干货丨涡街流量计应用中常见问题分析

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。

（压力流量计）

（涡街流量计）

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

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：

其中

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

Ø 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

Ø 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。

责任编辑：小玉

审核：任三多

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