針對現(xiàn)代煉廠較少維護(hù)和低能耗的需求，渦街流量計(jì)在流量測量中應(yīng)用的越來越廣泛。本文比較了渦街流量計(jì)在國內(nèi)外煉廠的應(yīng)用 現(xiàn)狀，分析了渦街流量計(jì)在流量測量的優(yōu)勢，同時(shí)探討了影響渦街流量計(jì)測量準(zhǔn)確性的因素和對策.

隨著我國煉廠和工業(yè)技術(shù)水平的迅猛發(fā)展，特別是國家環(huán)保 要求的不斷提高，對流體物質(zhì)的測量和控制要求也越來越高。傳 統(tǒng)節(jié)流式差壓流量計(jì)雖然在一定時(shí)期和范圍內(nèi)難以完全被替代， 但它在安裝，后期維護(hù)和檢修方面的不便越來越不滿足煉廠現(xiàn)代 化的要求。近些年特別是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和機(jī)械加工制造的飛速 發(fā)展，渦街流量計(jì)在測量技術(shù)和本身結(jié)構(gòu)方面有了很大的突破和 進(jìn)展。現(xiàn)在渦街流量計(jì)憑借其在安裝和維護(hù)方面的優(yōu)勢在越來越 多的領(lǐng)域替代原來的差壓式流量計(jì)取得了良好的效果。本文通過 筆者在海外煉廠中對渦街流量計(jì)的應(yīng)用，分析了渦街流量計(jì)在流 量測量中的優(yōu)勢，同時(shí)探討了影響渦街流量計(jì)計(jì)量準(zhǔn)確性的因素 與對策。

1.渦街流量計(jì)在國內(nèi)外煉廠的應(yīng)用現(xiàn)狀

渦街流量計(jì)雖然在我國的發(fā)展和應(yīng)用己經(jīng)有很長一段時(shí)期 了，但目前國內(nèi)煉廠的流量測量主要是以節(jié)流式差壓流量計(jì)為主， 其他類型流量計(jì)為輔的形式來進(jìn)行的，并沒有把渦街流量計(jì)作為 一種主要的測量手段。這其實(shí)有很多方面的原因，但主要有以下 幾點(diǎn)：

（1）渦街在測高溫高壓介質(zhì)時(shí)的可靠性，穩(wěn)定性和適用性比節(jié) 流式差壓流量計(jì)要差。

（2）渦街的一次性投資要比節(jié)流式差壓流量計(jì)高。

（3）渦街的使用經(jīng)驗(yàn)相對節(jié)流式差壓流量計(jì)要少。

由于上述的原因，渦街流量計(jì)在國內(nèi)煉廠中沒有大規(guī)模的應(yīng) 用，不得不說是種遺憾。其實(shí)，上面所述的幾點(diǎn)通過合理的儀表 選型和安裝，并不是完全不能克服。筆者有機(jī)會參加了中東某個(gè) 現(xiàn)代化煉廠柴油和煤油加氫裝置的設(shè)計(jì)工作。他們在流量測量方 面的需求和習(xí)慣與國內(nèi)煉廠有很大的不同，主要體現(xiàn)在以下兩個(gè) 方面：

（1）對流量測量的精度要求比較高，即使是在一些諸如開工時(shí) 的非正常工況也要求準(zhǔn)確測量，這樣便于精確地核算物料和能耗 指標(biāo)。

（2）由于人工成本很高，對儀表后期的安裝和維護(hù)要求很高， 最好能免維護(hù)或少維護(hù)。

根據(jù)上面的要求，如果繼續(xù)選用節(jié)流式差壓流量計(jì)顯然不能 滿足業(yè)主的要求，而選用渦街流量計(jì)則能很好地滿足業(yè)主的要求。 以300萬噸/年的柴油加氫和250萬噸/年的煤油加氫兩套裝置為 例，遠(yuǎn)傳流量計(jì)除了在一些有振動或雙相流的場合采用節(jié)流式差 壓流量計(jì)以及一些大管徑管道采用超聲波來測量流量外，其余62 臺流量計(jì)全采用ROSEMOUNT 8800D渦街流量計(jì)。大大減輕了 儀表安裝和維護(hù)的工作量，同時(shí)省去了很多儀表伴熱設(shè)施，降低 了全廠的能耗。這為我國煉廠的儀表設(shè)計(jì)選型提供了有益的借鑒。

