引言

流量計是儀表行業(yè)使用比制造難度更大的一類儀表，測量儀表本身受到管道、口徑大小、形狀（圓形、矩形）、邊界條件、介質(zhì)的物性（溫度、壓力、密度、粘度、臟污性、腐蝕性等）、流體的流動狀態(tài)（紊流狀態(tài)、速度分布等）以及安裝條件與水平等因素的影響，流體粘性摩擦作用還會產(chǎn)生不穩(wěn)定的旋渦和二次流等復雜流動現(xiàn)象。面對國內(nèi)外十幾類、上百個品種的流量儀表（先后發(fā)展起來的容積式、差壓式、渦輪式、面積式、電磁式、超聲波式和熱式流量計等類型），如何根據(jù)流量、流態(tài)、安裝要求與環(huán)境條件、經(jīng)濟性等因素合理選型，是用好流量儀表的前提和基礎。除了儀表自身質(zhì)量要得到保證，工藝數(shù)據(jù)的提供和儀表的安裝、使用、維護是否合理也相當重要。

1 焦化企業(yè)流量計的選型

中化鎮(zhèn)江焦化有限公司（以下簡稱“鎮(zhèn)江焦化”）流量計主要用于煤氣流量、空氣流量、蒸汽流量、循環(huán)水、低溫水、循環(huán)氨水、噴灑氨水流量、污水流量、稀釋廢水流量、苯流量、貧富油流量等的測量，在原來城區(qū)老廠系統(tǒng)中，空氣、煤氣、蒸汽、水（包括氨水、生化稀釋廢水）以孔板為主，空氣、煤氣流量出現(xiàn)的主要問題是取壓管易結水，需定期排污，煤氣孔板取壓管易被萘及焦油堵塞，需定期拆開清洗；氨水、廢水內(nèi)常帶入焦油，沾污孔板，堵塞引壓管而影響流量測量，以及因天氣寒冷造成引壓管凍結而不能正常工作等。而鎮(zhèn)江焦化高資新廠新建的70萬t碳材項目，生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)控制要求都有了較大水平的提高，因此要盡可能在新項目中解決流量計應用中存在的問題，提高流量計的運行能力和測量精度水平，大幅度降低儀表的維護量，減少對生產(chǎn)的影響。

1.1 節(jié)流式流量計選型

節(jié)流式流量計是早期大量使用的一種測量流量的計量裝置，有孔板、噴嘴、均速管等，測量對象可以是液體、氣體或蒸汽?，F(xiàn)在常見的為圓孔板型和錐形入口板型，其工作原理是在流體管道中加入一節(jié)流件，通過導壓管引入壓差變送器測出節(jié)流件上、下游的壓差，根據(jù)所測的壓差經(jīng)過計算即得出流量的瞬時值。節(jié)流式流量計以孔板為主，孔板測流量加工簡單、經(jīng)濟，但壓力損失大、維護量大。由于導壓管內(nèi)水的不流動性，在較寒冷地區(qū)，冬天室外安裝的孔板取壓管容易凍裂（凍?。?，使差壓儀器無法正常工作。測量較臟的污水時，孔板需經(jīng)常清洗，否則會造成測量精度降低、取壓管被污物堵死，儀表無法使用的情況發(fā)生。

根據(jù)鎮(zhèn)江焦化工藝要求以及孔板流量計經(jīng)濟性特點，主要將孔板流量計運用于煤氣流量、貧油流量、富油流量。并采取相應的措施保證孔板流量計的工作狀態(tài)：（1）定期清洗維護孔板；（2）針對水平安裝的孔板，采用園缺孔板的方式來延長維護周期；（3）針對孔板取壓裝置引壓管易堵塞的情況，通過改變?nèi)悍绞剑ㄈ鐝骄嗳悍ǎ﹣頊p少孔板污物的影響；（4）在精度和穩(wěn)定性要求高的場合，采用V形錐孔板。

1.2 電磁流量計選型

電磁流量計的工作原理是基于法拉第電磁感應定律，即被測介質(zhì)垂直于磁力線方向流動，因而在與介質(zhì)流動和磁力線都垂直的方向上產(chǎn)生一感應電動勢EX，感應電動勢EX與被測介質(zhì)流量（流速）成正比，電磁流量計不受溫度、壓力、粘度、重度等外界因素的影響，測量管內(nèi)部無收縮或凸出部分的壓力損失。另外，流量元件檢測出的最初信號是一個與流體平均流速成精確線性變化的電壓，它與流體的其他性質(zhì)無關，具有很大的優(yōu)越性。

根據(jù)污水具有流量變化大、含雜質(zhì)、腐蝕性小、有一定的導電能力等特性，利用電磁流量計測量污水的流量是一個很好的選擇。它結構緊湊、體積小，安裝、操作、維護方便。如測量系統(tǒng)采用智能化設計，整體密封加強，能在較惡劣的環(huán)境下正常工作。以前鎮(zhèn)江焦化的循環(huán)水、低溫水、循環(huán)氨水、噴灑氨水流量、稀釋廢水流量等均采用孔板流量計測量，但受生產(chǎn)焦種和生產(chǎn)工藝的影響，取壓管需經(jīng)常清洗疏通，若遇到寒冷天氣還會凍結，甚至凍裂。因此，在鎮(zhèn)江焦化高資新廠建設中，對于循環(huán)水、低溫水、循環(huán)氨水、噴灑氨水流量、污水流量、稀釋廢水流量鄧的測量電磁流量計，而在選型中應根據(jù)流體介質(zhì)特點來選擇電極材質(zhì)和襯里材料。對污水可選用氯丁橡膠襯里，含鉬不銹鋼（OCr18Ni12Mo2Ti）電極的電磁流量計，對富氨水、脫硫液、預冷循環(huán)液來說可采用聚四氟乙烯襯里，即可滿足流量測量的要求。當然，在選擇電極材質(zhì)和襯里材料時仍需考慮工藝狀況，液體溫度。否則襯里材料會過早老化，影響流量計的正常使用。

