液化气流量计

的概述及特性

1、液化气流量计的概述

液化气流量计也称为Vortex流量计。它的原理如同迎风飘扬的“旗帜”。空气（流体）的流动受旗杆（涡旋产生体）作用分别在旗帜两边形成两股涡旋气流，由于每股气流产生涡旋的间隔相等和两边的涡旋交叉产生使旗帜迎风舞动。风速越大，产生涡旋的频率越高，使旗帜舞动越快；风速小，旗帜舞动慢。涡街流量计就是利用测量旋涡产生的频率或相应的物理量来获得被测流体的流量。

2、液化气流量计的特性

液化气流量计能按照卡尔曼涡街原理测量粘度很小的液体、气体和蒸汽的体积流量。形成涡街的前提条件是管道中的流动流体必须处于紊流状态。它的主要特点如下。

1）测量结果与被测介质类型无关。涡旋分离频率与被测介质的类型无关。1m3液体与1m3气体或蒸汽所产生的测量脉冲同样多。从而可以看出，涡街流量计是一种通用的流量测量装置。

2）量程范围大。该流量计可在气体100:1、液体50:1的动态范围内达到很高的精度。在上、下*程处的测量具有同样的精度。

3）测量结果与压力、温度、密度和粘度的变化无关。

4）具有较高的测量精度。采用计算机控制把k因子曲线（非线性曲线）存入计算机，而后根据不同的状况调用相应的k因子值（仪表系数）对测量结果进行自动补偿。在T型涡旋产生体中，雷诺系数与k因子关系成S形曲线，在Re〉5000时由于非线性关系会使产生的示值相对测量误差高达7.5%。因此，需要对雷诺系数进行分段线性化，即把5000〈Re〈30000范围划分成两个区域5000～20000和20000～30000.这样使示值相对测量误差达到1%～2%。

5）价格适中。采用精密的浇铸技术使机加工和焊接费用下降，从而涡街流量计价格也明显降低。

6）使用寿命长。

7）改善了小流量测量性能。把自适应滤波器技术与小流量自动切换技术相结合可改善小流量时的测量性能，还能抗过程噪声的干扰。

8）维护成本低。

9）选择多样性：适配的管道直径从DN15到DN300；接口形式有法兰式、嵌入式和卫生式；测量管道可选精密浇铸管道或不锈钢管道；测量管道和变送器的结构有一体式和分体式2种；还有冗余双测量系统的装置。

液化气流量计

的工作原理

在流体中设置非流线型旋涡发生体（阻流体），则从旋涡发生体两侧交替地产生两列有规则的旋涡，这种旋涡称为卡曼涡街，如图(一)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，被测介质来流的平均速度为V，旋涡发生体迎流面宽度为d，表体通径为D，根据卡曼涡街原理，有如下关系式:

f=StV/d         公式(1)

式中：

f－发生体一侧产生的卡门旋涡频率

St－斯特罗哈尔数（无量纲数）

V－流体的平均流速

d－旋涡发生体的宽度

由此可见，通过测量卡门涡街分离频率便可算出瞬时流量。其中,斯特罗哈尔数（St）是无因次未知数，

图（二）表示斯特罗哈尔数（St）与雷诺数（Re）的关系。

在曲线表中St＝0.17的平直部分，漩涡的释放频率与流速成正比,即为涡街流量计传感器测量范围度。只要检测出频率f就可以求得管内流体的流速，由流速V求出体积流量。所测得的脉冲数与体积量之比，称为仪表常数（K），见式（2）

K＝N/Q（1/m³）       公式（2）

式中：K＝仪表常数（1/m³）。

N＝脉冲个数 

Q＝体积流量（m³）

液化气流量计

主要技术指标

公称通径(mm)：25，40，50，65，80，100，125，150，200，250，300，(300～1000插入式)

公称压力(MPa)：DN25-DN200 4.0(>4.0协议供货)，DN250-DN300 1.6(>1.6协议供货)

