渦街流量計工作原理及常見故障分析

焦巍

摘要：渦街流量計作為流量測量儀表，在是工業生產中有著較為廣泛的應用，在使用過程中，由于安裝、維護使用不當等原因，故障率較高。本文對渦街流量計的工作原理、安裝方法、安裝過程中應該注意的問題進行闡述，針對某電廠渦街流量計測量偏差較大、數據波動大的問題，通過采用檢查管道振動、更換顯示儀表、測試電纜絕緣等分析手段對渦街流量計進行檢查，并根據檢查情況對偏差大的原因進行了分析，并提出了解決措施。

關鍵詞：渦街流量計、工作原理、故障分析

工作原理

渦街流量計是應用流體振蕩原理來測量流量的，在流體中安放一根三角柱的游渦發生體，流體在發生體兩側交替地分離釋放出兩串規則地交錯排列的游渦，旅渦的發生頻率與流體的速度成正比，通過測量漩渦頻率從而計算出體積流量的儀表。在工業生產過程中對于蒸汽流量的測量有多種類型的儀表可以選擇，其中渦街流量計就是較為常見的一種，它通常被用作計量蒸汽的流量。

常見故障分析

與其他流量計一樣，應用中的渦街流量計發生故障有不同類型。按故障原因主要有兩種：

1.由于現場環境導致儀表本身的結構、電子部件、檢測元件損壞和失效等原因引起的故障：（1）環境溫度過高或過低影響渦街流量計轉換器的電子元器件（如電容、集成電路、LCD器件）正常工作，這種現象在測高溫、低溫流體，或野外露天安裝的儀表時有發生。具體表現為：環境溫度過高，電子元器件直流工作點改變，輸出信號時變或輸出模擬信號的零點和量程產生明顯漂移;LCD在溫度過高或過低環境下，一發生“蒸發”或“凍結”現象。可以通過增加伴熱、保溫、儀表箱等方式保證儀表在正常的環境中工作。（2）空間電磁干擾和靜電干擾，通過信號線和電源線的分布電容耦合到儀表的輸人端，對渦街流量計信號構成干擾，影響測量效果，使輸出信號誤差增大。首先保證流量、溫度、壓力信號電纜屏蔽層單端良好的接地，電纜線芯的絕緣測試結果大于20兆歐，其次敷設電纜時電纜走向，應盡可能遠離強電磁場的干擾場合。絕對不允許與高壓電纜一起敷設，屏蔽電纜要盡量縮短，并且不得盤卷，以減少分布電感的干擾。（3）穿線管配制不規范、接線盒密封不好等原因，導致環境中的腐蝕性氣體或潮氣侵人儀表轉換器內，對電子元件的管腳和接插件插腳產生銹蝕，腐蝕接線端子和接地線，造成電源線、信號線、接地線接觸不良，進而引起相關故障。可以拆下電子元件除銹并重新緊固后解決。

2.由于安裝不良、環境變化、流量參數變化，介質中雜質的沉積、結垢和腐蝕等原因而產生的故障，主要有以下幾方面原因：（1）管線振動大。現場管道明顯振動，嚴重超過安裝要求，造成指示波動大。需對此問題進行分析，如果是安裝在風機、空壓機等動力設備旁，導致渦街流量計有額外的輸出，可在傳感器上、下游，分別設置防振管支架并加裝防振墊進行解決;如果是因為蒸汽管道內的冷凝水未及時排出致使冷凝水隨高速流動的蒸汽流動擊打管道形成振動，可以通過打開系統排水門排水的方法解決。（2）介質中臟污物的損害。經長時間工作，流體內的臟物在測量管內壁、發生體表面和儀表轉換器內壁發生體表面和檢測元件表面的附著沉積改變了測量管和發生體的幾何尺寸參數，儀表的測量誤差增大，降低了檢測元件的靈敏度，信號幅值減小，進而引起檢測元件的失效。現場改為固定壓力補償，清除雜質后可正常運行。（3）儀表傳感器參數設置不正確。一般的渦街流量計積算儀都有手動溫度、壓力補償項，設置該項的目的主要是為了在溫度、壓力測量出現異常數值時作為恒定補償來計算蒸汽密度，而這兩項參數在大部分的情況下是任意設置的，更有甚者不裝溫壓補償儀表，采用固定補償來測量蒸汽。而當溫壓補償儀表損壞或出現故障時，儀表人員不能及時的發現或處理使得儀表所測流量與實際流量偏差較大，從而影響測量準確度。

