1 鍋爐高溫蒸汽流量計概述
流量計是工業(yè)領(lǐng)域中使用量*大的物理量測量?jì)x表之一，基于不同的工作原理研制出了許多不同種類(lèi)的流量計產(chǎn)品，比如電磁流量計、超聲波流量計、差壓式流量計、渦輪流量計、鍋爐高溫蒸汽流量計等產(chǎn)品，我們可以根據產(chǎn)品名稱(chēng)就可以知道此類(lèi)流量計的工作方式，其中鍋爐高溫蒸汽流量計的工作原理就是基于“卡門(mén)渦街”來(lái)工作的?？ㄩT(mén)渦街是流體力學(xué)中重要的現象，在自然界中?？捎龅?，在一定條件下的定常來(lái)流繞過(guò)某些物體時(shí)，物體兩側會(huì )周期性地脫落出旋轉方向相反、排列規則的雙列線(xiàn)渦，經(jīng)過(guò)非線(xiàn)性作用后，形成卡門(mén)渦街。如水流過(guò)橋墩，風(fēng)吹過(guò)高塔、煙囪、電線(xiàn)等都會(huì )形成卡門(mén)渦街。此物理現象*早是因匈牙利裔美國空氣動(dòng)力學(xué)家西奧多·馮·卡門(mén)*先從理論上闡明而得名卡門(mén)渦街。
鍋爐高溫蒸汽流量計利用“卡門(mén)渦街”測量原理，測量封閉管道內介質(zhì)的工況體積流量，它具有其他流量計不可兼得的較多優(yōu)點(diǎn)，20世紀70年代以來(lái)得到了迅速的發(fā)展。與渦輪流量計相比，它沒(méi)有可動(dòng)的機械部件，從而維護量小，儀表常數穩定，容易在工作環(huán)境中保證精度；與孔板相比，它的測量范圍大，壓力損失小，準確度高。鍋爐高溫蒸汽流量計屬于流體振動(dòng)式流量計，可用于測量飽和蒸汽、過(guò)熱蒸汽、各種氣體（如煤氣、天然氣、壓縮空氣、氧氣、氮氣、氬氣、氫氣、二氧化碳等）、水及低粘度、低溫液體（如鹽水、液氮）。汽液通用，無(wú)需實(shí)液標定；可準確測量封閉管道中蒸汽、氣體和液體的流量。有抗振、耐腐、高溫、防爆等多種類(lèi)型供選用。通徑DN200以上為插入式鍋爐高溫蒸汽流量計；適用于冶金、化工、石油、煤氣、城市供排水、食品、紡織、礦山等工業(yè)過(guò)程、能源管理和環(huán)境工程行業(yè)。塔西南化肥廠(chǎng)32臺鍋爐高溫蒸汽流量計主要用于蒸汽、天然氣、二氧化碳、冷凝液等的測量。
本文簡(jiǎn)要介紹了鍋爐高溫蒸汽流量計在塔西南化肥廠(chǎng)的成功應用，敘述了鍋爐高溫蒸汽流量計的工作原理、安裝及使用過(guò)程中的注意事項；總結了鍋爐高溫蒸汽流量計在現場(chǎng)應用中的故障處理及常規維護。

圖1 卡門(mén)漩渦
鍋爐高溫蒸汽流量計是根據卡門(mén)渦街原理制成的，在流動(dòng)的液體中插入一個(gè)非流線(xiàn)型柱狀物，則在柱體下游會(huì )產(chǎn)生如圖1所示的兩列不對稱(chēng)且又有規律的漩渦。該漩渦在柱體的側后方產(chǎn)生、分開(kāi)，形成漩渦列，通常稱(chēng)作卡門(mén)渦街或者卡門(mén)渦列。當滿(mǎn)足h'/1=0.281時(shí)，所產(chǎn)生的卡門(mén)漩渦是穩定的，而且產(chǎn)生單列漩渦的頻率與圓柱體的直徑和流體流速有如下關(guān)系：
式中：f-旋渦的釋放頻率/Hz；υ-流過(guò)旋渦發(fā)生體的流體平均速度/m/s；d-旋渦發(fā)生體特征寬度/m；St為斯特羅哈數，無(wú)量綱，數值范圍為0.14~0.27，St是雷諾數的函數，St=f（l/Re）。
當雷諾數Re在102～105范圍內，St值約為0.2，因此，在測量中，要盡量滿(mǎn)足流體的雷諾數在102～105，旋渦頻率f＝0.2υ/d。
由此可知，通過(guò)測量旋渦頻率就可以計算出流過(guò)旋渦發(fā)生體的流體平均速度v，再由式q=υA可以求出流量q，其中A為流體流過(guò)旋渦發(fā)生體的截面積。
鍋爐高溫蒸汽流量計由檢測器、放大器和轉換器等組成，當旋渦在發(fā)生體兩側產(chǎn)生時(shí)，利用壓電傳感器測出與流體流向垂直的交變升力變化，將升力的變化轉換為電的頻率信號，再將頻率信號進(jìn)行放大和整形，直接以數字輸出，與數字顯示儀表配套，也可以通過(guò)D/A轉換成4mA～20mADC輸出，以便進(jìn)行測量指示、記錄、積算和控制等。
3 鍋爐高溫蒸汽流量計在塔西南化肥廠(chǎng)的應用
