摘　要：旋進流量計是速度流量計的一種，基于漩渦進動原理。結(jié)合工程設(shè)計，針對幾種氣體和液體的流量計選型進行分析，分別研究了同一流量工況下不同流量計的適用性和優(yōu)缺點，并得出下列結(jié)論：旋進流量計能夠滿足大部分所列出的流量工況，而且精度較高、量程范圍較大、安裝維護方便，但不適合低流速工況。
　　在石化裝置的工藝生產(chǎn)過程中，流量是一個非常重要的過程參數(shù)和監(jiān)控對象，流量的測量顯得尤為重要。隨著流量檢測技術(shù)的不斷發(fā)展，可供選擇的流量計很多。如何針對不同工況要求，選擇合適的流量計來滿足用戶對精度、維護量、可靠性、經(jīng)濟性等要求。
　　早期的旋進流量計在1967年由德國FISCHERPORTER公司發(fā)明。經(jīng)過幾十年的技術(shù)發(fā)展，此種類流量計已經(jīng)從簡單的、僅能測量氣體流量的單一功能，發(fā)展到可以應(yīng)用于氣體、蒸汽和液體介質(zhì)的流量測量，并且可以帶溫度、壓力自動補償，還可以進行流量累計計量[1]的多種功能。所輸出的信號可以為支持HART協(xié)議的通訊信號、支持RS485通訊協(xié)議信號等。旋進流量計具有精度高、可靠性好、壓力損失較小、對直管段要求短、安裝維護方便等優(yōu)點，可以適用于較為廣泛的流量檢測場合。
1結(jié)構(gòu)及工作原理
1.1流量計的結(jié)構(gòu)
　　旋進流量計本體由漩渦發(fā)生體（起旋器）、殼體、壓電傳感器和整流器組成，如圖1所示。
旋進流量計剖面結(jié)構(gòu)如圖2所示。

漩渦發(fā)生體（起旋器）：螺旋狀葉片安裝在入口，用于產(chǎn)生漩渦流。
殼體：形狀類似于文丘里管，用于產(chǎn)生二次漩渦。壓電傳感器：用于檢測漩渦的振動頻率。振動頻率與流速成正比。
整流器：安裝在流量計出口，用于消除漩渦流，減少對下游的影響。

1.2工作原理[1-3]
　　旋進流量計是速度流量計的一種，基于漩渦進動現(xiàn)象進行計量。流體進入漩渦發(fā)生體后產(chǎn)生劇烈的旋轉(zhuǎn)運動形成漩渦流。漩渦流加速，沿流動方向經(jīng)縮徑段，流動強度增強。當漩渦流進入擴散段后，在導(dǎo)流體回流的作用下，該漩渦產(chǎn)生二次旋轉(zhuǎn)運動，即漩渦進動。二次漩渦進動的頻率與流體的流速成正比。因此漩渦的頻率可以反映此流體的流速和流量大小。如果測量設(shè)備內(nèi)部采用最佳的設(shè)計，漩渦的頻率將在較寬的流量范圍內(nèi)呈線性。壓電傳感器測到此頻率后，將信號傳輸?shù)搅髁坑媯鞲衅鬟M行下游處理。
漩渦進動頻率與介質(zhì)流速成正比，與截流體幾何尺寸成反比。

式中
f——漩渦進動頻率；
St——斯特羅哈爾常數(shù)（通過實驗得到的無因次數(shù)）；
v——流速；
d——截流體因數(shù)（由截流體幾何尺寸決定）。
以上公式可得出，測量出漩渦進動頻率可測得流體流速和瞬時流量。
圖3表示出斯特羅哈爾常數(shù)與雷諾Re的關(guān)系。曲線的線性區(qū)域?qū)��?yīng)的為旋進流量計的測量范圍。

