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卡门涡街流量计的应用特点及故障分析

时间:2018/04/14来源:未知

摘 要: 先容涡街流量计的工作原理、 应用特点, 根据各种故障现象, 分析故障产生的原因并提出解决方案。

0 引言
随着现代工业生产的发展, 企业对能源的要求越来越重视。 工艺过程控制、 生产成本核算、 能源计量考核等对流量测量越来越依赖, 因此准确测量介质的流量在工业能源节能方面越来越重要。涡街流量计综合吸取了发达国家先进技术和经验, 具有电路先进、 功耗微低、 量程比宽、 结构简单、 阻力损失小、 坚固耐用、用途广、 使用寿命长、 工作稳定、 便于安装调试、 维护量小等特点, 能够较好地解决能源的计量问题。

1 涡街流量计的工作原理
在流体中设置旋涡发生体( 阻流体) , 从旋涡发生体两侧交替地产生有规则的旋涡, 这种旋涡称为卡门涡街, 如图 1 所示。

图1 卡门涡街及涡街流量计

旋涡列在旋涡发生体下游非对称地排列。 设旋涡的发生频率为 f , 被测介质来流的平均速度为 V , 旋涡发生体迎面宽度为 d , 表体通径为 D , 根据卡门涡街原理, 有如下关系:
f= S tV /d

由此可见, 通过测量卡门涡街分离频率便可算出瞬时流量。

2 涡街流量计的特点
涡街流量计主要用于工业管道介质流体的流量测量 , 如气体、 液体、 蒸气等多种介质。 其特点:
( 1 ) 压力损失小 , 量程范围大 , 精度高 , 在测量工况体积流量时几乎不受流体密度、 压力、 温度、 粘度等参数的影响。
( 2 ) 无可动机械零件, 因此可靠性高 , 维护量小, 结构简单而牢固, 长期运行十分可靠。
( 3 ) 安装简单, 维修十分方便。
( 4 ) 检测传感器不直接接触介质, 性能稳定, 寿命长。
( 5 ) 输出是与流量成正比的脉冲信号, 无零点漂移, 精度高, 并方便和计算机联网。
( 6 ) 测量范围宽, 量程比可达 1 : 1 0 ; 压力损失较小, 运行费用低, 更具节能意义。

3 涡街流量计常见故障分析
( 1 ) 故障一。
故障现象: 新安装或检修好的涡街流量计在现场安装好后, 显示仪表无指示。
原因分析: 管道内无流量或流量很小, 传感器内无漩涡产生; 传感器检测灵敏度过低; 探头与管道内壁之间有杂物卡住。
( 2 ) 故障二。
故障现象: 管道内无流体流动, 而显示仪表有流量显示。
原因分析: 仪表接地不良引入外部干扰 ; 传感器灵敏度太高。
( 3 ) 故障三。
故障现象: 流量显示仪表摆动。
原因分析: 放大器灵敏度调的不合适; 流量计安装不正确, 使通过仪表的介质产生振动。
( 4 ) 故障四。
故障现象: 二次表指示偏低且迟缓。
原因分析: 可能是污物堵在了探头与内壁之间,但未堵死。
( 5 ) 故障五。
故障现象: 一通电仪表就指示某一刻度, 且不管怎么调灵敏度电位器都不管用。原因分析: 一般可能是一次表内部某元件损坏。
4 涡街流量计在使用过程中存在的故障分析
故障现象: 指示长期不准, 始终无指示, 指示大范围的波动无法读数, 指示不回零, 小流量时无指示, 仪表系数无法确定。
原因分析:
( 1 ) 选型方面的问题。 涡街流量计在口径选型和设计选型之后, 由于工艺条件变动, 出现规格选择偏大的现象。 在实际选型中应选择尽可能小的口径, 以提高测量精度。 选型不当可能造成指示长期不准, 指示波动大无法读数。
( 2 ) 安装方面的问题。 传感器前后面的直管段长度不够, 也会造成指示长期不准。
( 3 ) 二次仪表的问题。 常见的二次仪表问题有电路板有短线之处、 量程设定个别位显示坏、 K 系数设定有个别位置显示坏, 使得无法确定量程设定及其他参数的设定, 造成仪表指示不准。
( 4 ) 回路线路接线问题。 接头没接好, 造成回路中断, 使仪表始终无指示。
( 5 ) 二次仪表与后续仪表的连接问题。 后续仪表的问题, 或者后续仪表检修导致二次仪表输出的电流信号开路, 造成二次仪表始终无指示。
( 6 ) 使用环境的问题。 安装在井中的传感器, 由于湿度大, 线路板潮湿, 也可能造成仪表指示不准或始终无指示故障。 处理的方法是定期清理涡街流量计探头、 检查接地和屏蔽情况, 定期烘干或做防潮处理。
 

  质量流量与密度有关,也就受压力、温度、流体种类、干度、流速等因素影响,这几种因素直接影响流量值的正确测量。
 
  1.干度变化
 
  涡街流量计在测量饱和蒸汽时,要求饱和蒸汽干度不低于85%。但现场实际情况是饱和蒸汽干度在锅炉内就小于100%,而经管道传送一段距离后,会出现干度低于85%的现象,它使测量值下降。
 
  目前,用于测量蒸汽流量的流量计大部分为体积流量计,首先测得体积流量,然后通过蒸汽的密度计算质量流量,也就是假定蒸汽为完全干燥。但是,蒸汽并非完全干燥,如果不考虑蒸汽干度的影响,得出的数据会低于实际流量。因此,流量计的二次仪表(流量演算仪) 应具有设置饱和蒸汽干度以及修正的功能但在实际工况下确定蒸汽的干度很困难。如果能够改进蒸汽流量计入口处的蒸汽品质,就能改进蒸汽流量计的测量准确度。
 
