關(guān)于超高溫鍋爐新型數字智能乙烷流量計的分析與研究
點(diǎn)擊次數：1758 發(fā)布時(shí)間：2021-01-08 06:45:34
乙烷流量計是根據“卡門(mén)漩渦”原理制成的流量測量?jì)x表。當一穩定的流體流經(jīng)有一定長(cháng)度的直管道時(shí)，撞擊沉浸在流體中的非線(xiàn)性柱體，在流體的下游會(huì )產(chǎn)生漩渦（即卡門(mén)漩渦）。當流體的雷諾數（Re）在一定的范圍內，漩渦的發(fā)生規律是穩定可靠的，漩渦發(fā)生的頻率F由公式：F=(St * V)/d 確定其中，V為流速； d為柱體迎流面的寬度；St為斯特羅哈數。乙烷流量計可廣泛用于大、中、小型各種管道給排水、工業(yè)循環(huán)、污水處理，油類(lèi)及化學(xué)試劑以及壓縮空氣、飽和及過(guò)熱蒸汽、天然氣及各種介質(zhì)流量的計量。
乙烷流量計的特點(diǎn)也很明顯，主要表現在以下方面:
①智能乙烷流量計的傳感器的通用性很強，從而使傳感器具有良好的互換性采用先進(jìn)數控設備加工傳感器的表體和旋渦發(fā)生體等，確保加工精度，從而使零部件（特別是旋渦發(fā)生體）的通用性強，從而真正做到不會(huì )因零部件的更換而影響傳感器的重復性和精度；能產(chǎn)生強大而穩定的渦街信號。
②抗振性能特別好，無(wú)零點(diǎn)漂移，可靠性高。通過(guò)長(cháng)時(shí)間對乙烷流量計進(jìn)行的大量波形分析和頻譜分析，加上最佳的探頭形狀、壁厚，高度、探頭桿直徑及與之相配套的壓電晶體，采用先進(jìn)的數控車(chē)床進(jìn)行加工，確保加工的同軸度和光潔度等技術(shù)參數，配合特殊的工藝處理，從而最大限度的克服乙烷流量計存在的固有自振蕩頻率對信號的影響這個(gè)通病。
③結構簡(jiǎn)單牢固，無(wú)可動(dòng)部件，可靠性高，使用維護方便。
④檢測元件不與介質(zhì)接觸，性能穩定，使用壽命長(cháng)傳感器采用檢測探頭與旋渦發(fā)生體分開(kāi)安裝，而且耐高溫的壓電晶體密封在檢測探頭內，不與被測介質(zhì)接觸，所以乙烷流量計具有結構簡(jiǎn)單、通用性好和穩定性高的特點(diǎn)。
⑤輸出與流量成正比的脈沖信號或模擬信號，無(wú)零點(diǎn)漂移，精度高，方便與計算機聯(lián)網(wǎng)
⑥測量范圍寬，量程比可達1：10
⑦乙烷流量計測量體積流量時(shí)不需補償，渦街輸出的信號實(shí)際上是與流速成線(xiàn)性關(guān)系的，也就是與體積流量成正比。壓力和溫度補償的目的是為了得到流體的密度，乘以體積流量就得到質(zhì)量流量，若測量氣體的體積流量就不需要補償了。
⑧壓力損失小。用口徑DN50的乙烷流量計測量可燃氣體的流量，若管道內的最大流量Qmax ＝200m3/h時(shí)，傳感器的壓力損失是：△P ＝1.08×10-6 ρv2（kPa）= 0.605 KPa
⑨在一定的雷諾數范圍內，流量特性不受流體壓力、溫度、黏度、密度、成分的影響，僅是與旋渦發(fā)生體的形狀和尺寸有關(guān)。
⑩應用范圍廣，蒸汽、氣體、液體流量均可測量。
本文介紹這種集溫度、壓力、流量就地顯示于一體的數字乙烷流量計。并分析了數字渦街流量機在測量超高溫鍋爐過(guò)熱蒸汽方面的應用。采用先進(jìn)的單片微機及微功耗芯片，實(shí)現在線(xiàn)多種信號采集和數據處理，并采用軟件容錯技術(shù)，大大提高了儀表的可靠性和測量準確度。
1、乙烷流量計的精度及適用情況
1．1乙烷流量計的精確度
乙烷流量計的精確度對于液體大致在±O．5％R～±2％R，對于氣體在±1％R～±2％R，重復性一般為0．2％-0．5％。由于乙烷流量計的儀表系數較低，頻率分辨率低，口徑愈大愈低，故儀表口徑不宜過(guò)大(DN300 以下)。