2.渦街流量計(jì)在流量測量時(shí)的優(yōu)勢

渦街流量計(jì)近些年由于材料和測量技術(shù)的進(jìn)步和渦街廠家的 大力推廣，占領(lǐng)了許多流量測量的市場份額。下面通過表一列出 的目前國際市場份額最高的兩個(gè)渦街流量計(jì)廠家與最常用的節(jié)流 式差壓流量計(jì)?[板的技術(shù)參數(shù)比較來介紹渦街流量計(jì)在流量測量 方面的優(yōu)勢.

2.1測量精度

眾所周知，渦街流量計(jì)是基于卡門渦街原理來測量流體的。 當(dāng)流體的雷諾數(shù)達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，流體在渦街發(fā)聲體的后面產(chǎn)生 交錯(cuò)的，旋轉(zhuǎn)方向相反的和有規(guī)則的對稱旋渦，猶如一個(gè)街道， 渦街的頻率與流速有一定的關(guān)系。由于旋渦的頻率與流速成簡單 的線性關(guān)系，而頻率測量易于實(shí)現(xiàn)數(shù)字化與智能化，所以其測量 精度能大大地提高。根據(jù)表一也可看出，相對于孔板大于2 %滿 量程的系統(tǒng)誤差，渦街流量計(jì)的測量誤差能達(dá)到1 %以下。

2.2量程比

除了測量精度高外，渦街流量計(jì)還有一個(gè)顯著的優(yōu)勢，就是 具有很寬的量程比。從表一中可以看出，渦街流量計(jì)的量程比普 遍能大于20: 1，這是其他儀表不易達(dá)到的水平。以常用的孔板 流量計(jì)為例，孔板壓降與流量的平方成正比，若流量的量程比為 4 : 1，差壓的量程比就要達(dá)到16 : 1，而普通的差壓變送器要在 這么大的量程比下保證精度是很困難的，這也是限制孔板流量計(jì) 量程比不可能高的原因。

2.3 安裝和維護(hù)要求

渦街流量計(jì)相對于差壓式流量計(jì)在安裝和維護(hù)方面有著顯著 的優(yōu)點(diǎn)。除了眾所周知的無引壓管，無流動死區(qū)，無需伴熱等優(yōu) 點(diǎn)外，先進(jìn)的渦街流量計(jì)還有許多結(jié)構(gòu)上的優(yōu)勢，以ROSEMOUT 8800D為例，可以采用全焊接、無墊圏的表體結(jié)構(gòu)，沒有可阻塞 的端口和縫隙，甚至能采用在線可更換的非接液式傳感器，傳感器與過程工藝隔離，可以在不破壞工藝密封的情況下更換(見圖 1)。這樣就能在無需增加旁路管線的情況下，隨時(shí)可對傳感器進(jìn) 行插拔和標(biāo)定。傳感器和變送器能通用所有口徑，互換性很強(qiáng)。 這些結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)讓原先在節(jié)流式差壓流量計(jì)上的優(yōu)點(diǎn)在渦街流 量計(jì)上也能實(shí)現(xiàn)。

2.4經(jīng)濟(jì)效益

渦街流量計(jì)經(jīng)濟(jì)效益可以從以下幾個(gè)方面分析：

設(shè)備采購費(fèi)：以進(jìn)口的渦街和節(jié)流式差壓流量計(jì)(包括節(jié) 流裝置，差壓變送器，一次閥，引壓配管和儀表箱等)做比較，在 流量測量精度要求不高的情況下，當(dāng)儀表口徑比較小時(shí)，渦街采 購費(fèi)用要比節(jié)流式流量計(jì)貴20 %~30 %。當(dāng)流量計(jì)口徑要求比較 大時(shí)，孔板流量計(jì)只需放大節(jié)流裝置，成本上升不是很明顯，節(jié) 流式差壓流量計(jì)的價(jià)格優(yōu)勢會更明顯，甚至能比同口徑的渦街便 宜50 %以上。但如果要求流量測量精度比較高的和一些寬量程比 的場合，需要兩臺甚至多臺差壓流量計(jì)疊加使用的時(shí)候，節(jié)流式 差壓流量計(jì)的采購成本優(yōu)勢和渦街流量計(jì)相比就不是很明顯了。