介质温度(℃)：压电式：-40～260，-40～320；电容式： -40～300, -40～400，-40～450（协议订货）

本体材料：1Cr18Ni9Ti，(其它材料协议供货)

允许振动加速度：压电式:0.2g；电容式:1.0～2.0g

精确度：±1%R，±1.5%R，±1FS；插入式：±2.5%R，±2.5%FS

范围度：1：6～1：30

供电电压：传感器：+12V DC，+24V DC；变送器：+12V DC ，+24V DC；电池供电型：3.6V电池

输出信号：方波脉冲(不包括电池供电型)：高电平≥5V，低电平≤1V；电流：4～20mA

压力损失系数：符合JB/T9249标准　Cd≤2.4

防爆标志：本安型：ExdⅡia CT2-CT5隔爆型：ExdⅡCT2-CT5      

防护等级：普通型IP65     潜水型 IP68

环境条件：温度-20℃～55℃，相对湿度5%～90%，大气压力86～106kPa

适用介质：气体、液体、蒸汽（蒸汽流量计）

传输距离：三线制脉冲输出型：≤300m，两线制标准电流输出型 (4～20mA)：负载电阻≤750Ω

液化气流量计

仪表口径的确定和安装设计

仪表选型是仪表应用中非常重用的工作,仪表选型的正确与否将直接影响到仪表是否能够正常运行.因此用户和设计单位在选用本公司产品时,请仔细阅读本节资料,认真核对流体的工艺参数并随时可与我公司的销售或技术支持部门联系，以确保选型正确。

一.适用流量范围和仪表口径的确定

仪表口径的选择，根据流量范围来确定。不同口径涡街流量仪表的测量范围是不一样的。即使同一口径流量表，用于不同介质时，它的测量范围也是不一样的。实际可测的流量范围需要通过计算确定。

（一）参比条件下空气及水的流量范围，见表（二），参比条件如下：

1．气体（气体流量计）：常温常压空气，t=20℃，P=0.1MPa（绝压），ρ=1.205 kg/m³，υ=15×10-6 m²/s。

2．液体：常温水，t=20℃，ρ=998.2kg/m³，υ=1.006×10-6m²/s。

（二）确定流量范围和仪表口径的基本步骤：

1． 明确以下工作参数。

（1）被测介质的名称、组份

（2）工作状态的最小、常用、流量

（3）介质的、常用、压力和温度

（4）工作状态下介质的粘度

2． 涡街流量仪表测量的是介质的工作状态体积流量，因此应先根据工艺参数求出介质的工作状态体积流量,相关公式如下：

（1）已知气体标准状态体积流量，可通过以下公式求出工况体积流量

 (2)已知气体标准状态密度ρ，可通过以下公式求出工况密度

（3）已知质量流量Qm换算为体积流量Qv

式中：

Qv：介质在工况状态下的体积流量(m³/h)（Qv=3600f/K  K:仪表系数 ）

Qo： 介质在标准状态下的体积流量(Nm³/h)

Qm： 质量流量 (t/h)

ρ： 介质在工况状态下的密度(kg/m³)

ρo：介质在标准状态下的密度(kg/m³)，常用气体介质的标准状态密度，见表（三）

P： 工况状态表压(MPa)

t： 工况状态温度(℃)

3．仪表下限流量的确定。涡街流量仪表的上限适用流量一般可不计算，涡街流量仪表口径的选择主要是对流量下限的计算。下限流量的计算应该满足两个条件：最小雷诺数不应低于界限雷诺数（Re=2×104）；对于应力式涡街流量仪表在下限流量时产生的旋涡强度应大于传感器旋涡强度的允许值（旋涡强度与升力ρv2  成比例关系）。这些条件可表示如下：

由密度决定的工况可测下限流量：

由运动粘度决定的线性下限流量：

式中：

Qρ：满足旋涡强度要求的最小体积流量(m³/h)

ρ0:参比条件下介质的密度 

Qυ:满足最小雷诺数要求的最小线性体积流量(m³/h) 