范圍度寬是乙烷流量計的特點(diǎn)，但重要的是下限流量為多少。一般液體平均流速下限為0．5m／s，氣體為4-5m／s。乙烷流量計的正常流量最好在正常測量范圍的1／2～2／3處。
乙烷流量計的儀表常數不受測量介質(zhì)物性的影響，這是很大的優(yōu)點(diǎn)，可以用一種典型介質(zhì)校驗而應用到其他介質(zhì)去，對于解決校驗設備問(wèn)題提供便利。但是應該看到由于液、氣的流速范圍差別很大，因此頻率范圍也差別很大。處理渦街信號的放大器電路中，濾波器的通帶不同，電路參數也不同，因此，同一電路參數是不能用于不同測量介質(zhì)的。介質(zhì)改變，電路參數也應隨之改變。
另外，氣體和液體的密度差別很大，旋渦分離時(shí)產(chǎn)生的信號強度與密度成正比。因此信號強度差別也很大，液、氣放大器電路的增益，觸發(fā)靈敏度等皆不一樣，壓電電荷差別大，電荷放大器的參數也不同。即使同為氣體(或液體、蒸汽)隨著(zhù)介質(zhì)壓力、溫度不同，密度不同，使用的流量范圍不同，信號強度也不同，電路參數同樣要改變。因此一臺乙烷流量計不經(jīng)硬件或軟件修改，改變使用介質(zhì)或改變儀表口徑是不可行的。
1．2乙烷流量計的適用情況
乙烷流量計不適用于測量低雷諾系數(Re≤2×104少)流體。低雷諾系數時(shí)，斯特勞哈數隨著(zhù)雷諾系數而變，儀表線(xiàn)性度變差，流體粘度高會(huì )顯著(zhù)影響甚至阻礙旋渦的產(chǎn)生，選型的一個(gè)限制條件是不能使用于界限雷諾系數之下。
乙烷流量計適用的流體比較廣泛，但對于流體的臟污性質(zhì)要注意。含固體微粒的流體對旋渦發(fā)生體的沖刷會(huì )產(chǎn)生噪聲，磨損旋渦發(fā)生體。若含有的短纖維纏繞在旋渦發(fā)生體上將改變儀表系數。
乙烷流量計在混相流體中的應用經(jīng)驗還很少，一般可用于含分散、均勻的微小氣泡，但容積含氣率應小于7％～10％的氣、液兩相流，若超出2％就應對儀表系數進(jìn)行修正?？捎糜诤稚?、均勻的固體微粒。含量不大于2％的氣固、液固兩相流?？捎糜诨ゲ蝗芙獾囊阂?如油和水)兩組分流等。
脈動(dòng)流和旋轉流會(huì )對乙烷流量計產(chǎn)生嚴重影響。如果脈動(dòng)頻率與渦街頻率頻帶合拍可能引起諧振破壞正常工作和設備，使渦街信號產(chǎn)生“鎖定(lock-in)”現象，這時(shí)信號固定于某一頻率。“鎖定”與脈動(dòng)幅值、旋渦發(fā)生體形狀及堵塞比等有關(guān)。乙烷流量計的正常工作的脈動(dòng)閉值尚待試驗確定。80年代以來(lái)國內外流量測量工作者己對乙烷流量計在混相流、脈動(dòng)流中的應用開(kāi)展許多試驗研究，國際標準化組織(ISO)己發(fā)布的技術(shù)報告中亦關(guān)注這方面內容。
1．3乙烷流量計的經(jīng)濟性
在眾多的流量計中，乙烷流量計的經(jīng)濟性較好，是一種經(jīng)濟實(shí)惠的流量計。乙烷流量計的基本性能處于中等偏上水平，購置費低于質(zhì)量式、電磁式、容積式等，而安裝、運行、維護費低于節流式、容積式、渦輪式等，如僅作為控制系統檢測儀表可采用干校方式節省周期校驗費用。
2、超高溫鍋爐數字乙烷流量計系統概述
2．1工作原理
在流體中設置旋渦發(fā)生體(阻流體)，從旋渦發(fā)生體兩側交替地產(chǎn)生有規則的旋渦，這種旋渦稱(chēng)為卡門(mén)渦街，如圖1所示。旋渦列在旋渦發(fā)生體下游非對稱(chēng)地排列。設旋渦的發(fā)生頻率為f，被測介質(zhì)來(lái)流的平均速度為U，旋渦發(fā)生體迎面寬度為d，表體通徑為D，根據卡門(mén)渦街原理，有如下關(guān)系式