雷諾數(shù)（Re）的計算：
Re=?ρ?/(2827×V×D)
式中
ρ——工作密度，kg/m3；
V——運動黏度，m2/s；
D——管徑，m。
2工程設(shè)計中的選型考慮
　　工程設(shè)計中主要根據(jù)流量工況，按工藝要求（精度、測量范圍、壓力損失等），從適用性、可靠性、安裝方便、經(jīng)濟性等方面考慮進行流量計的選型。本文列舉的旋進流量計為某進口品牌產(chǎn)品，并有多種場合的應(yīng)用。
2.1適用性方面的考慮
（1）流體介質(zhì)旋進流量計適用于氣體、蒸汽和液體介質(zhì)。
（2）精度旋進流量計在最小雷諾數(shù)Remin和最大流量Qmax之間的線性范圍測量精度為≤±0.5%。
（3）流速旋進流量計在測量介質(zhì)時，要考慮流速不能過低（具體以廠家計算為準）。
（4）流量計口徑市場上常見旋進流量計最大尺寸為DN400，最小為DN15。流量計口徑的選擇基于最大工作流量Qmax。建議最大工作流量應(yīng)大于該口徑允許量程一半時的流量�？梢赃x擇縮徑，但最大工作流量不要低于該口徑允許最大量程時流量的15%。
（5）材料的選擇
a.測量管材料通常為不銹鋼316/316L，HastelloyC。
b.內(nèi)襯材料根據(jù)介質(zhì)的腐蝕性、溫度等要求來選擇具體材料。
PTFE（-55~260℃）
石墨（-55~280℃）
Kalrez（-20~275℃）
2.2安裝和應(yīng)用
（1）被測介質(zhì)的流動方向需要與流量計上的指示方向一致。
（2）避免管路的機械振動（如有必要，安裝支架）。
（3）選擇符合環(huán)境條件的流量計。流量計周圍不能有強烈磁場干擾。
（4）輸送設(shè)備的振動頻率不得在流量計的測量頻率范圍以內(nèi)�？梢允褂眠m當?shù)淖枘嵫b置減弱活塞泵或壓縮機輸送過程中的交替（脈動）流量。
（5）閥門通常布置在流量計的下游。如果通過活塞泵或壓縮機輸送測量介質(zhì)（液體）壓力10bar[145psi]，當閥門閉合時，可能會產(chǎn)生液壓振動，這時閥門必須安裝在流量計上游，并且可能需要安裝合適的阻尼裝置（例如：空氣罐）。
（6）流量計在測量液體時要避免氣穴現(xiàn)象的產(chǎn)生。
（7）測量高溫介質(zhì)時
流量計在測量>150℃的高溫介質(zhì)時，傳感器的安裝必須是變送器朝向一側(cè)或朝下，或者采用分體式安裝。
（8）流量計傳感器帶保溫層時，考慮保溫層厚度，具體咨詢廠家。
2.3直管段要求
　　流量計安裝直管段要求滿足與否，直接影響流量測量的穩(wěn)定性和精度。旋進流量計進出口直管段要求見表1。從表1可知，其直管段要求并不高，這一優(yōu)勢在舊裝置擴容改造的應(yīng)用中尤為突出。

