上的振動時，它可以分別采取以下三種方法予以減小或消除：

（1）增設管道固定支架，限制管道振幅；

（2）調整儀表電路的設定狀態，力求排除振動影響；

（3）如以上兩種方法無法消除時，可根據其抗振動能力的不同，在安裝管線上的流量計方向加以調整，渦街流量計發生體方向的抗振能力強，而發生體垂直左右方向及橫向力作用的方向差。觀察或測量管道的主要振動方向，旋轉流量計，直到發生體與此主振方向重合，把儀表固定在該方向上，盡可能減小管道振動對流量計測量的影響。

法蘭連接溫壓補償渦街流量計

2.2 信號傳輸

某化工廠使用一臺渦街流量計對氧氣進行測量，使用過程中發現現場讀數與DCS顯示流量存在差異，對現場工藝調整造成困惑。經檢查流量計與DCS參數設置一致，流量量程均為（0～60）m3/h。測量現場儀表信號輸出為12.48mA，核算理論流量為31.80 m3/h，現場儀表顯示正常。測量DCS信號接收為12.35mA，核算理論流量為31.32 m3

/h，DCS顯示正常。現場觀察渦街流量計距DCS控制室直線距離不足700米，但信號線管廊距離為1200米左右，并采用一般兩芯電纜進行信號傳輸。

2.3 測量介質（蒸汽測量從壓力溫度查表確定是否過熱）

一用熱企業采用DN250口徑渦街流量計監督1.0MPa蒸汽用量，計量過程發現監督表量低于計量表量，差率2.5%左右。檢查監督表無異常、供熱單位計量表性能符合計量技術要求。查工況運行條件發現，計量表運行壓力為1.02MPa，溫度為213.05℃，監督表運行壓力為1.00MPa，溫度為178.13℃。經查閱蒸汽特性發現，壓力在1.0MPa的蒸汽飽和溫度為184℃以上。說明從計量表至監督表輸送過程中，由于熱量散失與流動阻力，致使蒸汽溫度下降，形成不飽和蒸汽，造成監督表測量為氣液兩相流。

目前流量測量儀表大多對單相流體進行測量，而渦街流量計也不例外。當發現被測介質存在二相流動現象時，其測量誤差將出現明顯偏移。如測量遠距離輸送的過熱蒸汽時，因為傳輸距離遠，管道保溫不良或彎頭、閥門、分支多等原因，均可引起蒸汽流動阻力過大，從而導致過熱蒸汽在輸送過程中的工作溫度逐步下降。當蒸汽從過熱狀態逐漸轉變為飽和狀態時，介質中會出現冷凝的不均勻水滴。而冷凝水的標準密度遠遠大于過熱蒸汽標準密度，從而直接導致渦街流量計測量過熱蒸汽流量明顯由大變小。應對易于液化氣體介質進行增加背壓、改善保溫或同時加裝氣液分離設備等措施，并對被測介質的工作溫度與工作壓力進行監督，防止二相流體出現。

2.4 流體狀況

流量計確保正常工作的流體要素：（1） 被測流體具備無旋渦、充分滿足湍流速度分布、流速軸均勻分布的特點;（2）測量介質為單項流，且應充滿測量管道;（3） 流量基本穩定，避免出現脈沖流。（4）符合牛頓流體[4]要求;流量計在測量過程中如無法完全滿足以上四種條件將會導致流量計測量附加誤差同時產生。在工藝現場流體流動特性常是難以滿足以上要求，將不可避免的會造成測量附加誤差的加大，且量值加大多少難以通過定量分析確定。因此在現場儀表安裝設計應盡可能加大測量儀表前后直管段或加裝整流設備，使流體趨于測量條件要求。

法蘭卡裝渦街流量計

2.5 氣體標況測量附件

目前，煉化企業氣體計量交接多采用標況體積量結算，需引入介質溫度及壓力進行換算。部分廠家產品能夠測量標況量，但多采用溫壓定值計算，對于溫度、壓力穩定流體，可以較為準確進行測量，但絕大部分流體會隨著氣候變化、工藝變動而產生較大差異。為了確保測量數據更加準確，各企業多使用在線溫度、壓力信號引入二次儀表進行實時補償計算。

某煉化企業采用口徑150mm渦街流量計測量低壓氮氣，其介質傳輸設計標準為壓力0.70MPa、溫度25℃，待使用方安裝同一口徑、同一廠家渦街流量計進行比對，發現其比對差率嚴重超差（表1）。

壓力整改前主輔比對差率

現場檢查主計量、溫度及壓力發現，現場壓力取壓點設置于表前，且位于DN300與DN150變徑大管徑處。根據廠家安裝說明，壓力取壓點應設置在表后4D處，根據JJG1029《渦街流量計檢定規程》，壓力的測量位置應設置在流量計下游側（2～7）D處。 經廠家計算，在此工況下，流量計壓損為15.07kPa。同時根據流體特性及流速計算，由于管道變徑同樣造成（2～3）kPa的壓力損失。由此引入測量誤差理論計算：15+2/80×100%=2.13%。（15kp為儀表壓損；2kp為變徑壓損；800kp為介質壓力）。

3 結束語

上海自動化儀表有限公司石油石化行業是國家能源安全的命脈，直接關系著我國經濟社會發展和人民美好生活的改善，石油石化計量作為石油石化生產的重要環節，與企業的運行優化、經濟效益、成本控制、綠色發展等密切相關。通過對影響渦街流量計氣體測量準確性的多項因素進行深入分析，提出有效的改進對策來提升渦街流量計對氣體測量的準確性，能夠為企業生產控制、成本管理、優化創效、節能減排提供可靠數據支撐，對企業綠色低碳轉型、源頭減排降碳、高質量可持續發展具有重要作用。