f=SrUl／d=SrU／md (1)
式中U1--旋渦發(fā)生體兩側平均流速，m／s；
Sr—斯特勞哈爾數：
m—旋渦發(fā)生體兩側弓形面積與管道橫截面面積之比
式中K--流量計的儀表系數，脈沖數／m3(p／m3)。
K除與旋渦發(fā)生體、管道的幾何尺寸有關(guān)外，還與斯特勞哈爾數有關(guān)。斯特勞哈爾數為無(wú)量綱參數，它與旋渦發(fā)生體形狀及雷諾數有關(guān)，圖2所示為圓柱狀旋渦發(fā)生體的斯特勞哈爾數與管道雷諾數的關(guān)系圖。由圖可見(jiàn)，在ReD=2x104～7x106范圍內，sr可視為常數，這是儀表正常工作范圍。當測量氣體流量時(shí)，VSF的流量計算式為
式中qv．qv--分別為標準狀態(tài)下(0oC或20oC，101．325kPa)和工況下的體積流量，m3/h；
Pn．p--分別為標準狀態(tài)下和工況下的絕對壓力，Pa；
Tn．T--分別為標準狀態(tài)下和工況下的熱力學(xué)溫度，K；
Zn．Z--分別為標準狀態(tài)下和工況下氣體壓縮系數。
由上式可見(jiàn)。VSF輸出的脈沖頻率信號不受流體物性和組分變化的影響。即儀表系數在一定雷諾數范圍內僅與旋渦發(fā)生體及管道的形狀尺寸等有關(guān)。但是作為流量計在物料平衡及能源計量中需檢測質(zhì)量流量，這時(shí)流量計的輸出信號應同時(shí)監測體積流量和流體密度，流體物性和組分對流量計量還是有直接影響的?！ ?br /> 2．2乙烷流量計結構
VSF由傳感器和轉換器兩部分組成，如圖3所示。傳感器包括旋渦發(fā)生體(阻流體)、檢測元件、儀表表體等；轉換器包括前置放大器、濾波整形電路、D／A轉換電路、輸出接口電路、端子、支架和防護罩等。近年來(lái)智能式流量計還把微處理器、顯示通訊及其他功能模塊亦裝在轉換器內。
(1)旋渦發(fā)生體
旋渦發(fā)生體是檢測器的主要部件，它與儀表的流量特性(儀表系數、線(xiàn)性度、范圍度等)和阻力特性(壓力損失)密切相關(guān)，對它的要求如下。
1)能控制旋渦在旋渦發(fā)生體軸線(xiàn)方向上同步分離：
2)在較寬的雷諾數范圍內，有穩定的旋渦分離點(diǎn)，保持恒定的斯特勞哈爾數：
3)能產(chǎn)生強烈的渦街，信號的信噪比高：
4)形狀和結構簡(jiǎn)單，便于加工和幾何參數標準化，以及各種檢測元件的安裝和組合：
5)材質(zhì)應滿(mǎn)足流體性質(zhì)的要求，耐腐蝕，耐磨蝕，耐溫度變化
6)固有頻率在渦街信號的頻帶外。
已經(jīng)開(kāi)發(fā)出形狀繁多的旋渦發(fā)生體，它可分為單旋渦發(fā)生體和多旋渦發(fā)生體兩類(lèi)，如圖4所示。單旋渦發(fā)生體的基本形有圓柱、矩形柱和三角柱，其他形狀皆為這些基本形的變形。三角柱形旋渦發(fā)生體是應用最廣泛的一種，如圖5所示。圖中D為儀表口徑。為提高渦街強度和穩定性，可采用多旋渦發(fā)生體，不過(guò)它的應用并不普。
(2)檢測元件
流量計檢測旋渦信號有5種方式。
1)用設置在旋渦發(fā)生體內的檢測元件直接檢測發(fā)生體兩側差壓：
2)旋渦發(fā)生體上開(kāi)設導壓孔，在導壓孔中安裝檢測元件檢測發(fā)生體兩側差壓：
3)檢測旋渦發(fā)生體周?chē)蛔儹h(huán)流：
4)檢測旋渦發(fā)生體背面交變差壓：
5)檢測尾流中旋渦列。
根據這5種檢測方式，采用不同的檢測技術(shù)(熱敏、超聲、應力、應變、電容、電磁、光電、光纖等)可以構成不同類(lèi)型的VSF。
(3) 轉換器
檢測元件把渦街信號轉換成電信號，該信號既微弱又含有不同成分的噪聲，必須進(jìn)行放大、濾波、整形等處理才能得出與流量成比例的脈沖信號。不同檢測方式應配備不同特性的前置放大器。轉換器原理框圖如圖4所示。
