摘 要： 渦街流量計的工作原理、選型注意事項及安裝要求，分析渦街流量計在氧化鋁生產(chǎn)蒸汽計量使用過(guò)程中的常見(jiàn)問(wèn)題及相應對策。

拜耳法生產(chǎn)氧化鋁過(guò)程中，蒸汽是氧化鋁企業(yè)運行中的重要能源，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。據統計蒸汽消耗占氧化鋁能源成本的40% ~60% 。對于氧化鋁企業(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(zhù)決定性因素。

1  氧化鋁生產(chǎn)中蒸汽消耗分布及目前的現狀

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)蒸汽計量?jì)x表通常采用兩大類(lèi)，一類(lèi)是基于伯努力方程原理的，如差壓孔板﹑音速?lài)娮�、阿牛巴、德�(tīng)査�巴、平衡式等，在這類(lèi)儀表中，又以差壓孔板、阿牛巴、德?tīng)査�巴占比較多；另一類(lèi)是基于線(xiàn)性連續方程原理的，如渦流量計、質(zhì)量流量計，由于質(zhì)量流量計價(jià)格昂貴，且高溫狀態(tài)下精度喪失，故而又多以渦流量計計量為主�；�于伯努力方程原理的蒸汽計量?jì)x表，其流量計量方程式為（1）：

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

2  渦街流量計工作原理

渦街流量計是基于線(xiàn)性連續方程原理：

在這個(gè)公式（2）中有2個(gè)函數，一個(gè)是流體流速v，另一個(gè)是斯特勞哈爾數St，而斯特勞哈爾數St是雷諾數Re的函數，當雷諾數Re到達20000后，斯特勞哈爾數St就是一個(gè)常數。當渦街流量計測量發(fā)生體形狀固定，迎流面寬度就一定，這樣一來(lái)，頻率僅僅取決于流體流速，是線(xiàn)性連續方程，通過(guò)圖1示渦街流量計測量模型推導，得到流量計量方程式（3）：

其中：St斯特勞哈爾數，無(wú)量綱；f頻率H z/S；D流量計通徑 ；d迎流面寬度。渦街流量計是基于線(xiàn)性連續方程原理，只要雷諾數大于20000，測量與流體的性質(zhì)無(wú)關(guān)，與密度、黏度等均無(wú)關(guān)。用水標定出來(lái)的流量系數同樣適用于蒸汽計量，在常溫下標定出的流量系數同樣適用于低溫和高溫蒸汽。這樣，渦街流量計更能適應氧化鋁企業(yè)內高低壓、不同溫度蒸汽計量的需求。

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

一般，渦街流量計的流量系數，其實(shí)在設計時(shí)就已經(jīng)定下來(lái)了，但是每個(gè)生產(chǎn)廠(chǎng)都要對每一臺流量計進(jìn)行標定，就是為了檢驗制造誤差。但不管這個(gè)數是什么數，標定合格了的流量系數就是正確計量的常數，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，渦街流量計只能測流體的工況體積方，質(zhì)量方和標準體積方是根據密度或壓力溫度換算出來(lái)的。

3  氧化鋁生產(chǎn)中蒸汽計量設計選型

以表1為例，氧化鋁企業(yè)蒸汽需要計量點(diǎn)在8~10個(gè)左右，且一般均為過(guò)熱蒸汽，數學(xué)模式為二元函數，因此,設計時(shí)需要考慮壓力、溫度雙補償。

3.1 工藝參數的選擇

設計選型時(shí)要考慮的因素包括：流量參數范圍、壓力參數范圍、溫度參數范圍，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；

（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；

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

其中：T為工況溫度；K為標準流量系數（一般在儀表銘牌上）。

3.2 通徑的選擇

設計選型時(shí)，考慮到減少壓力損失，在進(jìn)行蒸汽計量時(shí)，對流量下限有一定要求，要根據蒸汽流量的大小來(lái)選取流量計的通徑，而不能根據原管道內競么選取流量計通徑。

蒸汽流量計通徑選擇可以采用查表法及計算驗證。

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

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

其中：V為流速；ρ為密度；μ介質(zhì)黏度；D為流量計通徑。

當然有的產(chǎn)品能提供計算機選型軟件，直接把相關(guān)工藝參數輸入，就能得到理想的結果。

3.3 注意事項

（1）選擇信號輸出時(shí)建議使用脈沖（頻率）輸出方式，如果要求輸出電流信號，轉換過(guò)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，另外一定要考慮溫度和壓力補償問(wèn)題。

4  安裝要求

在氧化鋁企業(yè)蒸汽測量過(guò)程中，被測蒸汽具有穩定流態(tài)是保證渦街流量計精que測量的前提條件，要使渦街流量計的測量值更穩定、準確，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(jiàn)表2，當現場(chǎng)無(wú)法滿(mǎn)足直管段要求時(shí)，建議采用與渦街流量計配套的流量鎮流器。

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

（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(jiàn)問(wèn)題及注意事項

5.1 無(wú)流量有信號

shou先檢測判斷是否有振動(dòng)，如有輕微振動(dòng)，處理方法是外部機械消振措施，如用橡膠軟接頭，橡膠軟墊等消振，用支架固定管道；或者是根據產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)調整參數設置，消除振動(dòng)。如嚴重振動(dòng)，則是更改流量計安裝位置、加固管線(xiàn)、流量計前后加軟連接。

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

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

5.2 有流量無(wú)信號

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

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的管道旁有規律地連續敲擊,無(wú)論何種型號的流量計均會(huì )出現流量顯示。處理辦法就是更換通徑小一些的流量計或在工藝條件允許的情況下加大流量。

5.3 流量不穩定

現場(chǎng)觀(guān)察流量計安裝時(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(shuō)明書(shū)的#大要求。處理辦法就是正確選用配套墊片并正確裝配，更改流量計安裝位置或加流量鎮流器。

6  小結

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