安裝費(fèi)用：渦街流量計(jì)的安裝非常簡單，可以采用管道式 安裝，人工成本很低。而孔板流量計(jì)由于引壓管的安裝，人工成 本比渦街高的多。這點(diǎn)在國外的工程項(xiàng)目中由于人工成本比較昂 貴尤其明顯。

后期維護(hù)費(fèi)用：渦街流量計(jì)一次性安裝完畢后，除了定期 標(biāo)定外，基本免維護(hù)。但由于標(biāo)定工作一般是在工廠進(jìn)行的，要 放在流量標(biāo)準(zhǔn)裝置上進(jìn)行，費(fèi)用稍高。而標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流式差壓流量計(jì) 由于規(guī)定可以用幾何標(biāo)定法進(jìn)行標(biāo)定，一般可在現(xiàn)場找到合適的 場所進(jìn)行標(biāo)定。但節(jié)流式差壓流量計(jì)正常使用時(shí)，需經(jīng)常更換各 種材料，沖洗、排污、保溫伴熱和系統(tǒng)維護(hù)，其維護(hù)和人工費(fèi)用 累計(jì)起來很昂貴，這對工廠的長期運(yùn)營是一筆不菲的開銷。

綜合上面的分析比較，可以看出渦街流量計(jì)在設(shè)備采購的一 次投資上比節(jié)流式差壓流量計(jì)要高以外，在安裝和后期維護(hù)方面 有著明顯的成本優(yōu)勢。國外許多煉廠經(jīng)過詳細(xì)的成本核算，認(rèn)為 渦街流量計(jì)的應(yīng)用可以有效減少煉廠的開支，所以在能采用渦街 流量計(jì)的場合盡量采用。

3.影響渦街流量計(jì)準(zhǔn)確性的因素和對策

渦街流量計(jì)雖然相對節(jié)流式差壓流量計(jì)有許多優(yōu)點(diǎn)，但是要 想應(yīng)用好并不容易。一臺渦街流量計(jì)的使用，要經(jīng)過設(shè)計(jì)、選型、 安裝、調(diào)試、投運(yùn)和維護(hù)幾個(gè)階段，需要參與這幾個(gè)階段的工程 技術(shù)人員對渦街流量計(jì)的原理、技術(shù)要求和安裝調(diào)試的步驟有必 要的科學(xué)理論知識及基本技能。下面筆者通過自己實(shí)際的工程經(jīng) 驗(yàn)從幾個(gè)方面探討一下影響渦街流量計(jì)計(jì)量準(zhǔn)確性的因素和對 策。

3.1被測介質(zhì)

雖然渦街流量計(jì)適用的流體比較廣泛，可以適用于液體，氣 體和蒸汽，但對流體有著比較高的要求。

雷諾數(shù)：渦街流量計(jì)不適用于低雷諾數(shù)的流體。這主要是 由渦街流量計(jì)的測量原理決定的。低雷諾數(shù)時(shí)，渦街流量計(jì)的儀 表系數(shù)線性度會變差。雖然如表一所示，渦街流量計(jì)可以測雷諾 數(shù)Re>5000的流體，但最佳的可測范圍是雷諾數(shù)Re>20000的流 體。另外，流體雷諾數(shù)與粘度和流速相關(guān)，當(dāng)流體粘度高和流速 低時(shí)，也會影響甚至阻礙旋渦的產(chǎn)生。

