摘 要： 渦街流量計(jì)的工作原理、選型注意事項(xiàng)及安裝要求，分析渦街流量計(jì)在氧化鋁生產(chǎn)蒸汽計(jì)量使用過程中的常見問題及相應(yīng)對(duì)策。

拜耳法生產(chǎn)氧化鋁過程中，蒸汽是氧化鋁企業(yè)運(yùn)行中的重要能源，用于加熱苛性鈉溶液與鋁土礦石，同時(shí)也用于加熱濃縮分解后的母液。據(jù)統(tǒng)計(jì)蒸汽消耗占氧化鋁能源成本的40% ~60% 。對(duì)于氧化鋁企業(yè)，蒸汽消耗成為企業(yè)成本的重要組成部分，在氧化鋁企業(yè)的發(fā)展和生存中起著決定性因素。

1  氧化鋁生產(chǎn)中蒸汽消耗分布及目前的現(xiàn)狀

在拜耳法氧化鋁生產(chǎn)中，工藝綜合能耗主要由蒸汽、電力、水、壓縮空氣和燃料組成，其中蒸汽是氧化鋁生產(chǎn)的主要能源消耗指標(biāo)之一，汽耗的高低直接反映這個(gè)企業(yè)的生產(chǎn)管理和駕馭生產(chǎn)的能力。以某一氧化鋁為例，工藝綜合能耗約15.72G J/t-A l 2 O 3 ，蒸汽約占42% ，其中蒸汽由高壓蒸汽和低壓蒸汽兩部分組成。表1為某氧化鋁企業(yè)高低壓蒸汽消耗點(diǎn)。

以表1為例，氧化鋁企業(yè)蒸汽需要計(jì)量點(diǎn)一般在8~10個(gè)，用汽量從3.5~206t/h不等，溫度和壓力也不盡相同。

目前，在氧化鋁企業(yè)蒸汽計(jì)量?jī)x表通常采用兩大類，一類是基于伯努力方程原理的，如差壓孔板﹑音速噴嘴、阿牛巴、德爾塔巴、平衡式等，在這類儀表中，又以差壓孔板、阿牛巴、德爾塔巴占比較多；另一類是基于線性連續(xù)方程原理的，如渦流量計(jì)、質(zhì)量流量計(jì)，由于質(zhì)量流量計(jì)價(jià)格昂貴，且高溫狀態(tài)下精度喪失，故而又多以渦流量計(jì)計(jì)量為主�；�于伯努力方程原理的蒸汽計(jì)量?jī)x表，其流量計(jì)量方程式為（1）：

公式（1）說明，一方面由于方程式中存在著介質(zhì)蒸汽的密度ρf，因此，計(jì)量?jī)x表的標(biāo)定在氧化鋁企業(yè)中是個(gè)很麻煩而且往往不準(zhǔn)確的，一般生產(chǎn)廠大都采用水標(biāo)定，這種方法標(biāo)定出來的精度，不代表測(cè)量蒸汽的精度。另一方面由于方程式（1）中還有一個(gè)氣體的膨脹系數(shù)τ，對(duì)于不同的蒸汽，不同的壓力，不同的溫度條件下的膨脹系數(shù)都不盡相同，因此，即使用壓縮空氣進(jìn)行標(biāo)定出來的精度也不代表測(cè)量蒸汽的精度。

2  渦街流量計(jì)工作原理

渦街流量計(jì)是基于線性連續(xù)方程原理：

在這個(gè)公式（2）中有2個(gè)函數(shù)，一個(gè)是流體流速v，另一個(gè)是斯特勞哈爾數(shù)St，而斯特勞哈爾數(shù)St是雷諾數(shù)Re的函數(shù)，當(dāng)雷諾數(shù)Re到達(dá)20000后，斯特勞哈爾數(shù)St就是一個(gè)常數(shù)。當(dāng)渦街流量計(jì)測(cè)量發(fā)生體形狀固定，迎流面寬度就一定，這樣一來，頻率僅僅取決于流體流速，是線性連續(xù)方程，通過圖1示渦街流量計(jì)測(cè)量模型推導(dǎo)，得到流量計(jì)量方程式（3）：

