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涡街流量计应用常见问题与分析
发布时间:2019-05-22

涡街流量计应用常见问题及分析
1.1现象一:示值稳定,趋势清晰,但误差明显
分析:DCS中设置、组态错误。
开方运算为最常见错误,也常见温压换算公式、密度查询公式错误,修正错误即可。

1.2现象二:开车时,示值为零,工艺正常时,测量正常;但在正常生产中,流量稍小就回零,流量大时,测量正常
分析:流量计测量下限高于开车时的小流量,问题在于:流量计口径规格偏大,或流量计自身下限偏高。
调高灵敏度可降低下限,但很可能发生无流量、有示值的情况发生,原因在于:高灵敏度下,干扰被误识为涡街信号,应换装更小口径规格产品,以增强流量信号,但可能引发现象三问题。因此更换具有更低测量下限的产品是更好的办法。

注释:
第二种现象,是我们选了最好的涡街,像我们熟知的爱默生和横河的涡街,一般就是开车的时候没流量,等开车成功正常生产了流量计就好好的了。这个问题倒不是很大,但是以我们的经验看,往往会惹出大麻烦,开车时万一老总跑到中控室一看流量都是0,然后就问投料没有。投了。那为什么没流量,流量计都是坏的?老总他不是自控出生,他不会明白这个现象是怎么回事,这时反而给我们自控人员带来很大的压力。
  想要解决这个问题,只有办法,那自由提高灵敏度,那提高了灵敏度以后,涡街的下限就下去了,但这么搞就会发生涡街归不0,没有流量也有指示,这个惹的麻烦就会更大。
  还有一种解决方案就是换小口径的表,那也是相当麻烦,得重新买重新配管重新安装。口径变小,测量下限也变低了,流量可以测到了,但是你这么做了以后,往往会发生这个问题。
1.3现象三:流量大时,误差严重,甚至发生体/传感器断裂
分析:涡街的稳定性随流速升高呈现稳定性变差的趋势,如不能有效抑制,将产生漏计漩涡个数的情形,即“漏波”现象,常见流量超上限后,流量越大、示值越小的“倒走”现象,呈现超常误差,更大的风险在于传感器/涡街发生体断裂。
在此,首先必须解除涡街发生体及涡街传感器的断裂风险,必须更换更大口径规格,但易引发现象二。
因此,更换具有更高测量上限的产品是更好的解决方法。

注释:
  流量小的时候蛮好的,流量大的时候误差非常大,大到负百分之几十。因为涡街他有个特有度现象,当流量大于它的测量范围的时候,真正的测量能力,涡街会出现倒走现象,就是流量越大指示越小,这也是涡街特有的漏波现象。还有更严重的情况,就是发生体或者传感器断裂,高速砸向下游。如果下游是非常昂贵的设备,那这个祸就惹的大了,这种现象的后果非常严重,我们得想尽办法去避免这种现象的发生。
  下面这两张图就是涡街漏波的原因,因为涡街越强的时候越不稳定,不稳定就是信号幅度大大小小,小到有些信号无法被触发器识别。通过把频率信号变成方波以后,可以数出漩涡个数,然而跟真正的涡街个数相比,少了44.3%。
1.4现象四:无流量,有示值;调整后,零点稳定,但有流量,也无示值
分析:无流量时,涡街流量计输出的是干扰信号,通过降低灵敏度舍弃干扰,可使流量计归零,但如干扰信号的强度高于最大流量的涡街信号,意味着:舍弃干扰的同时,流量信号也完全被舍弃,流量计不可用。
振动干扰下,半水煤气总管涡街信号(管径2200mm)