塔西南化肥廠(chǎng)主要生產(chǎn)裝置合成氨裝置和尿素裝置流量?jì)x表共116塊，其中鍋爐高溫蒸汽流量計32塊，占28%，主要用于測量蒸汽、天然氣、二氧化碳、冷凝液等。用于蒸汽測量的鍋爐高溫蒸汽流量計的效果*為明顯，在塔西南化肥廠(chǎng)的中壓蒸汽中加入了磷酸三鈉，磷酸三鈉易結晶，采用差壓式流量計，如果現場(chǎng)一次表的排污閥等有泄漏現象，磷酸三鈉就會(huì )在引壓管線(xiàn)中沉淀、析出，造成引壓管線(xiàn)的堵塞，從而導致流量?jì)x表指示不準確或者波動(dòng)大，給工藝人員的正常操作和控制帶來(lái)困難。下面結合塔西南化肥廠(chǎng)用于中壓蒸汽測量的鍋爐高溫蒸汽流量計FT-3002，談?wù)?strong>鍋爐高溫蒸汽流量計的安裝、故障處理及常規維護。
3.1 鍋爐高溫蒸汽流量計的安裝
（1）鍋爐高溫蒸汽流量計盡量安裝在遠離振動(dòng)源和電磁干擾較強的地方，FT-3002安裝位置附近無(wú)電磁流量計等高頻率電磁設備。
（2）閥門(mén)位置和直管段長(cháng)度選擇。一般來(lái)講，把鍋爐高溫蒸汽流量計安裝在閥門(mén)的上游，直管段較長(cháng)，前后直管段要滿(mǎn)足鍋爐高溫蒸汽流量計的要求。塔西南化肥廠(chǎng)的中壓蒸汽由輔助鍋爐提供，中壓蒸汽的流量控制由調節閥完成，FT-3002的安裝位置距離調節閥大約200m左右，流量計前后直管段約20m左右，這樣由于調節閥調節帶來(lái)的流體振動(dòng)就不會(huì )對鍋爐高溫蒸汽流量計的測量產(chǎn)生任何影響，保證了測量的穩定和準確。
（3）有縮頸、擴頸和彎管時(shí)，應配置合理的上、下游直管段，如果管道中有一個(gè)彎管接頭，那么流量計和旋渦發(fā)生體與彎管接頭應在同一平面。
（4）設計流量計的安裝管道時(shí)，應設計旁路管道，方便拆卸、維修和調試。新安裝的管道或維修過(guò)的管道，運行前應沖洗掉管內的鐵銹、水垢渣和污泥。FT-3002安裝位置較高，搭建了專(zhuān)門(mén)的維護平臺，這樣保證了儀表維護人員的人生安全。
（5）要做好鍋爐高溫蒸汽流量計的防雨、防雷電工作。如果鍋爐高溫蒸汽流量計安裝在露天，就必須加裝遮雨帽，防止變送器表頭進(jìn)水，造成電子元件故障；安裝鍋爐高溫蒸汽流量計的地方應當遠離高大設備及建筑物，以防雷擊。
用通訊器調整好鍋爐高溫蒸汽流量計的量程、單位等參數。蒸汽流量受介質(zhì)溫度和壓力的影響很大，所以在距離鍋爐高溫蒸汽流量計較近的合適位置應當安裝壓力變送器和溫度計，在DCS系統里，應當做好溫壓補償的組態(tài)，保證測量的準確。
3.2 常見(jiàn)故障處理及常規維護
（1）參數整定故障。由于參數錯誤，導致儀表指示有誤。參數錯誤使得二次儀表滿(mǎn)度頻率計算錯誤。滿(mǎn)度頻率相差不多的使得指示長(cháng)期不準，實(shí)際滿(mǎn)度頻率大于計算的滿(mǎn)度頻率的使得指示大范圍波動(dòng)，無(wú)法讀數，而資料上參數的不一致性又影響了參數的*終確定，*終通過(guò)重新標定結合相互比較確定了參數，解決了這一問(wèn)題。
（2）二次表故障。這部分故障較多，包括：一次儀表電路板有斷線(xiàn)之處，量程設定有個(gè)別位顯示壞，K系數設定有個(gè)別位顯示壞，使得無(wú)法確定量程設定以及K系數設定，通過(guò)修復相應的故障，問(wèn)題得以解決。
（3）四路線(xiàn)路連接問(wèn)題。部分回路表面上看線(xiàn)路連接很好，仔細檢查，有的接頭實(shí)際已松動(dòng)造成回路中斷，有的接頭雖連接很緊但由于副線(xiàn)問(wèn)題緊固螺釘緊固在了線(xiàn)皮上，也使得回路中斷。
（4）漩渦變送器輸出信號不穩。漩渦發(fā)生體和儀表測量管結垢或阻塞，清洗變送器即可解決問(wèn)題。
（5）如果是分體式的鍋爐高溫蒸汽流量計，應當經(jīng)常檢查接線(xiàn)是否正常。
（6）定期對鍋爐高溫蒸汽流量計進(jìn)行校驗。校驗時(shí)應當選擇具有相關(guān)資質(zhì)的校驗機構。
（7）在非鑒定期內，如果工藝條件具備，應當拆下流量計，清洗漩渦發(fā)生體，清除發(fā)生體上的結垢。
（8）儀表的數據資料的管理應引起足夠的重視，以利于日后的工作。
4 結語(yǔ)
鍋爐高溫蒸汽流量計在塔西南化肥廠(chǎng)的 成功應用表明，鍋爐高溫蒸汽流量計故障率低，減少了儀表維護人員的工作量，節約了人工成本和材料成本，其高精度、高可靠性保證了裝置的正常運行，提高了經(jīng)濟效益。值得同行借鑒。

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