涡街流量计在电厂瓦斯计量中的应用

　　乌石化热电厂5台锅炉原设计为燃煤锅炉，由于过去炼油厂的副产品瓦斯气体通过火炬燃烧，造成能源浪费和环境污染，其燃烧效果将直接影响企业的经济效益。企业要想在变幻莫测的市场经济大潮中立于不败之地，必须减本降耗。为了充分利用资源，平衡炼油厂的副产品瓦斯气体，热电厂对现有的燃气系统进行了改造。由于瓦斯是一种混合气体，它的成分经常变化，压力也不稳定，且瓦斯气中还含有少量的液体，所以密度不断变化，如果采用一般的孔板差压测量方式，将会引起很大的误差。为此我们按以下几个方面进行了表计选型：仪表性能方面、流体特性方面、安装条件方面、环境条件方面。各方面的考虑因素如下：

　　仪表性能方面：精确度、重复性、线性度、压力损失、上下限流量、信号输出特性、响应时间等;

　　流体特性方面：流体压力、温度、密度、粘度、化学性质、磨损、腐蚀、结垢、脏污、气体压缩系数、等熵指数、声速、混相流、脉动流等;

　　安装条件方面：管道布置方向、流动方向、上下游管道长度、管道口径、维护空间、管道振动、接地、电源、辅属设备(过滤、排污)、防爆等;

　　环境条件方面：环境温度、湿度、安全性、电磁干扰等。

　　因此，我们选用了结构简单，无运动件，可靠性高，耐用性强，统一结构的监测传感器，德国科隆公司生产的可测量液体、气体、蒸汽的涡街流量计VFM5090。涡街流量计系利用流体绕流非流线形物体时产生卡门涡街这一流体振动现象制成的流量计。流量计输出只与流速成正比的脉冲频率信号，而与流体的温度、压力、成分、粘度以及密度等均无关系，适用于气体、蒸汽、液体，具有测量精度高、压力损失小、量程范围宽、通用性好的特点。

　　1 测量原理

　　涡街流量计是根据“卡门涡街”原理研制成的一种流体振荡型流量仪表。在流动的流体中插入一个断面为非流线型柱状物体时，在柱体后部两侧会产生两列交错排列的旋涡， 旋涡分离的频率与流速成正比，与柱体的宽度成反比，如图1所示。可以用公式表示：

　　式中： f为旋涡分离频率 St为无量纲常数(斯特劳哈尔数)，v为柱体侧面的流速，d为柱体的迎流面宽度，通过测量旋涡的分离频率便可测出流体流速和瞬时流量。斯特劳哈尔数St是可通过实验确定的无量纲常数。检测出频率f即可求得管内流体的流速，再由流速求出体积流量。一段时间内输出的脉冲数与流体的体积之比(流过单位体积流体对应的脉冲数)称为仪表系数(K系数，脉冲/m3)。埋设在探头体内部的压电晶体元件受到交变力的作用产生交变电荷;交变电荷信号经检测放大器处理后，以频率信号输出(传感器)，或进一步变换成与流量成比例的4~20mA直流标准信号输出。在管道中装入一个物体，在其后部产生卡门涡街。但理论上这个过程只能对雷诺数Re>3000进行测量，只有在雷诺数Re>20 000才能进行线性测量。一个垂直物体垂直于管道轴线安装，在其两侧周期性的交替产生漩涡，漩涡的卷出产生了“卡门涡街”，随之出现了交变压力，其频率与流速成正比：