其中：St斯特勞哈爾數(shù)，無量綱；f頻率H z/S；D流量計(jì)通徑 ；d迎流面寬度。渦街流量計(jì)是基于線性連續(xù)方程原理，只要雷諾數(shù)大于20000，測(cè)量與流體的性質(zhì)無關(guān)，與密度、黏度等均無關(guān)。用水標(biāo)定出來的流量系數(shù)同樣適用于蒸汽計(jì)量，在常溫下標(biāo)定出的流量系數(shù)同樣適用于低溫和高溫蒸汽。這樣，渦街流量計(jì)更能適應(yīng)氧化鋁企業(yè)內(nèi)高低壓、不同溫度蒸汽計(jì)量的需求。

K為流量系數(shù)，含義是每升流量由幾個(gè)脈沖表示，即是P/L，經(jīng)過公式變換，實(shí)際運(yùn)用中的渦街流量計(jì)計(jì)算公式（4）：

一般，渦街流量計(jì)的流量系數(shù)，其實(shí)在設(shè)計(jì)時(shí)就已經(jīng)定下來了，但是每個(gè)生產(chǎn)廠都要對(duì)每一臺(tái)流量計(jì)進(jìn)行標(biāo)定，就是為了檢驗(yàn)制造誤差。但不管這個(gè)數(shù)是什么數(shù)，標(biāo)定合格了的流量系數(shù)就是正確計(jì)量的常數(shù)，適用于不同工況狀態(tài)的蒸汽。另外要注意，從公式（4）可以看出，渦街流量計(jì)只能測(cè)流體的工況體積方，質(zhì)量方和標(biāo)準(zhǔn)體積方是根據(jù)密度或壓力溫度換算出來的。

3  氧化鋁生產(chǎn)中蒸汽計(jì)量設(shè)計(jì)選型

以表1為例，氧化鋁企業(yè)蒸汽需要計(jì)量點(diǎn)在8~10個(gè)左右，且一般均為過熱蒸汽，數(shù)學(xué)模式為二元函數(shù)，因此,設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮壓力、溫度雙補(bǔ)償。

3.1 工藝參數(shù)的選擇

設(shè)計(jì)選型時(shí)要考慮的因素包括：流量參數(shù)范圍、壓力參數(shù)范圍、溫度參數(shù)范圍，以流量選通徑。同時(shí)遵循如下原則：

（1）#高壓力情況下考慮#小流量是否在該通徑的工作范圍之內(nèi)；

（2）#低壓力情況下考慮#大流量是否超出該通徑的工作范圍之內(nèi)；

另外，#高溫度對(duì)應(yīng)脈沖輸出時(shí)應(yīng)考慮發(fā)生體寬度的膨脹系數(shù)，工況溫度條件下的流量系數(shù)Kt：

其中：T為工況溫度；K為標(biāo)準(zhǔn)流量系數(shù)（一般在儀表銘牌上）。

3.2 通徑的選擇

設(shè)計(jì)選型時(shí)，考慮到減少壓力損失，在進(jìn)行蒸汽計(jì)量時(shí)，對(duì)流量下限有一定要求，要根據(jù)蒸汽流量的大小來選取流量計(jì)的通徑，而不能根據(jù)原管道內(nèi)競(jìng)么選取流量計(jì)通徑。

蒸汽流量計(jì)通徑選擇可以采用查表法及計(jì)算驗(yàn)證。

查表法即是在產(chǎn)品樣本上，根據(jù)工況壓力下蒸汽可測(cè)流量范圍表查取流量通徑；然后計(jì)算驗(yàn)證流速、雷諾數(shù)是否在一定范圍內(nèi)。

（1）流速計(jì)算：蒸汽流速范圍一般2m /s~60m /s，#高應(yīng)＜80m /s。

其中：V為流速；ρ為密度；μ介質(zhì)黏度；D為流量計(jì)通徑。

當(dāng)然有的產(chǎn)品能提供計(jì)算機(jī)選型軟件，直接把相關(guān)工藝參數(shù)輸入，就能得到理想的結(jié)果。

3.3 注意事項(xiàng)

