涡街流量计工作原理及常见故障分析

焦巍

摘要：涡街流量计作为流量测量仪表，在是工业生产中有着较为广泛的应用，在使用过程中，由于安装、维护使用不当等原因，故障率较高。本文对涡街流量计的工作原理、安装方法、安装过程中应该注意的问题进行阐述，针对某电厂涡街流量计测量偏差较大、数据波动大的问题，通过采用检查管道振动、更换显示仪表、测试电缆绝缘等分析手段对涡街流量计进行检查，并根据检查情况对偏差大的原因进行了分析，并提出了解决措施。

关键词：涡街流量计、工作原理、故障分析

工作原理

涡街流量计是应用流体振荡原理来测量流量的，在流体中安放一根三角柱的游涡发生体，流体在发生体两侧交替地分离释放出两串规则地交错排列的游涡，旅涡的发生频率与流体的速度成正比，通过测量漩涡频率从而计算出体积流量的仪表。在工业生产过程中对于蒸汽流量的测量有多种类型的仪表可以选择，其中涡街流量计就是较为常见的一种，它通常被用作计量蒸汽的流量。

常见故障分析

与其他流量计一样，应用中的涡街流量计发生故障有不同类型。按故障原因主要有两种：

1.由于现场环境导致仪表本身的结构、电子部件、检测元件损坏和失效等原因引起的故障：（1）环境温度过高或过低影响涡街流量计转换器的电子元器件（如电容、集成电路、LCD器件）正常工作，这种现象在测高温、低温流体，或野外露天安装的仪表时有发生。具体表现为：环境温度过高，电子元器件直流工作点改变，输出信号时变或输出模拟信号的零点和量程产生明显漂移;LCD在温度过高或过低环境下，一发生“蒸发”或“冻结”现象。可以通过增加伴热、保温、仪表箱等方式保证仪表在正常的环境中工作。（2）空间电磁干扰和静电干扰，通过信号线和电源线的分布电容耦合到仪表的输人端，对涡街流量计信号构成干扰，影响测量效果，使输出信号误差增大。首先保证流量、温度、压力信号电缆屏蔽层单端良好的接地，电缆线芯的绝缘测试结果大于20兆欧，其次敷设电缆时电缆走向，应尽可能远离强电磁场的干扰场合。绝对不允许与高压电缆一起敷设，屏蔽电缆要尽量缩短，并且不得盘卷，以减少分布电感的干扰。（3）穿线管配制不规范、接线盒密封不好等原因，导致环境中的腐蚀性气体或潮气侵人仪表转换器内，对电子元件的管脚和接插件插脚产生锈蚀，腐蚀接线端子和接地线，造成电源线、信号线、接地线接触不良，进而引起相关故障。可以拆下电子元件除锈并重新紧固后解决。

2.由于安装不良、环境变化、流量参数变化，介质中杂质的沉积、结垢和腐蚀等原因而产生的故障，主要有以下几方面原因：（1）管线振动大。现场管道明显振动，严重超过安装要求，造成指示波动大。需对此问题进行分析，如果是安装在风机、空压机等动力设备旁，导致涡街流量计有额外的输出，可在传感器上、下游，分别设置防振管支架并加装防振垫进行解决;如果是因为蒸汽管道内的冷凝水未及时排出致使冷凝水随高速流动的蒸汽流动击打管道形成振动，可以通过打开系统排水门排水的方法解决。（2）介质中脏污物的损害。经长时间工作，流体内的脏物在测量管内壁、发生体表面和仪表转换器内壁发生体表面和检测元件表面的附着沉积改变了测量管和发生体的几何尺寸参数，仪表的测量误差增大，降低了检测元件的灵敏度，信号幅值减小，进而引起检测元件的失效。现场改为固定压力补偿，清除杂质后可正常运行。（3）仪表传感器参数设置不正确。一般的涡街流量计积算仪都有手动温度、压力补偿项，设置该项的目的主要是为了在温度、压力测量出现异常数值时作为恒定补偿来计算蒸汽密度，而这两项参数在大部分的情况下是任意设置的，更有甚者不装温压补偿仪表，采用固定补偿来测量蒸汽。而当温压补偿仪表损坏或出现故障时，仪表人员不能及时的发现或处理使得仪表所测流量与实际流量偏差较大，从而影响测量准确度。

