管道氮气流量计

      管道氮气流量计 广泛应用在石油、化工、冶金、造纸等行业流体的计量，该流量计无可动部件，可靠性强、精度高、寿命长，可在很宽的流量范围内精确测量液体的瞬时流量和累计流量。其不受介质温度、压力、粘度及组分的影响，同时不堵、不卡、不易结垢、耐高温、高压，安全防爆，适用于恶劣环境。流量计分一体化显示和远传显示，并可输出脉冲信号或电流信号与微机联网。

主要特点：

1．结构简单而牢固，无可动部件，可靠性高，长期运行十分可靠 。

2．安装简单，维护十分方便。

3．检测传感器不直接接触被测介质，性能稳定，寿命长。

4．输出是与流量成正比的脉冲信号，无零点飘移，精度高。

5．测量范围宽，量程比可达1：10。

6．压力损失较小，运行费用低，更具节能意义。

7．在一定的雷诺数范围内，输出信号频率不受流体物理性质和组分变化的影响，仪表系数仅与旋涡发生体的形状和尺寸有关，测量流体体积流量时无需补偿，调换配件后一般无需重新标定仪表系数。 

8．应用范围广，蒸汽，液体，气体的流量均可测量。

技术指标：

1．测量介质：液体、气体、饱和蒸汽、过热蒸汽。 

2．精度等级：液体±1.0%，气体（蒸汽） ±1.5%，插入式±2.5%。

3．工作压力：1.6MPa，2.5MPa，4.0MPa，6.4MPa。 

4．介质温度：普通型-40～150℃ 中温型-40～250℃ 高温型-40～350℃。 

5．输出信号：三线电压脉冲，低电平0～1V，高电平 > 4V，占空比50%； 二线制标准电流4～20mA；三线制标准电流0～10mA。 

6．工作环境：-35℃～+60℃，湿度≤95%RH。 

7．工作电源：DC12V；DC24V。 

8．壳体材料：碳钢、不锈钢。 

9．防爆类型：本安型 ExibIICT6。

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原理:

在流体中设置三角柱型旋涡发生体，则从旋涡发生体两侧交替地产生有规则的旋涡，这种旋涡称为卡门旋涡，如图所示，旋涡列在旋涡发生体下游非对称地排列。设旋涡的发生频率为f，被测介质平均流速为 ，旋涡发生体迎流面宽度为d，表体通径为D，即可得到以下关系式：　f=SrU1/d=SrU/md 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（1）

式中U1--旋涡发生体两侧平均流速，m/s；

Sr--斯特劳哈尔数；

m--旋涡发生体两侧弓形面积与管道横截面面积之比.

 管道内体积流量qv为

qv=πD2U/4=πD2mdf/4Sr 　　　　　　　　　　　　　　　　（2）

K=f/qv=[πD2md/4Sr]-1 　　　　　　　　　　　　　　　　 （3）

式中 K--流量计的仪表系数，脉冲数/m3（P/m3）。

K除与旋涡发生体、管道的几何尺寸有关外，还与斯特劳哈尔数有关。斯特劳哈尔数为无量纲参数，它与旋涡发生体形状及雷诺数有关，图2所示为圆柱状旋涡发生体的斯特劳哈尔数与管道雷诺数的关系图。由图可见，在ReD=2×104～7×106范围内，Sr可视为常数，这是仪表正常工作范围。当测量气体流量时，VSF的流量计算式为(4)

式中 qVn，qV--分别为标准状态下（0oC或20oC，101.325kPa）和工况下的体积流量，m3/h；

Pn，P--分别为标准状态下和工况下的压力，Pa；

Tn，T--分别为标准状态下和工况下的热力学温度，K；

Zn，Z--分别为标准状态下和工况下气体压缩系数。

由上式可见，VSF输出的脉冲频率信号不受流体物性和组分变化的影响，即仪表系数在一定雷诺数范围内仅与旋涡发生体及管道的形状尺寸等有关。但是作为流量计在物料平衡及能源计量中需检测质量流量，这时流量计的输出信号应同时监测体积流量和流体密度，流体物性和组分对流量计量还是有直接影响的。

涡街流量计便是依据卡门旋涡原理进行封闭管道流体流量测量的新型流量计。因其具有良好的介质适应能力，无需温度压力补偿即可直接测量蒸汽、空气、气体、水、液体的工况体积流量，配备温度、压力传感器可测量标况体积流量和质量流量，是节流式流量计的理想替代产品。

为提高涡街流量计的耐高温及抗振动性能，我公司新近开发出了SDLU改进型涡街流量传感器，因其*的结构和选材使该传感器可在高温（350℃）、强振动（≤1g）的恶劣工况下使用。

在实际应用中，往往大流量远低于仪表的上限值，随着负荷的变化，小流量又往往会低于仪表的下限值，仪表并非工作在它的工作段，为了解决这一问题，通常采用在测量处缩径提高测量处的流速，并选用较小口径的仪表以利于仪表的测量，但是这种变径方式必须在变径管与仪表间有长度为15D以上的直管段进行整流，使加工、安装都不方便。我公司研制的纵断面形状为圆弧的LGZ变径整流器，具有整流、提高流速及改变流速分布多重作用，其结构尺寸小，仅为工艺管内径的1/3，与涡街流量计作成一体，不仅不需要另外附加一段直管段，还可以降低对工艺管直管段的要求，安装非常方便。

管道氮气流量计选型

 3.1 涡街流量计 口径的选取

    仪表生产厂家不同，其选型方式会有所不同。应根据其相应的选型方式，作出详细的计算，来确定口径的大小。而不能盲目的根据管道的口径选择流量计的口径，选型时要注意：

    雷诺数限制：当雷诺数Re<5×103时，涡街流量计 基本不能测量，当雷诺数Re<2×104时，因St非线性偏高，所以导致测量值偏差大；流速限制：对于测量液体流量，大流速10m/s，测量气体流量时，大流速75m/s。