圖4 A：轉換器原理框圖B：數字乙烷流量計框圖
3、數字流量計運用于超高溫鍋爐
濕飽和蒸汽在熱網(wǎng)系統中普遍存，鍋爐產(chǎn)出的飽和蒸汽一般都含有少許的水分，通過(guò)分汽缸、熱力管網(wǎng)送至用戶(hù)，由于管網(wǎng)的熱損失，蒸汽的水分含量必然增多，導致蒸汽流量減少。
在計劃經(jīng)濟時(shí)代，供熱按樓房面積收費，不存在蒸汽計量收費問(wèn)題。近年來(lái)，隨著(zhù)市場(chǎng)經(jīng)濟的不斷深入，蒸汽流量必須按計量收費，因此蒸汽的熱損耗問(wèn)題也提了出來(lái)。目前，行政上普遍執行的辦法是由用戶(hù)多交10％的蒸汽費用，以補償蒸汽損耗。這種辦法也有一定缺點(diǎn)，用戶(hù)多交10％沒(méi)有科學(xué)依據，其一，濕飽和蒸汽水分含量與熱力管道的長(cháng)短有關(guān)，短熱力管道能平衡減少的蒸汽量，而長(cháng)熱力管道則平衡不了減少的蒸汽量。其二，對那些間斷使用蒸汽的用戶(hù)更無(wú)法平衡，有些企業(yè)白天上班使用幾小時(shí)蒸汽，下班后整個(gè)晚上都不使用蒸汽，直到第二天上班再用，通過(guò)一整夜的冷卻，熱力管道中的蒸汽全凝結成水，這種蒸汽的損失就不是10％。由于這些客觀(guān)原因。熱力廠(chǎng)不能做到自負盈虧，而需要政府補助。
比較合理的作法是熱力廠(chǎng)出口的總流量認為是干飽和汽，用流量表計量并作為貿易結算的基準流量。各個(gè)用戶(hù)的蒸汽流量為濕飽和蒸汽，按汽水兩相流計量，根據物質(zhì)不滅定律，各個(gè)用戶(hù)的蒸汽質(zhì)量流量之和與熱力廠(chǎng)出口的總蒸汽質(zhì)量流量應相等，這就需要流量?jì)x表準確測量總管的質(zhì)量流量和分管的質(zhì)量流量。
汽水兩相流的流量測量除了要確定單相流涉及的流量參數外，還必須要確定干度(即濕蒸汽的水分含量)，鍋筒出口的蒸汽干度可用電導率法測量，熱網(wǎng)管道的蒸汽干度可用熱平衡法測量，也可用頻譜分析法測量。汽水兩相流比單相流要復雜得多，由于汽與水的密度相差甚遠，兩者的流速是不等的，密度大的速度快，密度小的速度慢。這種速度差又與干度高低、蒸汽壓力和流量大小等多種因素有關(guān)，因此濕飽和蒸汽流量數學(xué)模型比干飽和蒸汽流量數學(xué)模型要復雜得多。但是，經(jīng)過(guò)幾十年的實(shí)驗研究，濕飽和蒸汽的測量技術(shù)已經(jīng)成熟，目前濕飽和蒸汽數學(xué)模型精度可達±0．6％，這個(gè)計算精度完全滿(mǎn)足濕飽和蒸汽流量計量要求。
3．1系統方案
據飽和蒸汽壓力、溫度和密度相對應的關(guān)系，只需選擇壓力或溫度其中一項來(lái)對流量進(jìn)行補償計算即可考慮。蘭州石化公司煉油裝置內的飽和蒸汽管路都較長(cháng)，壓力波動(dòng)較大，適宜采用壓力補償。
LUB系列乙烷流量計防爆等級為ExiaCT2～T4，它必須與已取得防爆合格證的本安關(guān)聯(lián)設備(防爆標志：ExiaC)配套組成本安防爆系統。
3．2乙烷流量計的選型
根據用戶(hù)提供的所測飽和蒸汽的壓力(溫度)、流量范圍、管道直徑等參數，選擇相應規格的LUB系列乙烷流量計。所測飽和蒸汽的流量范圍應處于所選流量計的測量范圍內，并最好處于流量計的最佳工作范圍，即流量計量程的50％～67％處。對于管道直徑與流量計內徑不一致的，可采取縮徑或擴管的方法。
3．3流量積算儀的參數設置
選用的FC20系列流量積算儀提供了1種流量補償算法，基本可滿(mǎn)足各種測量介質(zhì)的流量補償計算，可顯示瞬時(shí)流量和累積流量等參數，并且可輸出標準模擬信號供控制和記錄，還提供標準工業(yè)RS2485串行通訊接口。要使用流量積算儀的飽和蒸汽的壓力補償算法，就需要先進(jìn)入流量積算儀的參數設置狀態(tài)，選擇飽和蒸汽壓力補償模式，設置流量單位為千克每