特殊案例分析

某电厂对外供汽流量计使用的是涡街流量计。该仪表于2017年10月投入使用，2020年03月，发现厂外日常用汽量为70吨，远高于平均每日用汽量，通过查看就地流量积算仪和SIS系统（厂级监控信息系统）的曲线分析，系统正常供汽时流量较为稳定（2-5t/h），测量无异常，测量曲线较为平滑;但在系统停运之后，流量测量便会出现异常情况，测量结果波动较大，流量显示在0t/h至7t/h之间频繁跳变，导致测量结果误差较大且传输数据波动较大。

第一天结合对外供汽异常情况对厂内外供汽管道进行检查，首先，流量计安装位置前后均为20米以上的直管段，手动门、电动门距离探头的距离也在满足安装要求，排除因涡街流量计上、下游直管段的长度不够造成的误差;其次，涡街流量计对管道机械振动较敏感，因此检查系统内各疏水门疏水正常，供汽管道没有因管道发生形变造成蒸汽冷凝水聚集未排出的情况，排除供汽管道里可能存在冷凝水，冷凝水随高速流动的蒸汽在管内流动，击打管道形成振动，从而对测量结果造成影响。

第二天通过SIS系统（厂级监控信息系统）查看9：00-15：00期间对外供汽流量显示正常（2-5t/h），曲线平滑，未出现剧烈波动的现象。15：00后供汽量减少，流量计开始开始出现持续波动（0-7t/h）。除关闭对外供汽电动门外，还关闭了对外供汽手动门、流量计前电动门，操作完成后流量归零，流量计恢复正常。同时，对流量计检测探头、二次显示仪表的所有接线进行检查并做线芯除锈处理，探头及仪表接线牢固，未见异常。排除测量结果波动较大时因为仪表接线松动造成的。同时为了排除由于屏蔽线或接地线接触不良造成信号干扰引起的传输数据波动，重新制作了流量、温度、压力信号电缆屏蔽层接地，保证传输电缆单端良好的接地，并用500兆欧摇表对电缆线芯的绝缘进行测试，结果均大于20兆欧，满足现场需求;排除电缆因屏蔽效果不佳和绝缘干扰。

第三天，将二次显示仪表与同品牌流量计显示仪表进行对调后仍有异常波动情况。

綜上情况判断，涡街流量计传感器存在问题。将涡街流量计拆下后发现固定发生体的定位销松动，导致其可以上下、左右晃动。由此可以判断出由于发生体的松动导致蒸汽经过时发生体迎流面几何形状和尺寸发生变化，因而流量系数也相应变化，从而严重影响了测量的结果。

重新紧固定位销后探头晃动现象消失。恢复安装后观察，流量计异常波动现象消失。

原因分析

虽然传感器发生体的定位销虽已松动但该系统正常供汽时流量较为稳定，不会产生振动，所以测量无异常;一旦系统减少供汽，管道由于工况变化产生振动，管道内的蒸汽也因参数的下降导致蒸汽内凝结水增多击打管道形成振动，由于以上两点便会造成传感器晃动，导致测量结果出现误差和波动。

结束语

流量计的种类很多，都有其自身的特点，涡街流量测量范围宽，量程比大，压力损失较小，应用比较广泛，但其对管道振动要求高，在介质波动以及含有颗粒杂质情况下，波动较大，因此，选用涡街流量计时，应首先考虑仪表的安装环境和测量介质。另外，在日常维护和检修中要定期的检查流量计的检测探头是否牢固，电子元件是否松动、氧化，信号输出线路接地是否符合规定、是否受到干扰，这样才能从根本上保证涡街流量计测量的准确性，并且长周期稳定可靠的运行。

参考文献：

1、张超燕 涡街流量计的原理、安装及改进 《工业计量》1980年20期

2、李学南 涡街流量计工程应用问题及对策 《微计算机信息》1980年40期

3、张  欣 涡街流量计简析 《石油化工自动化》1990年40期