高分辨率干扰信号频谱识别及抑制系统提取的涡街信号,流速0.25至1m/s
注释:
第四种现象,非常严重,会让用户觉得自己是上当受骗了。没有流量的,却有指示,通过调整灵敏度以后,零点稳定了,但有流量的时候流量计也没有指示了,这个是最头疼的事了。
  下面这两张图是我们山西的一个客户,上面是我们用专用软件录下来的波形文件,可以看出,指示非常混乱,完全找不着涡街。
  下面这张是我们用高性能电脑用频谱分析及抑制软件,找到了涡街,通过计算介质流速只有0.25~1m/s,像这种情况,我们流量计是根本无法运行的。
  在这边我也向大家说明一下,我们不向任何人隐瞒我们失败的案例,这个就是我们失败案例,我们要求客户做退货处理的,这样客户对领导也有交代。
1.5现象五:示值波动异常,误差大
分析:直管段不足、安装偏心过大、大尺寸异物挂/附、气液共存等破坏卡门涡街的产生条件,流量计将乱流、杂乱漩涡误识为涡街信号

高炉煤气,管径600mm,运行6个月后,不能产生卡门涡街

清理探头后,测量准确
注释:
第五种现象,示值波动很大,误差也很大。比方说我阀门、压缩机、泵、任何东西我都没动过,流量不应该出现大的波动,但是流量指示就是不对,这个时候往往就是因为上面说列举的几个原因。
下面的图片是一个典型的脏污影响测量的问题,这个高炉煤气,用了一段时间以后,突然指示不对了,完全找不到涡街信号,我们通过我们在线检测手段,判断出探头堵了,拆下后,手指抠干净装上,涡街立马出来了,很稳定。
1.6现象六:流量变化,而示值基本不变,或变化混乱,已不能反应流量变化趋势
分析:振动干扰、电磁干扰信号强度超越最大流量下的涡街信号强度,流量计输出的是干扰信号频率,与涡街频率无关,因而与流量无关、包络线含流量信息,其他为干扰

注释:
第六种现象,流量在变,但示值始终都没有变化,遇到这个问题,毫无疑问只能退货处理。
  这个只有两种原因,一种是振动干扰,另一种是电磁干扰。简单的就是干扰信号,把涡街信号给压制掉了,所以你流量在怎么变,流量计示值都只是显示的干扰信号。
问题的汇总分析
问题的严重程度
现象一 ~ 现象六,依次递增
问题的总结分析
非涡街流量计问题?现象一
测量上限不足带来的问题?现象三
测量下限过高带来的问题?现象二、现象四、现象六
安装及流体条件带来的问题?现象五
根据经验,8成以上的运行不良,源于涡街流量计的测量下限高于欲测流量
现象二:涡街流量计测量下限高于开车时的小流量,低于常用流量。
现象四:涡街流量计测量下限高于常用流量。
现象六:涡街流量计测量下限远高于欲测流量范围。
涡街流量计的测量下限并非固定值,与流体工况密度及现场振动干扰/电磁干扰强度密切相关。
密度下降n倍,下限升高?n倍。
干抗升高n倍,下限升高?n倍。
  根据我们的工程经验,对于工艺专业给出的最小流量、最大流量(或量程)要求,应根据情况,在涡街流量计的口径选择时,留出“容错”余量。
涡街流量计的测量下限,应为工艺提出的最小流量的1/3-1/10,依据工艺数据的可信度。
常见现场道振动干抚,可按照0.2-0.5g估算,常取决于动设备的性能及安装水平,风管按动强度可高达2g-5g。
涡街流量计的测量上限,应为工艺提出的最大流量3倍以上。
容错余量直接受限于涡街流量计的量程比性能指标。
问题的解答
  首要的事项,是根据工艺要求选择正确的口径规格,以得到满足工艺要求的测量范围,即足够的测量限。
  涡街流量计为速度式流量计,应采用工况流速进行测量范围的性能核算及审查。
关于测量下限的核算
  流量低于下限,最好的结果是示值为零,与其他模拟式流量计不同,已不能反应流量趋势,而非精度下降!因此必须留出足够的下限余量。
  代表小流量的是低频信号,而非微弱信号,因此,常用的“小信号截除”稳定零点的措施对涡街基本无效。
  涡街的测量下限通常由下列四个因素共同制约,实际下限必须取四个因素决定的最差值,最差值通常源于抗振性能的限制,因此表现出“涡街最怕振动”的共识
雷诺数下限的限制:
信号处理系统的低端频响限制:,直接查询
信号处理系统的增益及抗干扰能力的限制
基于抗振性能认证指标及现场振动强度的流速测量下限的核算:
Vmin_1 →基于雷诺限制的工况流速下限(m/s)
Rd_min→为保证标称精度,所需的最小雷诺数
μ →流体在工况下的动力粘度(cp或mpa.s)
ρ →流体工况密度(kg/m3)
D→管道内径(mm)
Vmin_4→ 基于抗振性能认证指标及现场管道振动强度的流速下限(m/s)
V0→认证时的时速下限(m/s)
VIf→预计的现场管道振动干扰强度(g)
ρ0→认证时的流体工况密度(kg/m3)
VIo→认证的抗振动干扰强度性能(g)
ρ→现场流体工况密度(kg/m3)
Vmin_3→ 基于信号处理系统抗干扰能力的流速下限(m/s)
C→常数,由信号处理系统的增益及抗干扰能力共同决定,各产品存在明显差异
ρ→流体工况密度(kg/m3)
关于测量上限的核算关于测量上限的核算
  流量高于上限,最好的结果是因“漏波”“倒走”产生的超常误差,更有可能致使传感器寿命缩短,甚至发生体或传感器断裂的现象,威胁下游设备的安全,因此必须留出足够的上限余量。
涡街的测量上限通常由下列两个因素共同制约:
1.信号处理系统高端频响、涡街发生体及传感器的结构承受能力的限制,通常可直接采用制造商提供的上限值
2.工艺要求的压力损失极限限制:

