涡街流量计仪表选型,设计安装注意事项

摘 要：介绍了涡街流量计的测量原理和使用过程中出现的问题。结合实际经验，总结了涡街流量计在仪表选型、设计安装和使用过程中的注意事项，以及气体流量测量时的温度压力补偿组态计算。
        滨化集团东瑞化工8万t/aTCE（三氯乙烯）装置中，乙炔气体和氯气流量的测量控制是整套装置的关键点。经过4年的摸索，TCE装置流量测量仪表选用了罗斯蒙特的8800D型涡街流量计，该涡街流量计采用压电应力式传感器。与孔板流量计相比，涡街流量计具有测量范围宽、压损小（约为节流式差压流量计的1/4～1/2）、度较高等优点，是流量计中运行能耗较低的流量仪表之一。现该装置中共有34台三畅涡街流量计用来测量乙炔和氯气流量，流量计运行稳定良好。

1、 涡街流量计的测量原理：
        涡街流量计是应用流体振荡原理来测量流量的，流体在管道中经过涡街流量变送器时，涡街流量变送器中设置有旋涡发生体（阻流体），在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。旋涡列在旋涡发生体下游非对称地排列，对于确定的测量管内径D和发生体迎流面宽度d，流体的状态体积流量qv与涡街的旋涡频率成正比，也就是说只要测量出频率f，可知流量qv的大小，即：
 

        式中Sr是斯特劳哈系数，与Re有关；d为钝体的迎流向宽度；D为管道内径。
        由式可看出，用涡街流量计测量流体的体积流量，主要是通过测量旋涡频率f来实现。而旋涡频率只与流速f和发生体的几何参数有关，而与被测流体的特性和组分无关。

2、涡街流量计的应用：
2.1、涡街流量计的选型：
        流量仪表选型原则根据氯碱化工行业特点，首先要考虑防爆性能。如本案列中的乙炔气体为易燃易爆的介质，所以选型的步就是要考虑流量仪表的防爆性能。其次是弄清工艺介质的物理和化学特性。比如：介质的温度、压力、密度、粘度、电导率；流量测量范围；充许的压力损失；介质的腐蚀程度等等。***后结合性价比综合考虑，选用了罗斯蒙特8800D型智能涡街流量计，安装形式为法兰安装，表体为CF－3M铸造不锈钢，法兰材质为316L不锈钢。
2.2 涡街流量计的安装要求
        涡街流量计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，严格遵照使安装规范执行。
（1）减小振动对涡街流量计的影响应该作为涡街流量计现场安装的一个突出问题来关注，应尽量安装在远离振动源和电磁干扰较强的地方。
（2）涡街流量计只能单向测量，安装时注意保证介质流量方向与流量计箭头所示方向一致，安装地点周围应有充裕的空间，以便安装和维护。
（3）涡街流量计实惠安装方式为垂直安装，介质自下而上通过流量计。即将流量计安装在竖直管道上，流量方向为自下向上，本项目中所有三畅涡街流量计全部垂直安装。
（4）直管段要求：本项目中由于两个流量参数的重要性，流量计全部安装于调节阀的上游，直管段按前20D后10D要求完成配管。并直管段法兰焊接时，应卸下流量计，一定不能带着流量计焊接法兰。
（5）安装时注意管道口径应略大于或等于仪表的内径，配管应与传感器同心，同轴偏差应不小于0.5DN。使用密封圈时，注意密封圈内径应略大于或等于仪表的内径，密封圈中心位于管道中心。
（6）要做好涡街流量计的防雨工作。如果涡街流量计安装在露天，就必须加装遮雨帽，防止变送器表头进水，造成电子元件故障。
（7）连接涡街流量计的电缆走向，应尽可能远离强电磁场的干扰场合。不允许与高压电缆一起敷设。屏蔽电缆应尽量缩短，***大长度不超过500m，且不得盘卷，以减少分布电感。
2.3 参数组态
        实际应用中，乙炔、氯气流量配比要求非常严格，一旦氯气过量就可能引起装置爆炸。为了生产过程的质量与安全，要求所测量的流量参数应为20℃，101.325kPa标准状态下的体积流量，才可以实现对气体的计量与控制，故必须对气体流量进行压力、温度补偿。实施过程中三畅涡街流量计组态为工况流量，4－20mADC输出至控制系统，由HoneywellExperionPKS系统中FLOWCOMP模块完成流量的温度压力补偿计算，该模块简化了复杂的过程控制逻辑编写与调试过程，增加了测量和控制精度，提高了生产效率。
2.3.1 涡街流量计参数组态
        过程组态－工艺介质（gas）、参考K系数、内径、PV单位（m3/h）、量程值－URV、LRV、PV阻尼等。
2.3.2 DCS系统温度压力补偿组态
        在Honeywell的DCS中有专用的FLOWCOMP模块进行流量补偿。此模块可用于补偿温度、压力、比密度或分子量变化的流量测量。被测介质可以是气体，蒸汽和液体。原理如图1所示。
       