2.4多探頭的選擇
　　基于旋進流量計的漩渦特點，并在其本體尺寸允許的條件下，旋進流量計可以采用多探頭的測量方式。這種選擇為用戶實現(xiàn)三取二流量聯(lián)鎖提供了經(jīng)濟可行的實施方案。
3應(yīng)用分析
　　適用于氣體、蒸汽和液體介質(zhì)測量的流量計有多種可選，在此選擇精度較好的4種流量計與旋進流量計做對比，主要針對測量范圍、精度和壓損是否符合工藝條件進行對比分析。所選流量計如下，均為在國內(nèi)外石化裝置上有多年應(yīng)用的國外產(chǎn)品。
旋進流量計（精度為液體±0.5%，氣體±5%）
（精度為液體±0.75%，氣體±0.9%）
渦街流量計科里奧利質(zhì)量流量計（精度為液體±0.075%~0.1%，氣體±0.5%）
熱式質(zhì)量流量計（精度為±0.5%，主要測氣體介質(zhì)）
電磁流量計（精度±0.5%，主要測量導(dǎo)電類液體）
　　以上渦街流量計的精度低于其他流量計，但是也屬于精度較好且常用的流量計。并且由于渦街流量計和旋進流量計的原理類似，在下列對比中渦街流量計的精度雖然不能達到本文所列的工藝條件，但可以對比渦街流量計和旋進流量計的測量范圍和壓損。
3.1氣體測量
（1）當測量介質(zhì)為氫氣，工藝要求精度高時，不能低于±0.5%。市場上測量氣體精度較好的流量計有熱式質(zhì)量流量計和科里奧利質(zhì)量流量計（我們選擇測量氣體精度為±0.5%的產(chǎn)品），這里選擇這2種流量計與旋進流量計做對比。表2為工藝條件，表3~表5為3種流量計的選型后的量程范圍和壓力損失，通過表6對比流量計是否滿足工藝條件。



　　通過以上對比，可知旋進流量計在流速大于一定值時，測量時的精度和流量范圍可以與科里奧利質(zhì)量流量計和熱式質(zhì)量流量計相媲美。但是在流速很小的情況下，旋進流量計與這兩種流量計相比則遜色很多。
　　這3種流量計在價格方面，科里奧利質(zhì)量流量計是旋進流量計價格的3~5倍。熱式質(zhì)量流量計和科里奧利質(zhì)量流量計針對不同工況下的應(yīng)用選型，在價格方面各有優(yōu)勢。
（2）測量介質(zhì)為氣體（除氫氣外）時，在此選擇旋進流量計（精度為氣體±0.5%）、渦街流量計（精度為氣體±0.9%）和科里奧利質(zhì)量流量計（精度為氣體±0.5%）做對比分析，以下主要對比3種流量計的測量范圍（3種流量計都為同一品牌產(chǎn)品）。表7為工藝條件，表8~表10為3種流量計的選型后的量程范圍和壓力損失，通過表11對比流量計是否滿足工藝條件。

　　通過列表可以看出旋進流量計在測量氣體時，保證精度±0.5%的情況下，量程比較大，可以滿足1∶30的量程比。
3.2測量介質(zhì)為液體
　　測量液體時，選擇旋進流量計（精度為液體±0.5%）、渦街流量計（精度為液體±0.75%）、科里奧利質(zhì)量流量計（精度為液體±0.1%）和電磁流量計（精度為液體±0.5%）進行對比分析。表12為工藝條件，表13~表16為3種流量計的選型后的量程范圍和壓力損失，通過表17的對比，可知流量計是否滿足工藝條件要求。



　　通過以上比較，可知旋進流量計在測量液體時也有很大的優(yōu)勢，量程比大，精度較高，還可以測量非導(dǎo)電類類液體。
在產(chǎn)品的價格方面，以渦街流量計的價格作為標準來衡量，科里奧利流量計（精度液體為±0.1%.氣體±0.5%）是渦街的3~5倍左右，旋進流量計是渦街流量計的1.3~1.7倍左右，電磁流量計是渦街流量計的0.8~1倍左右（以上4種流量計價格均以同一廠家產(chǎn)品的價格作為基礎(chǔ)）。
4結(jié)束語
　　旋進流量計精度（±0.5%）較高，可以滿足大多數(shù)應(yīng)用場合的測量要求；可達1：30的量程比，滿足寬測量范圍的應(yīng)用；直管段要求不高，在工藝裝置配管緊湊的場合，應(yīng)用優(yōu)勢明顯。尤其在可實現(xiàn)多探頭傳感器應(yīng)用方面，為安全儀表系統(tǒng)流量測量子系統(tǒng)的可靠性/可用性冗余架構(gòu)設(shè)計提供了一種便利的實施方案，具有較為突出的優(yōu)勢。

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