?P流量计产生的永久压力损失(kPa)
Cd 涡街流量计阻力系数,由其结构决定
V流体工况流速,通常取最高流速(m/s)
ρ流体工况密度(kg/m3)
  涡街对于易气化的液态流体,如液氨、LNG、乙醇等,应确保足够高的上游压力或足够低的温度,以避免气腐蚀现象的发生。公认的下游最低压力Pdmin可采用下式计算:

Pd min_  →下游最低压力限(kPa_a)-绝对压力

P vap → 流体在工况温度下的饱和蒸汽压(kPa_a)-绝对压力
?P  →总压降(kPa)
Cd →涡街流量计阻力系数,由其结构决定
V →流体工况流速,通常取最高流速(m/s)
ρ →流体工况密度(kg/m3)
C1 →制造商提供的常数,取决于仪表结构(无量纲)
C2 →制造商提供的常数,取决于仪表结构(无量纲)
安装条件的审核
谨慎审核制造商要求的直管段需求
  由于缺乏试验数据及各产品结构差异,许多制造商照搬GB/T 2624.2-2006之前的孔板直管段需求,制造商制造商提出的直管段需求或许已经过低。
  不足的直管段,轻则导致漩涡强度不稳定,产生难以接受的误差;重则不能产生卡门涡街,连流量趋势也不能反映。避免不满管的安装位置液体不满管,可能导致传感器不能拾取涡街信号,产生难以接受的误差,甚至连流量趋势也不能反映。
  气体管线下部存有液体时,气体产生的涡街致使液体飞溅,产生的干扰往往远超气体涡街信号强度,致使流量趋势也不能反映。

须谨慎考量的创新
大口径/低流速的应用问题
  由于K系数与涡街流量计流通管内径呈反比,对于相同流速,呈现口径规格越大,涡街频率越低的规律,在选用DN200及以上口径规格的满管式涡街流量计时,可能出现涡街频率与流速波动频率相近甚至相同的情形,致使涡街频率无法正确识别,产生难以接受的测量误差,这种情形出现的概率随口径规格的增大及流速的降低而升高,因此更易出现在大口径液体检测的应用之中,这正是大多数制造商不生产DN300以上规格满管式涡街流量计的真正原因。
自带压力检测的问题
  由于涡街流量计流通管内部流场呈现剧变的流场,依据伯努利方程即可判定:在涡街本体管壁上取得的压力,与真实的管道静压必定存在明显差异,并且,其差值与流体的流量/密度/粘度等特性密切关联,当前缺乏试验数据证明自带压力检测的误差可信度。

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