华海测控-旋涡流量计在锅炉送风流量测量中的应用

       旋涡流量计是一种速度式流量计，可用于测量液体、气体和蒸汽等多种介质的流量，具有测量范围宽、无运动部件、压力损失小、工作可靠、准确度高及安装和维护方便等优点，应用比较广泛。下面介绍旋涡流量计在某热电厂锅炉送风流量测量中的具体应用，并结合实际，详细分析使用中存在的问题及相应的解决办法。

1、旋涡流量计工作原理

      旋涡流量计又称涡街流量计，它是利用有规律的旋涡剥离现象来测量流体流量的。如图1所示，在管道中垂直于流体流动方向插入一根非流线形的阻流体（也叫旋涡发生体），当流体的雷诺数达到一定数值时，流体在阻流体两侧交替地分离释放出两列规则的交错排列的旋涡涡街，在一定的流速范围内，旋涡的分离频率正比于流量。

       如果设两列旋涡间的距离为h，同列相邻两个旋涡间的距离为L，则当h/L=0.281时，所产生的旋涡是周期性和稳定的。此时，对于图1所示圆柱形旋涡发生体产生的旋涡，其单侧频率f可表示为式中：f为单侧旋涡频率，H_z；S_t为斯特劳哈尔数，无量纲，数值大小与旋涡发生体形状和流体雷诺数有关；v为流体平均流速，m/s；d为圆柱体直径，m。

        当流体雷诺数在2×10⁴～7×10⁶范围（这是仪表的正常工作范围）之内时，斯特劳哈尔数可视为常数，这时，旋涡产生的频率与流体平均流速成正比，测得频率f即可求得流体的体积流量^{（1-2）_。}

         旋涡频率的测量可采用热、电、声等多种方法，如热敏检测法、应力检测法、电容检测法、超声检测法等，这些方法是利用敏感元件把旋涡处的压力、流速或密度等参数的周期性变化转换为周期性的电信号，然后经放大整形等处理后得到方波脉冲，最后由二次仪表显示、记录或累积^（1）_。

    2 旋涡流量计在锅炉送风流量测量中的应用

    送风流量是电站锅炉非常重要的热工参数之一，其大小不仅可反映送风机的工作状态，同时也是组建燃烧自动控制系统必不可少的变量^（1）_。

    送风管道的横截面多为矩形，且情况比较复杂，流量的测量存在一定的难度。本文采用旋涡流量计对送风流量进行测量，收到了比较好的效果。

    2.1 测量系统构成及原理

    旋涡流量测量系统由传感器、转换器及显示/记录仪等组成。如图2所示。其中，传感器主要包括旋涡发生体和旋涡检测器，用于把待测送风流量转换成相应的频率信号；转换器将变送器输出的频率信号进行放大和整形等处理，最后输出4～20mADC标准信号；显示/记录仪接收转换器的输出信号，显示/记录待测送风流量的大小。

    2.2 应用问题分析

    对旋涡流量计工作原理分析可知，在实际使用中，旋涡流量计有非常严格的技术要求，如果仪表及配套设备选型、安装条件、安装方法、工作环境以及使用与维护等方面不能满足相关要求，就会引起测量误差增大或示值不稳，甚至不能正常测量。现将实际应用中的有关问题总结如下。

    2.2.1 仪表选型问题

    1）旋涡流量计的可测下限流量除受检测元件灵敏度影响外，主要与下限雷诺数有关，而雷诺数又与流场的几何特征尺寸、流体的密度、黏度及流动速度等因素有关。如果在下限雷诺数以下工作，则斯特劳哈尔数就不再是常数，旋涡流量计也就进入非线性工作区，这将增大测量误差。

    2）被测流体的常用流量应处在仪表测量范围的1/2～2/3之间，以减小测量误差。如果仪表量程选择过大，则可能会造成流量计无瞬时流量显示。此时，一是可以调低流量计下限截止频率，这样做虽然可以使流量计正常工作，但会造成测量精度降低；二是更换小规格的旋涡流量计^（3）_。

    3）用旋涡流量计测量送风流量必须考虑温度和压力补偿问题，应同时选择合适的温度、压力测量仪表及智能流量积算仪，而且，这些配套仪表及旋涡流量计之间必须建立正确的流量、温度、压力和参考温度、参考压力的对应关系^（5）_，否则会造成很大的测量误差。

    2.2.2 安装问题

    1）在选择安装场所时，应尽量避开强电设备、高频设备、强开关电源、高温热源、辐射热源、高湿环境及强腐蚀气氛等，并应尽量避免碰撞冲击和机械振动，尤其是在水平面上与管道轴线垂直方向上的振动。锅炉送风管道的机械振动比较大，这是使用旋涡流量计遇到的最大问题。旋涡流量计在管道振动惯性力的作用下，会产生振荡干扰，当被测介质流速较大时，就会使波形失真，干扰脉冲输出数量^（4）_，进而影响测量精度。实际中，可考虑采用安装管道支架、加装减振装置或加强滤波等措施，当然也可选择抗振型旋涡流量计，它可在一定程度上减小振动对流量测量精度的影响。

    2）旋涡流量计对脉动流、旋转流及流速分布畸变等流动特性的影响比较敏感，必须注意上、下游阻流件（如阀门、温度传感器等）的分布，并保证上、下游有足够的直管段长度。对于被测流体的脉动频率，如果其处在旋涡流量计的频带之内时，会对测量精度产生影响，尤其是在脉动频率与旋涡频率合拍时，会破坏仪表的正常工作，甚至损坏仪表。必要时，可考虑在旋涡流量计上游管路上加装缓冲器或节流孔板，以衰减脉动压力，减小脉动对测量的影响。

    3）配管内径D_P应与流量计内径D_N相同，如有差异，则应满足0.98D_N≤D_P≤1.05D_N，否则会增大测量误差。在安装旋涡流量计时，应保持流量计与测量管道同心，其不同心度应小于0.05DN，如果安装偏心，则会降低测量精度。

    2.2.3 使用与维护问题

    1）目前所使用的旋涡流量计多为智能型仪表，仪表安装好后，为保证流量测量精度，用户必须根据自己的实际需要准确设置有关参数，主要包括：流体类型选择、流体最小密度设定、仪表系数（根据实际管径、常用流速及管道粗糙度等确定）的设定、标准工作温度和压力设定、截止频率设定、量程设定及输出参数（4～20mA或脉冲）选择等。智能型旋涡流量计都具有流量校正和自诊断功能，它可根据不同工况自动进行相关参数的校正和误差分段修正，这可在一定程度上提高流量测量的准确度。

    2）应对仪表进行定期校准，以保证仪表长期工作的准确性。

    3）如果流量计测量管堵塞或检测元件被脏污介质粘附，应及时进行清洗，以免影响测量精度。

    3 结束语

    旋涡流量计的使用条件比较苛刻，影响其测量准确度的因素也较多，通过对其工作原理及测量系统各个环节的认真分析，并采取相应的措施，在一定程度上保证了旋涡流量计的稳定运行和准确测量。