4、智能數字乙烷流量計的設計簡(jiǎn)述
智能數字乙烷流量計是以微處理器為核心，具有自動(dòng)調零，線(xiàn)性化，自動(dòng)補償環(huán)境因素變化功能，并配以圖形顯示直觀(guān)的表達測量結果的嵌入式數字智能乙烷流量計的要求。圖5是該系統傳感器基本技術(shù)原理示意圖。
乙烷流量計的特點(diǎn)也很明顯，主要表現在以下方面:
①智能乙烷流量計的傳感器的通用性很強，從而使傳感器具有良好的互換性采用先進(jìn)數控設備加工傳感器的表體和旋渦發(fā)生體等，確保加工精度，從而使零部件（特別是旋渦發(fā)生體）的通用性強，從而真正做到不會(huì )因零部件的更換而影響傳感器的重復性和精度；能產(chǎn)生強大而穩定的渦街信號。
②抗振性能特別好，無(wú)零點(diǎn)漂移，可靠性高。通過(guò)長(cháng)時(shí)間對乙烷流量計進(jìn)行的大量波形分析和頻譜分析，加上最佳的探頭形狀、壁厚，高度、探頭桿直徑及與之相配套的壓電晶體，采用先進(jìn)的數控車(chē)床進(jìn)行加工，確保加工的同軸度和光潔度等技術(shù)參數，配合特殊的工藝處理，從而最大限度的克服乙烷流量計存在的固有自振蕩頻率對信號的影響這個(gè)通病。
③結構簡(jiǎn)單牢固，無(wú)可動(dòng)部件，可靠性高，使用維護方便。
④檢測元件不與介質(zhì)接觸，性能穩定，使用壽命長(cháng)傳感器采用檢測探頭與旋渦發(fā)生體分開(kāi)安裝，而且耐高溫的壓電晶體密封在檢測探頭內，不與被測介質(zhì)接觸，所以乙烷流量計具有結構簡(jiǎn)單、通用性好和穩定性高的特點(diǎn)。
⑤輸出與流量成正比的脈沖信號或模擬信號，無(wú)零點(diǎn)漂移，精度高，方便與計算機聯(lián)網(wǎng)
⑥測量范圍寬，量程比可達1：10
⑦乙烷流量計測量體積流量時(shí)不需補償，渦街輸出的信號實(shí)際上是與流速成線(xiàn)性關(guān)系的，也就是與體積流量成正比。壓力和溫度補償的目的是為了得到流體的密度，乘以體積流量就得到質(zhì)量流量，若測量氣體的體積流量就不需要補償了。
⑧壓力損失小。用口徑DN50的乙烷流量計測量可燃氣體的流量，若管道內的最大流量Qmax ＝200m3/h時(shí)，傳感器的壓力損失是：△P ＝1.08×10-6 ρv2（kPa）= 0.605 KPa
⑨在一定的雷諾數范圍內，流量特性不受流體壓力、溫度、黏度、密度、成分的影響，僅是與旋渦發(fā)生體的形狀和尺寸有關(guān)。
⑩應用范圍廣，蒸汽、氣體、液體流量均可測量。
本文介紹這種集溫度、壓力、流量就地顯示于一體的數字乙烷流量計。并分析了數字渦街流量機在測量超高溫鍋爐過(guò)熱蒸汽方面的應用。采用先進(jìn)的單片微機及微功耗芯片，實(shí)現在線(xiàn)多種信號采集和數據處理，并采用軟件容錯技術(shù)，大大提高了儀表的可靠性和測量準確度。
1、乙烷流量計的精度及適用情況
1．1乙烷流量計的精確度
乙烷流量計的精確度對于液體大致在±O．5％R～±2％R，對于氣體在±1％R～±2％R，重復性一般為0．2％-0．5％。由于乙烷流量計的儀表系數較低，頻率分辨率低，口徑愈大愈低，故儀表口徑不宜過(guò)大(DN300 以下)。
范圍度寬是乙烷流量計的特點(diǎn)，但重要的是下限流量為多少。一般液體平均流速下限為0．5m／s，氣體為4-5m／s。乙烷流量計的正常流量最好在正常測量范圍的1／2～2／3處。