ρ:被测介质工况密度（kg/m³）

Q0: 参比条件下仪表的最小体积流量

(m³/h)      

υ:工作状态下介质的运动粘度(m²/s)

υo:参比条件下介质的运动粘度(m²/s)

通过公式（6）、（7）计算出Qρ和Qν。比较Qρ和Qν，确定流量仪表可测下限流量和线性下限流量：

Qυ≥Qρ：可测流量范围为Qρ～Qmax  , 线性流量范围为Qυ～Qmax

Qυ

Qρ～Qmax  

Qmax：涡街流量仪表的上限体积流量(m³/h)

4．仪表上限流量以表(二)中的上限流量为准.气体的上限流速应该小于70m/s,液体的上限流速应该小于7m/s

5．当用户测量的介质为蒸汽时，常采用的计量单位是质量流量，即：t/h或Kg/h。由于蒸汽（过热蒸汽和饱和蒸汽）在不同温度和压力下的密度是不同的，因此蒸汽流量范围的确定可由公式(8)进行计算得出

式中：

ρ： 蒸汽的密度（kg/m³） 

ρ0：1.205kg/m3 

Q蒸汽 ：蒸汽质量流量（t/h）

6．计算压力损失，检测压力损失对工艺管线是否有影响，公式(单位：Pa)：

Δp= CdρV2/2                   公式（9）

式中：

ρ：工况介质密度（kg/m³）V:平均流速（m/s）

7．被测介质为液体时,为防止气化和气蚀,应使管道压力符合以下要求: 

p≥2.7Δp+1.3p0       公式（10）

式中： 

Δp: 压力损失（Pa）

p0：工作温度下液体的饱和蒸汽压（Pa绝压）

Po:流体的蒸汽压力  (Pa绝压)

8．涡街流量计不适合测量高粘度液体。当计算出的可测流量下限不满足设计工艺要求时，应该考虑选用其它类型流量计。

9．通过计算如果有两种口径都可满足要求，为了提高测量效果、降低造价，应选用口径较小的表。应该注意的是，尽可能使常用量处在流量范围上限的1/2～2/3

Δp:压力损失（Pa）  Cd：压力损失系数

表(二)　　参比条件下涡街流量传感器工况流量范围表

表(三)　常用气体介质的标准状态密度（0℃，绝压P=0.1MPa）

(三)选型举例：

例一：已知气体压力和温度及标况下的流量时

某压缩空气，标况流量范围为QN=1200-12000Nm³/h,压力P=0.7Mpa(表压)，温度t=30℃。试确定流量计口径。

步骤一：计算压缩空气的工况体积流量

由公式(3):

工况使用下限体积流量为:

Qvmin=QN×0.101325×(273.15+t)/293.15/（P +0.1）

   =1200×0.101325×(273.15+30)/293.15/（0.7 +0.1）

    =157(m3/h) 

工况使用流量上限为: Qvmax=1570(m³/h)

步骤二：根据使用工况流量范围157-1570m³/h，查表（二），满足下限流量条件的流量计为DN80 、DN100和DN125，考虑到上限流量1270m³/h及使用效果和经济成本，初选DN100, DN100流量计的工况流量范围是100-1700m3/h，接近使用流量范围，初选DN100流量计，但应具体核算DN100流量计在该工况条件下的可测下限流量。核算DN100流量计在该工况条件下的可测下限流量：

由公式(4)及公式(6):

即，流量计在该工况条件下的可测下限流量是37.46m³/h，远小于要求的工况下限流量157m³/h，确定选用DN100流量计。

例二：已知蒸汽压力和温度及工况流量时测量介质为过热蒸汽，蒸汽温度为320℃，压力为1.5MPa（绝压）,流量范围为3t/h～25t/h, 试  确定流量计口径。

步骤一：计算蒸汽的等效空气参比条件下的体积流量范围，经查附表(二),该状态下蒸汽的密度为:5.665Kg/m³,由公式(8) :

步骤二：根据等效参比流量范围765-6379m³/h，查表（二），比较适合该流量范围为DN200口径。