特殊案例分析

某電廠對外供汽流量計使用的是渦街流量計。該儀表于2017年10月投入使用，2020年03月，發現廠外日常用汽量為70噸，遠高于平均每日用汽量，通過查看就地流量積算儀和SIS系統（廠級監控信息系統）的曲線分析，系統正常供汽時流量較為穩定（2-5t/h），測量無異常，測量曲線較為平滑;但在系統停運之后，流量測量便會出現異常情況，測量結果波動較大，流量顯示在0t/h至7t/h之間頻繁跳變，導致測量結果誤差較大且傳輸數據波動較大。

第一天結合對外供汽異常情況對廠內外供汽管道進行檢查，首先，流量計安裝位置前后均為20米以上的直管段，手動門、電動門距離探頭的距離也在滿足安裝要求，排除因渦街流量計上、下游直管段的長度不夠造成的誤差;其次，渦街流量計對管道機械振動較敏感，因此檢查系統內各疏水門疏水正常，供汽管道沒有因管道發生形變造成蒸汽冷凝水聚集未排出的情況，排除供汽管道里可能存在冷凝水，冷凝水隨高速流動的蒸汽在管內流動，擊打管道形成振動，從而對測量結果造成影響。

第二天通過SIS系統（廠級監控信息系統）查看9：00-15：00期間對外供汽流量顯示正常（2-5t/h），曲線平滑，未出現劇烈波動的現象。15：00后供汽量減少，流量計開始開始出現持續波動（0-7t/h）。除關閉對外供汽電動門外，還關閉了對外供汽手動門、流量計前電動門，操作完成后流量歸零，流量計恢復正常。同時，對流量計檢測探頭、二次顯示儀表的所有接線進行檢查并做線芯除銹處理，探頭及儀表接線牢固，未見異常。排除測量結果波動較大時因為儀表接線松動造成的。同時為了排除由于屏蔽線或接地線接觸不良造成信號干擾引起的傳輸數據波動，重新制作了流量、溫度、壓力信號電纜屏蔽層接地，保證傳輸電纜單端良好的接地，并用500兆歐搖表對電纜線芯的絕緣進行測試，結果均大于20兆歐，滿足現場需求;排除電纜因屏蔽效果不佳和絕緣干擾。

第三天，將二次顯示儀表與同品牌流量計顯示儀表進行對調后仍有異常波動情況。

綜上情況判斷，渦街流量計傳感器存在問題。將渦街流量計拆下后發現固定發生體的定位銷松動，導致其可以上下、左右晃動。由此可以判斷出由于發生體的松動導致蒸汽經過時發生體迎流面幾何形狀和尺寸發生變化，因而流量系數也相應變化，從而嚴重影響了測量的結果。

重新緊固定位銷后探頭晃動現象消失。恢復安裝后觀察，流量計異常波動現象消失。

原因分析

雖然傳感器發生體的定位銷雖已松動但該系統正常供汽時流量較為穩定，不會產生振動，所以測量無異常;一旦系統減少供汽，管道由于工況變化產生振動，管道內的蒸汽也因參數的下降導致蒸汽內凝結水增多擊打管道形成振動，由于以上兩點便會造成傳感器晃動，導致測量結果出現誤差和波動。

結束語

流量計的種類很多，都有其自身的特點，渦街流量測量范圍寬，量程比大，壓力損失較小，應用比較廣泛，但其對管道振動要求高，在介質波動以及含有顆粒雜質情況下，波動較大，因此，選用渦街流量計時，應首先考慮儀表的安裝環境和測量介質。另外，在日常維護和檢修中要定期的檢查流量計的檢測探頭是否牢固，電子元件是否松動、氧化，信號輸出線路接地是否符合規定、是否受到干擾，這樣才能從根本上保證渦街流量計測量的準確性，并且長周期穩定可靠的運行。

參考文獻：

1、張超燕 渦街流量計的原理、安裝及改進 《工業計量》1980年20期

2、李學南 渦街流量計工程應用問題及對策 《微計算機信息》1980年40期

3、張? 欣 渦街流量計簡析 《石油化工自動化》1990年40期