乙烷流量計的儀表常數不受測量介質(zhì)物性的影響，這是很大的優(yōu)點(diǎn)，可以用一種典型介質(zhì)校驗而應用到其他介質(zhì)去，對于解決校驗設備問(wèn)題提供便利。但是應該看到由于液、氣的流速范圍差別很大，因此頻率范圍也差別很大。處理渦街信號的放大器電路中，濾波器的通帶不同，電路參數也不同，因此，同一電路參數是不能用于不同測量介質(zhì)的。介質(zhì)改變，電路參數也應隨之改變。
另外，氣體和液體的密度差別很大，旋渦分離時(shí)產(chǎn)生的信號強度與密度成正比。因此信號強度差別也很大，液、氣放大器電路的增益，觸發(fā)靈敏度等皆不一樣，壓電電荷差別大，電荷放大器的參數也不同。即使同為氣體(或液體、蒸汽)隨著(zhù)介質(zhì)壓力、溫度不同，密度不同，使用的流量范圍不同，信號強度也不同，電路參數同樣要改變。因此一臺乙烷流量計不經(jīng)硬件或軟件修改，改變使用介質(zhì)或改變儀表口徑是不可行的。
1．2乙烷流量計的適用情況
乙烷流量計不適用于測量低雷諾系數(Re≤2×104少)流體。低雷諾系數時(shí)，斯特勞哈數隨著(zhù)雷諾系數而變，儀表線(xiàn)性度變差，流體粘度高會(huì )顯著(zhù)影響甚至阻礙旋渦的產(chǎn)生，選型的一個(gè)限制條件是不能使用于界限雷諾系數之下。
乙烷流量計適用的流體比較廣泛，但對于流體的臟污性質(zhì)要注意。含固體微粒的流體對旋渦發(fā)生體的沖刷會(huì )產(chǎn)生噪聲，磨損旋渦發(fā)生體。若含有的短纖維纏繞在旋渦發(fā)生體上將改變儀表系數。
乙烷流量計在混相流體中的應用經(jīng)驗還很少，一般可用于含分散、均勻的微小氣泡，但容積含氣率應小于7％～10％的氣、液兩相流，若超出2％就應對儀表系數進(jìn)行修正?？捎糜诤稚?、均勻的固體微粒。含量不大于2％的氣固、液固兩相流?？捎糜诨ゲ蝗芙獾囊阂?如油和水)兩組分流等。
脈動(dòng)流和旋轉流會(huì )對乙烷流量計產(chǎn)生嚴重影響。如果脈動(dòng)頻率與渦街頻率頻帶合拍可能引起諧振破壞正常工作和設備，使渦街信號產(chǎn)生“鎖定(lock-in)”現象，這時(shí)信號固定于某一頻率。“鎖定”與脈動(dòng)幅值、旋渦發(fā)生體形狀及堵塞比等有關(guān)。乙烷流量計的正常工作的脈動(dòng)閉值尚待試驗確定。80年代以來(lái)國內外流量測量工作者己對乙烷流量計在混相流、脈動(dòng)流中的應用開(kāi)展許多試驗研究，國際標準化組織(ISO)己發(fā)布的技術(shù)報告中亦關(guān)注這方面內容。
1．3乙烷流量計的經(jīng)濟性
在眾多的流量計中，乙烷流量計的經(jīng)濟性較好，是一種經(jīng)濟實(shí)惠的流量計。乙烷流量計的基本性能處于中等偏上水平，購置費低于質(zhì)量式、電磁式、容積式等，而安裝、運行、維護費低于節流式、容積式、渦輪式等，如僅作為控制系統檢測儀表可采用干校方式節省周期校驗費用。
2、超高溫鍋爐數字乙烷流量計系統概述
2．1工作原理
在流體中設置旋渦發(fā)生體(阻流體)，從旋渦發(fā)生體兩側交替地產(chǎn)生有規則的旋渦，這種旋渦稱(chēng)為卡門(mén)渦街，如圖1所示。旋渦列在旋渦發(fā)生體下游非對稱(chēng)地排列。設旋渦的發(fā)生頻率為f，被測介質(zhì)來(lái)流的平均速度為U，旋渦發(fā)生體迎面寬度為d，表體通徑為D，根據卡門(mén)渦街原理，有如下關(guān)系式
f=SrUl／d=SrU／md (1)
式中U1--旋渦發(fā)生體兩側平均流速，m／s；
Sr—斯特勞哈爾數：
m—旋渦發(fā)生體兩側弓形面積與管道橫截面面積之比
式中K--流量計的儀表系數，脈沖數／m3(p／m3)。