臟污度：當(dāng)流體的臟污度比較高時(shí)，所含的固體微粒對旋 渦發(fā)生體的沖刷就會產(chǎn)生磨損，也會產(chǎn)生噪音，將會影響渦街流 量計(jì)的儀表系數(shù)。

兩相流：渦街流量計(jì)不適用于兩相流的場合。所以在選用 渦街的時(shí)候一定要考慮流體的飽和蒸汽壓，例如在柴油和煤油加 氫裝置中，在熱高分和冷高分出口的流量測量特別容易出現(xiàn)兩相 流的現(xiàn)象。渦街流量計(jì)的輸出脈沖與流過渦街發(fā)生體的流體體積 成正比，當(dāng)流過旋渦發(fā)生體時(shí)產(chǎn)生兩相流，這種正比關(guān)系就不成 立了，輸出的脈沖就會比應(yīng)有的脈沖數(shù)明顯減少，造成了所謂的 “漏脈沖”現(xiàn)象。這時(shí)，流量測量的精度就會受到很大影響。

高溫高壓：由于渦街流量計(jì)測量原理，制造材料和結(jié)構(gòu)的 局限性，對于被測流體的溫度和壓力高于一定數(shù)值時(shí)，用渦街流 量計(jì)測量現(xiàn)在還是有困難。同樣以ROSEMOUNT 8800D為例， 最高適用溫度只能到427 蚓，最高壓力只能達(dá)到Class 1500。

3.2 口徑的選擇

渦街流量計(jì)的選型中，儀表口徑的選擇是非常關(guān)鍵的，它與 流體的流速和壓降等參數(shù)相關(guān)聯(lián)，所以它直接影響渦街流量計(jì)應(yīng) 用的好壞。下面介紹幾條選擇渦街口徑的經(jīng)驗(yàn)以供參考：

渦街流量計(jì)口徑不能選擇過大，被測的最大流量最好不能 小于該流量計(jì)可測流量的35 %。

在選擇渦街流量計(jì)口徑時(shí)，一定要保證測量的流量要高于 渦街流量計(jì)的最小切除流量，特別是在渦街流量計(jì)參與連鎖的場 合，最低連鎖值一定要保證高于這個(gè)最小切除流量的10 %以上。

要考慮合適的壓力降，以避免出現(xiàn)氣穴現(xiàn)象和兩相流.

渦街流量計(jì)由于有寬泛的量程比，對于同一管道流量的測量， 很有可能可選的儀表口徑有好幾個(gè)選擇。雖然選擇大口徑有利于 降低流量計(jì)的壓損，，但對小流量的適應(yīng)性，小口徑的流量計(jì)更突 出。圖 2 和圖 3 顯示了 ROSEMOUNT 8800D DN200 和 DN150 渦街流量計(jì)流量和精度及壓降的曲線。從中可看出，DN200的渦 街流量計(jì)的最小切除流量要比DN150的渦街流量計(jì)的最小切除 流量大不少。渦街流量計(jì)的這個(gè)最小切除流量很重要，如果被測 流量低于這個(gè)流量，渦街流量計(jì)的輸出就會是零，這是它和其他 流量計(jì)不一樣的地方。另外，需要說明一下渦街流量計(jì)的永久壓 降，許多人都認(rèn)為渦街流量計(jì)比一些節(jié)流式差壓流量計(jì)的壓降要 小，這是有些片面的，同口徑的渦街流量計(jì)的確比節(jié)流式差壓流 量計(jì)的壓降要小很多，但是對于同一管道，我們在選渦街時(shí)，為 了符合上面的原則，一般都會選擇比管徑小的渦街，再加上口徑 與儀表口徑一致的前后直管段，實(shí)際上的壓降和節(jié)流式差壓流量 計(jì)的壓降差不多，有時(shí)甚至?xí)?。所以在考慮合適的壓力降避 免氣穴和兩相流時(shí)，一定要結(jié)合渦街流量計(jì)的實(shí)際口徑以及前后 直管段長度綜合考慮。最后，還需要注意一點(diǎn)，如表一所示渦街 的可選尺寸是有局限性的，市場上所供應(yīng)的渦街最大一般也就到 DN400,這是因?yàn)闇u街口徑大了后，儀表的分辨力較低，精度得 不到保障，所以質(zhì)量好的渦街流量計(jì)都不提供大于DN400的儀表。

