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揭秘渦街流量計應用過程中的六種故障現象產生的原因及應對思路
渦街流量計穩定運行與渦街流量計品質、渦街流量計選型/安裝/參數設置、現場干擾等諸多因素有關,本文通過六種故障現象由淺入深剖析渦街流量計應用問題,值得儀表技術人員仔細品讀和收藏。
渦街流量計常見的六種故障
現象一:渦街流量計示值穩定,趨勢清晰,但誤差明顯
分析:DCS中設置、組態錯誤。
開方運算為***常見錯誤(開方運算僅針對于差壓式流量計,渦街流量計流量積算是不需要開方),也常見溫壓換算公式、密度查詢公式錯誤,修正錯誤即可。
現象二:開車時,渦街流量計示值為零,工藝正常時,測量正常;但在正常生產中,流量稍小就回零,流量大時,測量正常
渦街流量計測量下限高于開車時的小流量的信號曲線
分析:流量計測量下限高于開車時的小流量,問題在于:流量計口徑規格偏大,或流量計自身下限偏高。
調高靈敏度可降低下限,但很可能發生無流量、有示值的情況發生,原因在于:高靈敏度下,干擾被誤識為渦街流量計信號,應換裝更小口徑規格產品,以增強流量信號,但可能引發現象三問題。因此更換具有更低測量下限的產品是更好的辦法。
【注釋】第二種現象,是潤中儀表選了***好的渦街流量計,像大家熟知的愛默生和橫河的渦街,一般就是開車的時候沒流量,等開車成功正常生產了流量計就好好的了。這個問題倒不是很大,但是以潤中儀表的經驗看,往往會惹出大麻煩,開車時萬一老總跑到中控室一看流量都是0,然后就問投料沒有。投了。那為什么沒流量,流量計都是壞的?老總他不是自控出身,他不會明白這個現象是怎么回事,這時反而給我們自控人員帶來很大的壓力。
想要解決這個問題,只有辦法,那自由提高靈敏度,那提高了靈敏度以后,渦街的下限就下去了,但這么搞就會發生渦街流量計不歸零,沒有流量也有指示,這個惹的麻煩就會更大。
還有一種解決方案就是換小口徑的表,那也是相當麻煩,得重新買重新配管重新安裝。口徑變小,測量下限也變低了,流量可以測到了,但是你這么做了以后,往往會發生這個問題。
現象三:流量大時,渦街流量計誤差嚴重,甚至發生體/傳感器斷裂
分析:渦街的穩定性隨流速升高呈現穩定性變差的趨勢,如不能有效抑制,將產生漏計漩渦個數的情形,即“漏波”現象,常見流量超上限后,流量越大、示值越小的“倒走”現象,呈現超常誤差,更大的風險在于傳感器/渦街發生體斷裂。
在此,首先必須解除渦街發生體及渦街傳感器的斷裂風險,必須更換更大口徑規格,但易引發現象二。因此,更換具有更高測量上限的產品是更好的解決方法。
【注釋】流量小的時候蠻好的,流量大的時候誤差非常大,大到負百分之幾十。因為渦街流量計有個特有度現象,當流量大于它的測量范圍的時候,真正的測量能力,渦街會出現倒走現象,就是流量越大指示越小,這也是渦街特有的漏波現象。還有更嚴重的情況,就是發生體或者傳感器斷裂,高速砸向下游。如果下游是非常昂貴的設備,那這個禍就惹的大了,這種現象的后果非常嚴重,我們得想盡辦法去避免這種現象的發生。
渦街流量計漏波示意圖
上面這張圖就是渦街漏波的原因,因為渦街越強的時候越不穩定,不穩定就是信號幅度大大小小,小到有些信號無法被觸發器識別。通過把頻率信號變成方波以后,可以數出漩渦個數,然而跟真正的渦街個數相比,少了44.3%。
現象四:無流量,渦街流量計有示值;調整后,零點穩定,但有流量,也無示值
分析:無流量時,渦街流量計輸出的是干擾信號,通過降低靈敏度舍棄干擾,可使流量計歸零,但如干擾信號的強度高于***大流量的渦街信號,意味著:舍棄干擾的同時,流量信號也完全被舍棄,流量計不可用。
振動干擾下渦街流量計信號曲線
上圖為振動干擾下,半水煤氣總管渦街信號(管徑2200mm)
高分辨率干擾信號頻譜識別
上圖為高分辨率干擾信號頻譜識別及抑制系統提取的渦街信號,流速0.25至1m/s
【注釋】第四種現象會嚴重影響制造廠的形象,會讓用戶覺得自己是上當受騙了。沒有流量的,卻有指示,通過調整靈敏度以后,零點穩定了,但有流量的時候流量計也沒有指示了,這個是***頭疼的事了。