K除與旋渦發(fā)生體、管道的幾何尺寸有關(guān)外，還與斯特勞哈爾數有關(guān)。斯特勞哈爾數為無(wú)量綱參數，它與旋渦發(fā)生體形狀及雷諾數有關(guān)，圖2所示為圓柱狀旋渦發(fā)生體的斯特勞哈爾數與管道雷諾數的關(guān)系圖。由圖可見(jiàn)，在ReD=2x104～7x106范圍內，sr可視為常數，這是儀表正常工作范圍。當測量氣體流量時(shí)，VSF的流量計算式為
式中qv．qv--分別為標準狀態(tài)下(0oC或20oC，101．325kPa)和工況下的體積流量，m3/h；
Pn．p--分別為標準狀態(tài)下和工況下的絕對壓力，Pa；
Tn．T--分別為標準狀態(tài)下和工況下的熱力學(xué)溫度，K；
Zn．Z--分別為標準狀態(tài)下和工況下氣體壓縮系數。
由上式可見(jiàn)。VSF輸出的脈沖頻率信號不受流體物性和組分變化的影響。即儀表系數在一定雷諾數范圍內僅與旋渦發(fā)生體及管道的形狀尺寸等有關(guān)。但是作為流量計在物料平衡及能源計量中需檢測質(zhì)量流量，這時(shí)流量計的輸出信號應同時(shí)監測體積流量和流體密度，流體物性和組分對流量計量還是有直接影響的?！ ?br /> 2．2乙烷流量計結構
VSF由傳感器和轉換器兩部分組成，如圖3所示。傳感器包括旋渦發(fā)生體(阻流體)、檢測元件、儀表表體等；轉換器包括前置放大器、濾波整形電路、D／A轉換電路、輸出接口電路、端子、支架和防護罩等。近年來(lái)智能式流量計還把微處理器、顯示通訊及其他功能模塊亦裝在轉換器內。
(1)旋渦發(fā)生體
旋渦發(fā)生體是檢測器的主要部件，它與儀表的流量特性(儀表系數、線(xiàn)性度、范圍度等)和阻力特性(壓力損失)密切相關(guān)，對它的要求如下。
1)能控制旋渦在旋渦發(fā)生體軸線(xiàn)方向上同步分離：
2)在較寬的雷諾數范圍內，有穩定的旋渦分離點(diǎn)，保持恒定的斯特勞哈爾數：
3)能產(chǎn)生強烈的渦街，信號的信噪比高：
4)形狀和結構簡(jiǎn)單，便于加工和幾何參數標準化，以及各種檢測元件的安裝和組合：
5)材質(zhì)應滿(mǎn)足流體性質(zhì)的要求，耐腐蝕，耐磨蝕，耐溫度變化
6)固有頻率在渦街信號的頻帶外。
已經(jīng)開(kāi)發(fā)出形狀繁多的旋渦發(fā)生體，它可分為單旋渦發(fā)生體和多旋渦發(fā)生體兩類(lèi)，如圖4所示。單旋渦發(fā)生體的基本形有圓柱、矩形柱和三角柱，其他形狀皆為這些基本形的變形。三角柱形旋渦發(fā)生體是應用最廣泛的一種，如圖5所示。圖中D為儀表口徑。為提高渦街強度和穩定性，可采用多旋渦發(fā)生體，不過(guò)它的應用并不普。
(2)檢測元件
流量計檢測旋渦信號有5種方式。
1)用設置在旋渦發(fā)生體內的檢測元件直接檢測發(fā)生體兩側差壓：
2)旋渦發(fā)生體上開(kāi)設導壓孔，在導壓孔中安裝檢測元件檢測發(fā)生體兩側差壓：
3)檢測旋渦發(fā)生體周?chē)蛔儹h(huán)流：
4)檢測旋渦發(fā)生體背面交變差壓：
5)檢測尾流中旋渦列。
根據這5種檢測方式，采用不同的檢測技術(shù)(熱敏、超聲、應力、應變、電容、電磁、光電、光纖等)可以構成不同類(lèi)型的VSF。
(3) 轉換器
檢測元件把渦街信號轉換成電信號，該信號既微弱又含有不同成分的噪聲，必須進(jìn)行放大、濾波、整形等處理才能得出與流量成比例的脈沖信號。不同檢測方式應配備不同特性的前置放大器。轉換器原理框圖如圖4所示。
圖4 A：轉換器原理框圖B：數字乙烷流量計框圖
3、數字流量計運用于超高溫鍋爐
濕飽和蒸汽在熱網(wǎng)系統中普遍存，鍋爐產(chǎn)出的飽和蒸汽一般都含有少許的水分，通過(guò)分汽缸、熱力管網(wǎng)送至用戶(hù)，由于管網(wǎng)的熱損失，蒸汽的水分含量必然增多，導致蒸汽流量減少。