    为使流量计的流速大一些，涡街流量计 工作在测量精度保证范围内，要尽量选用比公称通径小的流量计。如果流量计的口径偏大，则使流量在低限运行，使得测量值不准确。

  3.2 传感器检测元件材质的选取

    在化工场合，许多介质时带有腐蚀性的，因此在选型时应根据相应的介质选择相应的传感器材质。否则传感器或旋涡发生体被腐蚀后，轻者会影响测量，重者使仪表无法正常测量，甚至发生介质泄露的事故。

3.3 粘度较大或易沉淀的流体

    当测量粘度较大或者易沉淀的流体，会在涡街发生体表面有粘附或沉积物时会使发生体的形状和尺寸变化，影响仪表系数；而传感器表面有粘附或沉淀物时，仪表的灵敏度会降低。对此建议选用其他原理的流量计，或经常清洗流量计传感器和旋涡发生体。

​产品选型：

安装要点

    （1）选择合理的安装场所。如避开强电力设备、高频设备、强电源开关设备；避开高温热源和辐射热源的影响；避开强烈振动。

    （2）上下游直管段满足要求。不同的阻流件对流场的影响是不一样的，在突缩和突扩管段可能在肩部形成二次流，在弯管位置在流动方向突然改变的弯管内外侧将形成二次流，在流通截面积突然改变的阀门位置流动也将受到影响。因此不同阻流件对直管段的要求也不同，见图3，如流量计前有一个弯头时，前面的直管段要求20倍的管道内径，后面的直管段要求5倍的管道内径。而流量计前有两个弯头时，前面的直管段要求40倍的管道内径，后面的直管段要求5倍的管道内径。

    （3）有振动的管道，涡街流量计 表头水平安装，对于振动较强的管系，设置减振装置。

    （4）如有可能安装旁通管，便于检修。

    （5）测量含有少量异相的流体时，注意传感器的安装位置。如测量介质中还有固体物时，流量计应安装在不易沉淀的地方；而测量介质为气体，其中含有液体时，应在流量计前安装排放阀，否则会产生气锤，损坏传感器。

    （6）介质温度较高时，流量计表头向下安装，或选用分体式流量计。

    （7）涡街流量计 信号传输电线应采用金属屏蔽电线，要有良好的接地措施。遵循一点接地原则。

    （8）管道隔热保温。一般测量蒸汽时，管道隔热保温是防止能量散失的重要手段，当对涡街流量计 进行隔热处理时，应确保涡街流量计 的传感器和电路部分暴露在外，确保热量向外射以防止仪表电子部件过热。

    （9）为防止气穴现象发生，涡街流量计 进口压力要满足要求：

 （4）

    Δp-涡街流量计 的压损；Pv-使用温度下的液体的饱和蒸汽压。

图3 涡街流量计 直管段小要求

  5 涡街流量计 测量中的压力、温度补偿

涡街流量计 测得的是工作状况下的体积流量，以下情况需要压力、温度补偿：

    （1）测量介质为液体，输出为质量流量（部分液体）；

    （2）测量介质为气体，输出为标准状态下的体积流量；

    （3）测量介质为气体，输出为质量流量[3]；

    此时，还需要一个流量积算仪，根据一定的温度压力补偿公式来计算出所需要的流量，见图4。

图4 带温压补偿流量积算仪的测量图

  6 影响涡街流量计 测量准确度 的其它因素

    6.1 旋涡发生体迎流面堆积的影响

    如果被测流体中存在黏性颗粒，则可能会逐渐堆积在旋涡发生体迎流面上，使其几何形状和尺寸发生变化，因而流量系数也相应变化，影响见图5所示。

图5 旋涡发生体发生堆积时的精度影响

    因此在使用中要注意清理。

 6.2 温度对测量的影响

    温度变化对测量体几何尺寸变化的影响有两部分组成，一是旋涡发生体宽度d发生变化引起的；另一个就是管道内径D变化引起的。消除此影响一般是对K系数进行修正[5]。

（5）

    式中：Kt-流体温度是t时的流量系数；Km-流体温度是t0时的流量系数；A-常数，与涡街流量计 的材料和结构有关。

    目前一些厂家的流量计已对温度的影响在软件中进行固定温度修正和实时温度修正，如Endress+Hause的Prowirl72和73型的涡街流量计 。

  6.3 配管内径与流量计内径不一致造成的影响

    一般进口仪表的内径时按照国外标准生产的，而在国内的配管内径为国内标准的，两者之间的差别有时很大，如Endress+Hause的Prowirl72FDN100口径压力为PN16的内径为107.1mm，而国内的为101.0mm。对于配管内径与流量计内径不一致，可分为两种情况[6]：

    （1）当管道实际内径大于仪表内径时，两者之间的差值不超过流量计内径的3%，这时造成的误差很小，对测量无影响，可无需修正。

    （2）当管道内径小于仪表内径，且两者之差不超过流量计内径的2%时，产生的误差较小，可通过对仪表系数的修正进行补偿，修正因子Kd为：DN-流量计内径；D-配管内径。

    （3）当管道内径与仪表内径相差较大，由于流体经过这种突变造成的流体扰动使得涡街流量计 的测量变得不再稳定和可靠，造成的误差无法通过修正K系数来补偿。此时需要流量计前后安装足够的与流量计内径一致的直管段或流量计前安装流场优化整流器，但安装整流器后仍需一定的直管段。