本例中展示的兩張圖是潤中儀表山西的一個客戶使用的渦街流量計輸出信號曲線,上面是工程師用專用軟件錄下來的波形文件,可以看出,指示非常混亂,完全找不著渦街信號。下面這張是潤中儀表用高性能電腦用頻譜分析及抑制軟件,找到了渦街,通過計算介質流速只有0.25-1m/s,像這種情況,渦街流量計是根本無法運行的。
在這里筆者也向大家說明一下,潤中儀表不向任何人隱瞞自己失敗的案例,這個就是潤中渦街流量計應用失敗案例,對客戶做了退貨處理的,這樣客戶對領導也有交代。
現象五:示值波動異常,渦街流量計誤差大
分析:直管段不足、安裝偏心過大、大尺寸異物掛/附、氣液共存等破壞卡門渦街的產生條件,流量計將亂流、雜亂漩渦誤識為渦街信號
臟污影響渦街流量計測量
高爐煤氣,管徑600mm,運行6個月后,不能產生卡門渦街
渦街流量計清理探頭后,測量準確
渦街流量計清理探頭后,測量準確
【注釋】第五種現象,渦街流量計示值波動很大,誤差也很大。比方說現場的閥門、壓縮機、泵、任何東西都沒動過,流量不應該出現大的波動,但是流量指示就是不對,這個時候往往就是因為上面說列舉的幾個原因。
上面兩張圖片是一個典型的臟污影響測量的問題,這個高爐煤氣,用了一段時間以后,突然指示不對了,完全找不到渦街信號,潤中儀表通過在線檢測手段,判斷出探頭堵了,拆下后,手指摳干凈裝上,渦街立馬出來了,很穩定。
現象六:流量變化,而渦街流量計示值基本不變,或變化混亂,已不能反應流量變化趨勢
分析:振動干擾、電磁干擾信號強度超越***大流量下的渦街信號強度,流量計輸出的是干擾信號頻率,與渦街頻率無關,因而與流量無關、包絡線含流量信息,其他為干擾
【注釋】第六種現象,流量在變,但示值始終都沒有變化,遇到這個問題,毫無疑問只能退貨處理。這個只有兩種原因,一種是振動干擾,另一種是電磁干擾。簡單的就是干擾信號,把渦街信號給壓制掉了,所以你流量再怎么變,渦街流量計示值都只是顯示的干擾信號。
問題的匯總分析
◆問題的嚴重程度
現象一至現象六,問題的嚴重程度依次遞增。
◆問題的總結分析
現象一不是渦街流量計問題;現象三是測量上限不足帶來的問題;現象二、現象四、現象六是測量下限過高帶來的問題;現象五是安裝及流體條件帶來的問題。
根據經驗,八成以上的運行不良,源于渦街流量計的測量下限高于欲測流量。
●現象二:渦街流量計測量下限高于開車時的小流量,低于常用流量。
●現象四:渦街流量計測量下限高于常用流量。
●現象六:渦街流量計測量下限遠高于欲測流量范圍。
●渦街流量計的測量下限并非固定值,與流體工況密度及現場振動干擾/電磁干擾強度密切相關。
●密度下降n倍,下限升高√n倍。
●干抗升高n倍,下限升高√n倍。
●根據潤中儀表的工程經驗,對于工藝專業給出的***小流量、***大流量(或量程)要求,應根據情況,在渦街流量計的口徑選擇時,留出“容錯”余量。
●渦街流量計的測量下限,應為工藝提出的***小流量的1/3-1/10,依據工藝數據的可信度。
●常見現場道振動干擾,可按照0.2-0.5g估算,常取決于動設備的性能及安裝水平,風管按動強度可高達2g-5g。
●渦街流量計的測量上限,應為工藝提出的***大流量3倍以上。
●容錯余量直接受限于渦街流量計的量程比性能指標。
◆問題的解答
首要的事項,是根據工藝要求選擇正確的口徑規格,以得到滿足工藝要求的測量范圍,即足夠的測量限。渦街流量計為速度式流量計,應采用工況流速進行測量范圍的性能核算及審查。
關于測量下限的核算
流量低于渦街流量計下限,***好的結果是示值為零,與其他模擬式流量計不同,已不能反應流量趨勢,而非精度下降!因此必須留出足夠的下限余量。
代表小流量的是低頻信號,而非微弱信號,因此,常用的“小信號切除”穩定零點的措施對渦街基本無效。