  2.压力变化大
 
  在热网管道中有很多阀门和减压阀,它们都能改变管道压力。涡街流量计不是质量流量计,它计量蒸汽质量取决于管道流速和蒸汽密度,而密度由压力决定,改变压力就是改变密度,在刚开启阀门时还改变管道流速,这几种情况都会产生计量误差。
 
  在工业现场压力经常发生波动,压力波动会影响饱和蒸汽密度。当压力低于或高于标定值时,直接影响质量流量值偏高或偏低。
 
  3.管道及流量计震动
 
  涡街流量计仪表系数误差随管道震动加速度的增加而变大,整体抗震性能较差。在相同管道震动加速度条件下,无论震动频率如何变化,涡街流量计仪表系数误差随流量增大有减小趋势,小流量下受管道震动影响最大。同时,涡街流量计仪表系数随管道震动频率的增大而减小。
 
  管道及流量计加固不好,或流量计靠近电动机就会产生震动。震动会对涡街流量计产生干扰,使流量计测量值偏高或造成流量误判。
 
  4.流量计出口侧通向大气
 
  涡街流量计出口侧通向大气,会出现前后压差过大的现象,这会导致流速达到上限,因此不能正确反映流量变化。出现这种情况主要是由于零点漂移和引压管布置不合理造成的。
 
  5.流量计前后直管段安装不符合要求
 
  涡街流量计的安装对其前后直管段有一定要求,如不符合要求,便会影响卡门涡街的正确形成,从而影响饱和蒸汽的测量值。如LUGB-2310型涡街流量计,在管道上游安装一个弯头时,应在涡街流量计的上游侧配置长度大于等于20D(D为流量计公称通径)的直管段,下游侧配置长度大于等于5D的直管段。

涡街流量计安装及使用说明

  涡街流量计安装环境要求:

  1. 尽可能避开强电设备、高频设备、强开关电源设备。仪表的供电电源尽可能与这些设备分离。

  2. 避开高温热源和辐射源的直接影响。若必须安装,须有隔热通风措施。

  3. 避开高湿环境和强腐蚀气体环境。若必须安装,须有通风措施。

  4. 涡街流量仪表应尽量避免安装在振动较强的管道上。若必须安装,须在其上下游2D处加设管道紧固装置,并加防振垫,加强抗振效果。

  5. 仪表最好安装在室内,安装在室外应注意防水,特别注意在电气接口处应将电缆线弯成U形,避免水顺着电缆线进入放大器壳内。

  6. 仪表安装点周围应该留有较充裕的空间,以便安装接线和定期维护。

  (二) 仪表管道安装要求:

  1. 涡街流量仪表对安装点的上下游直管段有一定要求,否则会影响介质在管道中的流场,影响仪表的测量精度。仪表的上下游直管段长度要求见图

 

向左转|向右转
卡门涡街流量计安装图解

 

  注:调节阀尽可能不安装在涡街流量仪表的上游,而应安装在涡街流量仪表的下游10D处。

  2. 上、下游配管内径应相同。如有差异,则配管内径Dp与涡街仪表表体内径Db,应满足以下关系0.98Db≤Dp≤1.05Db上、下游配管应与流量仪表表体内径同心,它们之间的不同轴度应小于0.05Db。

  3. 仪表与法兰之间的密封垫,在安装时不能凸入管内,其内径应比表体内径大1-2mm。   (三)涡街流量计的安装步骤

  1.按开口尽寸的要求在管道上进行开口,具使开口的位置满足直管段的要求。

  2.将连接上法兰的整套流量计放入开好口的管道中。

  3.对两片法兰两边实行点焊定位。将流量计拆下,将法兰按要求焊接好,并清理管道内所有凸出部分。

  4.在法兰的内槽内装上与管道通径相同的密封垫圈,将流量计装入法兰中间,并使流量计的流向标与流体方向相同,然后用螺栓连接好。

  (四)流量计在水平管道上的安装:

  测量气体流量时,若被测气体含有少量的液体,流量计应安装在管线的较高处。

  测量液体时,若被测液体中含有少量的气体,流量计应安装在管线的较低处。

  (五)流量计在垂直管道的安装:

  测量气体时,流量计可以安装在垂直管道上,流向不限。 若被测气体中含有少量的液体,气体流量应由下向上。 测量液体流向时,液体流向应由下向上。

  (六)涡街流量计安装中应注意的事项

  1.流量计的安装必须按要求进行,避免因安装不当对仪表造成损伤,以及影响计量精度.

  2.流量计应尽量避免安装在架空较长的管道上,由于管道的下垂容易造成流量计与法兰间的密封泄漏.若必须安装时,须在流量计的上下游2D处分别设置管道支撑点.

  如果被测量介质需要进行温度压力补偿时(如蒸汽、压缩空气),则测压点应在流量计下游约束~5D处,测温点应在流量计流量下游4~8D处(如下图所示)

 

向左转|向右转
卡门涡街流量计安装方法图解

 

  3.在测量蒸汽的管道中,为了防止转换器温度过高,仪表连接杆至少一半不要保温(如上图所示) 为了方便观察和接线,流量计的表头在原有的位置上可进行360度旋转,在调整好位置后,把锁紧螺母拧紧即可。如果流量计的表头安装方向朝下时,须用防水胶带把琐紧螺母缠绕密封好。

  4.母缠绕密封好。


5 结语
涡街流量计故障的原因很复杂, 发生故障既会影响正常生产, 又会威胁人身、 设备的安全, 因此在平时的工作中应对设备进行定期检查和保养, 做好设备的管理档案, 重在预防, 确保设备的安全运行。

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