在計劃經(jīng)濟時(shí)代，供熱按樓房面積收費，不存在蒸汽計量收費問(wèn)題。近年來(lái)，隨著(zhù)市場(chǎng)經(jīng)濟的不斷深入，蒸汽流量必須按計量收費，因此蒸汽的熱損耗問(wèn)題也提了出來(lái)。目前，行政上普遍執行的辦法是由用戶(hù)多交10％的蒸汽費用，以補償蒸汽損耗。這種辦法也有一定缺點(diǎn)，用戶(hù)多交10％沒(méi)有科學(xué)依據，其一，濕飽和蒸汽水分含量與熱力管道的長(cháng)短有關(guān)，短熱力管道能平衡減少的蒸汽量，而長(cháng)熱力管道則平衡不了減少的蒸汽量。其二，對那些間斷使用蒸汽的用戶(hù)更無(wú)法平衡，有些企業(yè)白天上班使用幾小時(shí)蒸汽，下班后整個(gè)晚上都不使用蒸汽，直到第二天上班再用，通過(guò)一整夜的冷卻，熱力管道中的蒸汽全凝結成水，這種蒸汽的損失就不是10％。由于這些客觀(guān)原因。熱力廠(chǎng)不能做到自負盈虧，而需要政府補助。
比較合理的作法是熱力廠(chǎng)出口的總流量認為是干飽和汽，用流量表計量并作為貿易結算的基準流量。各個(gè)用戶(hù)的蒸汽流量為濕飽和蒸汽，按汽水兩相流計量，根據物質(zhì)不滅定律，各個(gè)用戶(hù)的蒸汽質(zhì)量流量之和與熱力廠(chǎng)出口的總蒸汽質(zhì)量流量應相等，這就需要流量?jì)x表準確測量總管的質(zhì)量流量和分管的質(zhì)量流量。
汽水兩相流的流量測量除了要確定單相流涉及的流量參數外，還必須要確定干度(即濕蒸汽的水分含量)，鍋筒出口的蒸汽干度可用電導率法測量，熱網(wǎng)管道的蒸汽干度可用熱平衡法測量，也可用頻譜分析法測量。汽水兩相流比單相流要復雜得多，由于汽與水的密度相差甚遠，兩者的流速是不等的，密度大的速度快，密度小的速度慢。這種速度差又與干度高低、蒸汽壓力和流量大小等多種因素有關(guān)，因此濕飽和蒸汽流量數學(xué)模型比干飽和蒸汽流量數學(xué)模型要復雜得多。但是，經(jīng)過(guò)幾十年的實(shí)驗研究，濕飽和蒸汽的測量技術(shù)已經(jīng)成熟，目前濕飽和蒸汽數學(xué)模型精度可達±0．6％，這個(gè)計算精度完全滿(mǎn)足濕飽和蒸汽流量計量要求。
3．1系統方案
據飽和蒸汽壓力、溫度和密度相對應的關(guān)系，只需選擇壓力或溫度其中一項來(lái)對流量進(jìn)行補償計算即可考慮。蘭州石化公司煉油裝置內的飽和蒸汽管路都較長(cháng)，壓力波動(dòng)較大，適宜采用壓力補償。
LUB系列乙烷流量計防爆等級為ExiaCT2～T4，它必須與已取得防爆合格證的本安關(guān)聯(lián)設備(防爆標志：ExiaC)配套組成本安防爆系統。
3．2乙烷流量計的選型
根據用戶(hù)提供的所測飽和蒸汽的壓力(溫度)、流量范圍、管道直徑等參數，選擇相應規格的LUB系列乙烷流量計。所測飽和蒸汽的流量范圍應處于所選流量計的測量范圍內，并最好處于流量計的最佳工作范圍，即流量計量程的50％～67％處。對于管道直徑與流量計內徑不一致的，可采取縮徑或擴管的方法。
3．3流量積算儀的參數設置
選用的FC20系列流量積算儀提供了1種流量補償算法，基本可滿(mǎn)足各種測量介質(zhì)的流量補償計算，可顯示瞬時(shí)流量和累積流量等參數，并且可輸出標準模擬信號供控制和記錄，還提供標準工業(yè)RS2485串行通訊接口。要使用流量積算儀的飽和蒸汽的壓力補償算法，就需要先進(jìn)入流量積算儀的參數設置狀態(tài)，選擇飽和蒸汽壓力補償模式，設置流量單位為千克每
4、智能數字乙烷流量計的設計簡(jiǎn)述
智能數字乙烷流量計是以微處理器為核心，具有自動(dòng)調零，線(xiàn)性化，自動(dòng)補償環(huán)境因素變化功能，并配以圖形顯示直觀(guān)的表達測量結果的嵌入式數字智能乙烷流量計的要求。圖5是該系統傳感器基本技術(shù)原理示意圖。