渦街的測量下限通常由雷諾數下限、信號處理系統的低端頻響限制、信號處理系統的增益及抗干擾能力和基于抗振性能認證指標及現場振動強度的流速測量下限的核算這四個因素共同制約,實際下限必須取四個因素決定的***差值,***差值通常源于抗振性能的限制,因此表現出“渦街流量計***怕振動”的共識。
雷諾數下限的限制:
信號處理系統的低端頻響限制:,直接查詢
信號處理系統的增益及抗干擾能力的限制
基于抗振性能認證指標及現場振動強度的流速測量下限的核算:
Vmin_1為基于雷諾限制的工況流速下限(m/s)
Rd_min為保證渦街流量計標稱精度所需的***小雷諾數
μ為流體在工況下的動力粘度(cp或mpa.s)
ρ為流體工況密度(kg/m³)
D為管道內徑(mm)
Vmin_4為基于抗振性能認證指標及現場管道振動強度的流速下限(m/s);V0為認證時的時速下限(m/s); VIf為預計的現場管道振動干擾強度(g); ρ0為認證時的流體工況密度(kg/m³); VIo為認證的抗振動干擾強度性能(g); ρ為現場流體工況密度(kg/m³);Vmin_3為基于信號處理系統抗干擾能力的流速下限(m/s); C為常數,由信號處理系統的增益及抗干擾能力共同決定,各產品存在明顯差異; ρ為流體工況密度(kg/m³)
關于測量上限的核算
流量高于渦街流量計上限,***好的結果是因“漏波”“倒走”產生的超常誤差,更有可能致使傳感器壽命縮短,甚至發生體或傳感器斷裂的現象,威脅下游設備的安全,因此必須留出足夠的上限余量。
渦街的測量上限通常由下列兩個因素共同制約:
1、信號處理系統高端頻響、渦街發生體及傳感器的結構承受能力的限制,通常可直接采用制造商提供的上限值。
2、工藝要求的壓力損失極限限制:
△P為渦街流量計產生的***壓力損失(kPa);Cd為渦街流量計阻力系數,由其結構決定;V為流體工況流速,通常取***高流速(m/s);ρ為流體工況密度(kg/m³)
渦街對于易氣化的液態流體,如液氨、LNG、乙醇等,應確保足夠高的上游壓力或足夠低的溫度,以避免氣腐蝕現象的發生。公認的下游***低壓力Pdmin可采用下式計算:
其中Pdmin為下游***低壓力限(kPa,***壓力);Pvap為流體在工況溫度下的飽和蒸汽壓(kPa,***壓力);△P為總壓降(kPa);Cd為渦街流量計阻力系數,由其結構決定;V為流體工況流速,通常取***高流速(m/s);ρ為流體工況密度(kg/m³);C1為制造商提供的常數,取決于儀表結構(無量綱);C2為制造商提供的常數,取決于儀表結構(無量綱)
安裝條件的審核
◆謹慎審核制造商要求的直管段需求
由于缺乏試驗數據及各產品結構差異,許多制造商照搬GB/T 2624.2-2006之前的孔板直管段需求,造商提出的直管段需求或許已經過低。不足的直管段,輕則導致漩渦強度不穩定,產生難以接受的誤差;重則不能產生卡門渦街,連流量趨勢也不能反映。
◆避免不滿管的安裝位置
液體不滿管,可能導致傳感器不能拾取渦街信號,產生難以接受的誤差,甚至連流量趨勢也不能反映。
氣體管線下部存有液體時,氣體產生的渦街致使液體飛濺,產生的干擾往往遠超氣體渦街信號強度,致使流量趨勢也不能反映。
◆須謹慎考量的創新
①大口徑/低流速的應用問題
由于K系數與渦街流量計流通管內徑呈反比,對于相同流速,呈現口徑規格越大,渦街頻率越低的規律,在選用DN200及以上口徑規格的滿管式渦街流量計時,可能出現渦街頻率與流速波動頻率相近甚至相同的情形,致使渦街頻率無法正確識別,產生難以接受的測量誤差,這種情形出現的概率隨口徑規格的增大及流速的降低而升高,因此更易出現在大口徑液體檢測的應用之中,這正是大多數制造商不生產DN300以上規格滿管式渦街流量計的真正原因。
②自帶壓力檢測的問題
由于渦街流量計流通管內部流場呈現劇變的流場,依據伯努利方程即可判定:在渦街本體管壁上取得的壓力,與真實的管道靜壓必定存在明顯差異,并且,其差值與流體的流量/密度/粘度等特性密切關聯,當前缺乏試驗數據證明自帶壓力檢測的誤差可信度。
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