（1）選擇信號(hào)輸出時(shí)建議使用脈沖（頻率）輸出方式，如果要求輸出電流信號(hào)，轉(zhuǎn)換過程將喪失±0.2% ~ 0.4% 精度。

（2）在氧化鋁企業(yè)中，蒸汽的溫度一般都大于150℃，建議采用分體型渦街流量計(jì)，另外一定要考慮溫度和壓力補(bǔ)償問題。

4  安裝要求

在氧化鋁企業(yè)蒸汽測(cè)量過程中，被測(cè)蒸汽具有穩(wěn)定流態(tài)是保證渦街流量計(jì)精que測(cè)量的前提條件，要使渦街流量計(jì)的測(cè)量值更穩(wěn)定、準(zhǔn)確，安裝時(shí)需注意以下幾點(diǎn)。

（1）安裝確保傳感器銘牌上的箭頭指向與流體流向一致。

（2）安裝建議遵循直管段的要求，見表2，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)無法滿足直管段要求時(shí)，建議采用與渦街流量計(jì)配套的流量鎮(zhèn)流器。

（3）安裝傳感器避開振動(dòng)源或者在振動(dòng)較小的地方，院秒大功率用電設(shè)備。

（4）安裝帶焊接時(shí)要注意搭鐵的位置，防止壓電晶片的損壞，一般要件焊左搭左，焊右搭右。

5  常見問題及注意事項(xiàng)

5.1 無流量有信號(hào)

shou先檢測(cè)判斷是否有振動(dòng)，如有輕微振動(dòng)，處理方法是外部機(jī)械消振措施，如用橡膠軟接頭，橡膠軟墊等消振，用支架固定管道；或者是根據(jù)產(chǎn)品說明書調(diào)整參數(shù)設(shè)置，消除振動(dòng)。如嚴(yán)重振動(dòng)，則是更改流量計(jì)安裝位置、加固管線、流量計(jì)前后加軟連接。

其次檢測(cè)判斷是否有50H z工頻干擾通常采用頻率計(jì)測(cè)量或電流值計(jì)算方法。這里介紹電流值計(jì)算方法，計(jì)算公式（8）：

如果計(jì)算出的結(jié)果是或者接近50H z，可采取保證轉(zhuǎn)換器的外殼接地螺釘可靠接地或者把整個(gè)轉(zhuǎn)換器浮地。

5.2 有流量無信號(hào)

shou先檢測(cè)接線是否正確，供電電源的電壓等級(jí)是否符合要求，電源極性是否接正確，分體式的還要檢測(cè)專用電纜是否連接正確，再有就是檢查發(fā)生體、轉(zhuǎn)換器是否損壞。

其次判斷實(shí)際工藝蒸汽流量是否太小，判斷方法是在靠近流量計(jì)的管道旁有規(guī)律地連續(xù)敲擊,無論何種型號(hào)的流量計(jì)均會(huì)出現(xiàn)流量顯示。處理辦法就是更換通徑小一些的流量計(jì)或在工藝條件允許的情況下加大流量。

5.3 流量不穩(wěn)定

現(xiàn)場(chǎng)觀察流量計(jì)安裝時(shí)墊片是否同心或伸人管道，工藝管道是否符合表2氧化鋁企業(yè)安裝要求或者產(chǎn)品說明書的#大要求。處理辦法就是正確選用配套墊片并正確裝配，更改流量計(jì)安裝位置或加流量鎮(zhèn)流器。

6  小結(jié)

渦街流量計(jì)是基于線性連續(xù)方程原理進(jìn)行測(cè)量的新型流量計(jì)，因具有良好的介質(zhì)適應(yīng)能力，是節(jié)流式流量計(jì)的理想替代產(chǎn)品。它可以測(cè)量氧化鋁企業(yè)高低壓蒸汽，在氧化鋁行業(yè)中廣泛應(yīng)用。但只有在正確設(shè)計(jì)、正確選型以及正確安裝的條件下才能保證其測(cè)量準(zhǔn)確穩(wěn)定，為降低氧化鋁能源消耗發(fā)揮其應(yīng)有的作用。