3.3安裝和維護(hù)要求

任何儀表無論設(shè)計(jì)和選型做的多么完美，如果在安裝環(huán)節(jié)出 現(xiàn)差錯(cuò)，應(yīng)用的時(shí)候一樣會出現(xiàn)各種問題，這點(diǎn)渦街流量計(jì)也不 例外。渦街流量計(jì)由于其獨(dú)特的測量原理，在以下幾個(gè)方面有嚴(yán) 格的安裝要求：

渦街流量計(jì)盡量不要安裝在有機(jī)械振動的地方，比如往復(fù) 泵或壓縮機(jī)的進(jìn)出口。雖然現(xiàn)在不少渦街廠家為了減少振動對渦 街流量計(jì)的影響，采取了很多措施，比如像ROSEMOUNT 8800D 采用質(zhì)量平衡傳感系統(tǒng)和自適應(yīng)數(shù)字信號處理技術(shù)(ADSP),提供 了極佳的抗振性能。但是這些措施只能減輕振動的影響，并不能 從根本上消除。

渦街的產(chǎn)生必須在穩(wěn)定的流束場內(nèi)，因此渦街流量計(jì)同節(jié) 流式差壓流量計(jì)一樣，有一定的直管段要求。直管段的長度直接 影響渦街流量計(jì)的額定精度。以Rosemount 8800D為例，上游直 管段至少10倍管徑的長度，下游直管段至少5倍管徑的長度。在 滿足這個(gè)最低直管段要求后，能通過修正系數(shù)來對流量進(jìn)行修正。 這個(gè)修正系數(shù)可以通過設(shè)備管理軟件或手操器來設(shè)定。

—般情況下，渦街流量計(jì)安裝在水平，豎直或傾斜管道中， 都能滿足精度要求。但在水平管道上安裝的最佳做法是使旋渦發(fā) 生體處于水平面上，這樣在測量液體時(shí)，能防止沉淀物干擾旋渦 發(fā)生體的頻率。在測量氣體或蒸汽時(shí)，可以防止液體干擾旋渦發(fā) 生體的頻率。

為了保證測量精度，渦街流量計(jì)要定期標(biāo)定。渦街的標(biāo)定 工作一般是在工廠或?qū)嶒?yàn)室完成的，但需要說明的是，工廠的標(biāo) 定環(huán)境和實(shí)際使用環(huán)境是有差別的。例如ROSEMOUNT 8800D 的出廠標(biāo)定都是默認(rèn)在SCH40的管道進(jìn)行的。但實(shí)際的工程應(yīng)用 中，肯定不可能都是SCH40的管道壁厚，所以存在著一定的內(nèi)徑 差，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)也要考慮通過修正系數(shù)來修正。

渦街流量計(jì)應(yīng)在管道沖洗及吹掃后才安裝，以避免雜質(zhì)纏 繞渦街發(fā)生體影響旋渦的產(chǎn)生和頻率。

4.結(jié)束語

渦街流量計(jì)在流量測量時(shí)的高精度、寬量程和少維護(hù)的特點(diǎn) 決定了它在現(xiàn)代化煉廠備受青睞和廣泛應(yīng)用。但我們也應(yīng)該認(rèn)識 到渦街流量計(jì)在一些場合在測量流量時(shí)還有著比較大的局限性， 選好和用好渦街流量計(jì)需要我們工程技術(shù)人員在設(shè)計(jì)選型、安裝 調(diào)試和后期維護(hù)方面多提高自己的理論水平和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。相信隨 著國內(nèi)工程技術(shù)人員理論水平的提高和經(jīng)驗(yàn)的積累以及渦街流量 計(jì)成本的不斷降低，渦街流量計(jì)會在我國煉廠流量測量領(lǐng)域越來 越多的場合應(yīng)用。