        FLOWCOMP模块使用以下基本公式来计算补偿的流量值作为其输出。
        PV=CPV*（CF1/CF2）*F*COMPTERM
        式中：PV———补偿输出；
        CPV———全面比例系数，缺省值为1；
        CF1，CF2———修正系数，缺省值为1；
        F———未补偿的流量；
        COMPTERM———补偿值。F
        LOWCOMP模块的使用取决于Compterm的形式选择。COMPTERM有5种形式－A液体，B气体，蒸汽C气体、蒸汽（特定引力），D气体、蒸汽的体积流量，E蒸汽。补偿输入端引自各变量的PV输入端。
        本项目选用公式B用实际的温度和压力来进行补偿，具体如下：
        如果PVCHAR=SQUAREROOT，则
        如果PVCHAR=NONE，则
        式中：P———实际压力测量值（表压）；
        T———实际温度测量值；
        RP———设计压力；
        RT———设计温度；
        P0———大气压，101.325kPa；
        T0———温度，273.15K。
        FLOWCOMP模块中的组态内容如下：
        PVEQN=EQB
        PVCHAR=NONE
        CPV=1.0
        CF1=1.0
        CF2=1.0
        COMPHILM（补偿系数上限）=8（缺省值为1.25）
        COMPHILM（补偿系数下限）=0.8
        RP=0.101325
        RT=293.15
        P0=0.101325
        T0=273.15
        这样工况体积流量就可以转换为20℃，101.325kPa标准状态下的体积流量，便于计量和计量单位的统一，从而流量计量能够更加准确合理，确保装置的稳定运行。
2.4 常见故障处理及维护
        涡街流量计常见问题错综复杂，从设计安装、参数整定、日常维护、运行环境中都存在不同程度的问题，结合多年来的维修经验总结来说有以下几方面内容。
2.4.1 选型安装方面的问题
        在选型安装任何一台涡街流量计之前，必须考虑流量计的口径、管路尺寸和安装位置。正确的口径对于流量计的性能很重要，流量计口径选择正确在应用中就可以扩大量程，并使压力损失和气穴产生的可能性降到***小。流量计安装位置的正确选择，能保证得到一个清晰的输出信号。本项目中，流量计的选型严格按照8800D型涡街流量计口径计算程序选择，安装严格按照三畅涡街流量计的安装规范完成安装，为后期的稳定运行奠定了基础。
2.4.2 与475HART手操器的通讯问题
        艾默生475现场通讯器是罗斯蒙特8800D型涡街流量计现场组态的必备工具，在使用过程中不能与设备连接的原因主要从下面两方面考虑：
（1）检查回路电阻（250到1000欧姆），本项中HoneywellEPKSC300系统回路电阻阻值在HART通讯要求之间，浙大中控的DCS系统通讯时就必须另串接250欧姆电阻。
（2）检查变送器端电源，***小值应为16.8VDC。
2.4.3 4－20mA输出不正确
（1）检查变送器端电源，***小值应为10.8VDC，检查接线盒的是否进水或者腐蚀。
（2）检查URV、LRV、密度、单位、LFC等参数组态是否更改，如有必要更换电子系统。
2.4.4 管道内有流量但是流量计测量输出错误
        涡街流量计流量测量值输出值存在偏差是三畅涡街流量计使用过程中的常见故障，其故障现象有可能是有流量无输出，或者无流量有输出，或者是有流量也有输出但是测量值与实际值相差较大等。结合多年的使用经验，故障排除方法主要从以下几方面着手。
2.4.4.1 基本参数设置
        确定涡街流量计在使用过程中内部参数设置没有发生变化，按下列次序检查并修改组态参数：过程组态－变送器模式、工艺介质、参考K系数、连接管道内径、PV单位、量程值－URV、LRV，PV阻尼、自动过滤器调节。
2.4.4.2 电子系统故障
        罗斯蒙特8800D型涡街流量计电子系统故障在使用过程中并不常见，在本项目34台三畅涡街流量计多年运行过程中紧发生一例故障，故障排除方法：用475HART手操器进行回路测试或用传感器模拟器输入测试信号，如有必要更换电子部件。
2.4.4.3 传感器故障
        压电传感器故障是本项目中出现的常见故障，故障原因为环境腐蚀性气体长期侵蚀引起传感器腐蚀，导致信号检测错误，在使用过程中出现流量偏低现象。如该装置FT2201_6流量计在装置提量过程中发现总表流量升高了150Nm3/h，而该流量计变化只有10～20Nm3/h，经检查确认传感器故障，更换后运行正常。
（1）传感器故障检测方法：
        查传感器螺母上的转矩（32ft－lb）是否符合规范；检查传感器同轴电缆是否有裂缝，如有必要换一根；在工作温度下，检查传感器输入阻抗是否大于1兆欧（降到0.5兆欧时功能会下降）。如有必要更换传感器；在SMA连接器处测量传感器电容（115－700pF）。
（2）传感器安装注意事项：
A、清洁密封面：传感器上的金属O形圈用于密封传感器内腔，事故时被测流体不会在腐蚀了表体后而进入传感器内腔，不要擦伤和损伤传感器的任何部分，传感器内腔或传感器螺母的螺纹。损伤了这些部分，就要更换整个传感器或表体，也可能会使流量计发生危险。如果你安装以前曾经使用过的传感器，要采用下述步骤清洁传感器上的金属O形圈。如果你安装的传感器是新的，O形圈不必要进行清洁。
B、要确保传感器的中心对准支架。传感器中心线和流量计中心线没有对齐，在压紧过程中传感器将会损坏。
C、施加力量要均匀加压力把它按到支架上，然后将传感器螺母旋进传感器内腔，用开口力矩扳手将螺母旋紧至32ft－lbs（ANSI1500的表体为50ft－lbs）。必须注意流量计的稳定运行要求传感器螺母必须旋紧到32ft－lbs（ANSI1500的表体为50ft－lbs），不要旋紧过度。

3、结束语：
        涡街流量计结构简单牢固，安装维护方便，对于运行中出现的故障，只要在实际工作中深入现场，仔细观察，仔细分析，就可以发现问题并进行针对性的处理，从而确保流量计的高精度、高可靠性，保证了装置的安全稳定运行，提高了单位的经济效益。涡街流量计在该项目的成功应用值得氯碱化工行业推广。