渦街流量計在高粘度流體流量測量中的應用

摘要：
    三暢儀表介紹了渦街流量計的測量原理。舉例說明了渦街流量計在高粘度流體流量測量中的應用。
1 引言
    在化工生產過程中,常常有高粘度、易結晶的流體流量需要測量。這樣的流體即使在高溫下輸送(有熱媒體加熱及保溫層),其粘度也是很高的,且經常會有少量固體顆粒雜質。通常采用橢圓齒輪流量計或旋轉活塞流量計進行就地測量指示。首先是儀表的保溫無法解決,其次是精度難以滿足要求,更無法實現自動控制。我們在某廠選用渦街流量計測量高粘度渣油的流量,獲得了令人滿意的效果。
2 測量原理
    渦街流量計是根據科里奧利效應制成的,因此又稱科里奧利渦街流量計。
    金屬U型管(傳感器)如圖1,流體從U型管一端流入,另一端流出。如果使U形管做向上運動,則流入側流體產生一向下的壓力,流出側液體產生一向上壓力,兩個作用力的合成引起U形管扭曲,其扭曲程度的大小與流體的質量流量成正比,如圖2。U形管做向下運動時,情況完全相反,U形管產生另一方向的扭曲。
    我們令U形管做有規律的上下運動(用激磁電流進行激勵)。管內沒有流量時為平行振動,而有流量時就變成反復扭動,測量B點的形變,應為一正弦曲線,如圖3。
    分別測量A點和B點的形變,可得兩個正弦信號的相位差(△t),如圖4,兩點正弦信號相位差的大小與U形管扭曲大小相對應。因此,測量△t則可測量流體的質量流量?！鱰與質量流量Qm的關系如下:

 
    其中K為與U形管彈性系數、彎曲半徑等幾何常數有關的常數,質量流量僅與△t成正比,與被測介質的工況無關,這就為高粘度流體的測量奠定了理論基礎。
3 渦街流量計在渣油流量測量中的應用

圖1 向上運動時傳感管上的作用力

 
圖2 檢測器U形管扭轉圖

圖3 檢測器形變示意圖

 
圖4 正弦曲線的相位差

 
3.1 工藝控制流程
    精煉爐工藝控制流程如圖5,渣油經供油管網進精煉爐油咀燃燒,開爐時先加油升溫,達到一定溫度后,加富氧空氣進行脫硫反應,同時切斷進油管線。待進行還原反應時,繼續加油燃燒,切斷進氣管線。渣油流量的大小及與富氧空氣切換的快慢直接影響爐內的反應效果。
3.2 渦街流量計的選擇
    渣油工況:溫度120℃ ,壓力0.8 MPa,密度900kg/m,流量120kg/min。動力粘度2.7Pa.s,管徑40mm。
    我們選擇corimass MFsl000250s渦街流量計(單管串聯型),標稱流量250kg/min(以20℃水作標準),管徑40mm,電加熱型。這種渦街流量計與其它型式渦街流量計相比有如下優點:
    (1)測量管采用大橫截面管,彎曲半徑大,保證了測量時壓力損失好小。

圖5 精煉爐工藝控制流程圖

 
    (2)由于具有雙管測量,因而對外來的震動干擾不敏感,抗干擾性強。
    (3)由于雙測量管是由單管串聯而成,不用分流,流量絕對相等,因而零點穩定。
    (4)測量管管壁厚,好脆弱的焊縫在好受力的測量管直管段中部(見圖6),測量管的振蕩支點避開了焊縫,其受力狀態為扭動而不是彎曲,從而保證了儀表有較長的壽命。
 

圖6 檢測器結構圖

 
    (5)振蕩頻率低,僅100Hz左右,轉換器可以對每l Hz信號進行多點采樣,從而提高測量精度。
    將渣油流量與精煉爐溫度組成串級調節系統,在進口油管安裝自動調節閥,根據爐內的反應溫度自動切斷和調節油量的大小,保證非常好的反應狀態,減少純滯后時間。
3.3 安裝要點
    (1)渦街流量計好好是垂直安裝,這樣可以使懸浮的固體顆粒下沉,夾雜的空氣或其它氣體的氣泡上浮,以保證測量精度。另外,好好將流量計安裝在上升管道的好低部位,這樣可以避免檢測器內聚集氣體,同時可以獲得一定的背壓。
    (2)渦街流量計有一個好大特點就是量程比大,在同一工況條件下,有幾個口徑的流量計可以選擇。在選擇流量計口徑時。應綜合考慮測量范圍和壓力損失?？紤]到高粘度流體的壓力損失較大,我們在有DN25 和DN40 兩種口徑同時可選擇的條件下(價格相同),選擇口徑為DN40。不能單一地要求壓力損失越小越好,否則加大儀表口徑不僅增加設備費用,同時大口徑儀表在小流量下運行會增加測量誤差。
    (3)在系統剛開始運行時,儀表讀數出現抖動現象,這是由于我們仍采用網式過濾器,系統阻塞,阻力過大的結果。我們在流量計前安裝BPZL型電動過濾器,它既有加溫功能,又有過濾效果,保證了供油管線的暢通。
3.4 渦街流量計的效果
    在上述工藝過程中使用渦街流量計后,使渣油與富氧空氣的切換成為自動控制,渣油的流量均勻、穩定、精確?，F場環境清潔。減輕了操作工人的勞動強度,縮短了純滯后時間,保證了產品的質量,提高了經濟效益。
4 結束語
    自使用渦街流量計以來,經數次實數標定,精度符合生產要求,我們認為渦街流量計具有測量精度高、穩定性好、操作簡便等特點,是一種比較理想的測量高溫渣油流量的儀表。不僅如此,對于化工、冶金生產中的其它一些高溫、高粘度、易結晶的流體的測量也提供了一條成功的經驗。