1.3 渦街流量計選型

渦街流量計作為一種新型流量計，20世紀80年代中期以來發(fā)展較快，它在流量測量方面有著諸多的優(yōu)點，在現(xiàn)代流量測量中應用越來越廣，目前中國已有性能優(yōu)良并有自主知識產(chǎn)權的產(chǎn)品系列。渦街流量計是基于流體振動發(fā)展起來的，根據(jù)旋渦的不同，檢測方式從熱絲式、熱敏式逐漸發(fā)展了應力式、磁敏式及差動開關電容式、超聲波式等。渦街流量計幾乎可用于一切可形成旋渦列的場合，不僅可用于封閉的管道，還可用于開放的溝槽。與渦輪流量計相比，渦街流量計沒有可動的機械部件，維護工作量小，儀表常數(shù)穩(wěn)定；與孔板式流量計相比，渦街流量計測量范圍大，壓力損失小，準確度高，安裝與維護用現(xiàn)場被忽略而影響流量計性能的正確發(fā)揮。

渦街流量計的原理是在流量計管道中設置一滯流件，當流體流經(jīng)滯流件時，由于滯流件表面的滯流作用等原因，在其下游會產(chǎn)生兩列不對稱的旋渦，這些旋渦在滯流件的側后方分開，形成所謂的卡門（Karman）旋渦列，兩列旋渦的旋轉(zhuǎn)方向是相反的，卡門從理論上證明了當h/L=0.281（h為兩旋渦列之間的寬度，L為兩個相鄰旋渦間的距離）時，旋渦列是穩(wěn)定的雷諾數(shù)Re是表征粘性流體流動特性的一個無量綱數(shù)，其物理意義是流體流動的慣性力與粘滯力的比值。因此，流體的流動狀態(tài)對渦街流量計的使用也有一定的影響。如果環(huán)境參數(shù)對流體流動狀態(tài)有影響也會影響到渦街流量計的使用性能。

經(jīng)過實踐，渦街流量計使用的影響因素有以下幾個方面：

（1）渦街流量計的測量范圍較大，一般為10∶1，但測量下限受許多因素限制，Re>10000是渦街流量計工作的最基本條件。此外，它還受旋渦能量的限制，介質(zhì)流速較低，則旋渦的強度、旋轉(zhuǎn)速度也低，難以引起傳感元件產(chǎn)生響應信號，旋渦頻率f也小，還會使信號處理發(fā)生困難。測量上限則受傳感器的頻率響應（如磁敏式一般不超過400Hz）和電路的頻率限制，因此設計時一定要對流速范圍進行計算、核算，根據(jù)流體的流速進行選擇。使用現(xiàn)場環(huán)境條件復雜，選型時除注意環(huán)境溫度、濕度、氣氛等條件外，還要考慮電磁干擾。在強干擾如高壓輸電電站、大型整流所等場合，磁敏式、壓電應力式等儀表不能正常工作或不能準確測量。

（2）振動對渦街流量計使用性能有很大的影響。因此在使用時注意避免機械振動，尤其是管道的橫向振動（垂直于管道軸線又垂直旋渦發(fā)生體軸線的振動），這種影響在流量計結構設計上是無法抑制和消除的。由于渦街信號對流場影響同樣敏感，故直管段長度不能保證穩(wěn)定渦街所必要的流動條件時是不宜選用的。即使是抗振性較強的電容式、超聲波式，保證流體為充分發(fā)展的單向流，也是不可忽略的。

（3）介質(zhì)溫度對渦街流量計的使用性能也有很大的影響。如壓力應力式渦街流量計不能長期使用在300°C狀態(tài)下，因其絕緣阻抗會由常溫下的10～100MΩ急降至1～10kΩ，輸出信號也變小，導致測量特性惡化，對此宜選用磁敏式或電容式結構。在測量系統(tǒng)中，傳感器與轉(zhuǎn)換器宜采用分離安裝方式，以免長期高溫影響儀表可靠性和使用壽命。

鎮(zhèn)江焦化高資新廠新項目中渦街流量計選型主量測量和脫鹽水流量的測量。在選型中應充分考慮儀表安裝的位置，前后直管段長度，周圍的電器設備分布情況，對有可能產(chǎn)生管道振動的場合應增加安裝支架，以加強儀表所安裝的管道的固定，最大限度地減少振動。另外，對氣體、蒸汽流量計的選型應充分考慮到壓力變化對流量精度的影響，尤其是蒸汽流量測量值為體積流量，而工藝要求的流量值為質(zhì)量流量，溫度、壓力變化對蒸汽密度影響較大，需對流量值進行壓力補償，來消除壓力變化引起密度的變化帶來流量顯示值的誤差。新項目中所有流量信號都送入DCS系統(tǒng)，公司可以利用DCS系統(tǒng)的靈活性，在工程組態(tài)軟件中將壓力和密度的對應關系與流量顯示值結合起來，這樣可以很方便地解決蒸汽流量的溫度、壓力補償問題。

2 結束語

綜上所述，電磁流量計性能較好，但要求流體必須有一定的導電性；節(jié)流流量計應用范圍廣、價格便宜，但對流量計的維護工作量較大；而渦街流量計比較新型，但對儀表安裝使用環(huán)境要求相對較高，企業(yè)應根據(jù)流量計各自的性能，并結合焦化生產(chǎn)工藝選擇流量計，使得企業(yè)各工藝流程的介質(zhì)流量的測量和控制達到精確度和可靠性要求。

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