饱和蒸汽计量表在氮肥生产厂家的工作情况及维护要求
1 饱和蒸汽计量表概述
流量计是工业领域中使用量最大的物理量测量仪表之一，基于不同的工作原理研制出了许多不同种类的流量计产品，比如电磁流量计、超声波流量计、差压式流量计、涡轮流量计、饱和蒸汽计量表等产品，我们可以根据产品名称就可以知道此类流量计的工作方式，其中饱和蒸汽计量表的工作原理就是基于“卡门涡街”来工作的。卡门涡街是流体力学中重要的现象，在自然界中常可遇到，在一定条件下的定常来流绕过某些物体时，物体两侧会周期性地脱落出旋转方向相反、排列规则的双列线涡，经过非线性作用后，形成卡门涡街。如水流过桥墩，风吹过高塔、烟囱、电线等都会形成卡门涡街。此物理现象最早是因匈牙利裔美国空气动力学家西奥多·冯·卡门最先从理论上阐明而得名卡门涡街。
饱和蒸汽计量表利用“卡门涡街”测量原理，测量封闭管道内介质的工况体积流量，它具有其他流量计不可兼得的较多优点，20世纪70年代以来得到了迅速的发展。与涡轮流量计相比，它没有可动的机械部件，从而维护量小，仪表常数稳定，容易在工作环境中保证精度；与孔板相比，它的测量范围大，压力损失小，准确度高。饱和蒸汽计量表属于流体振动式流量计，可用于测量饱和蒸汽、过热蒸汽、各种气体（如煤气、天然气、压缩空气、氧气、氮气、氩气、氢气、二氧化碳等）、水及低粘度、低温液体（如盐水、液氮）。汽液通用，无需实液标定；可准确测量封闭管道中蒸汽、气体和液体的流量。有抗振、耐腐、高温、防爆等多种类型供选用。通径DN200以上为插入式饱和蒸汽计量表；适用于冶金、化工、石油、煤气、城市供排水、食品、纺织、矿山等工业过程、能源管理和环境工程行业。塔西南化肥厂32台饱和蒸汽计量表主要用于蒸汽、天然气、二氧化碳、冷凝液等的测量。
本文简要介绍了饱和蒸汽计量表在塔西南化肥厂的成功应用，叙述了饱和蒸汽计量表的工作原理、安装及使用过程中的注意事项；总结了饱和蒸汽计量表在现场应用中的故障处理及常规维护。
图1 卡门漩涡
饱和蒸汽计量表是根据卡门涡街原理制成的，在流动的液体中插入一个非流线型柱状物，则在柱体下游会产生如图1所示的两列不对称且又有规律的漩涡。该漩涡在柱体的侧后方产生、分开，形成漩涡列，通常称作卡门涡街或者卡门涡列。当满足h'/1=0.281时，所产生的卡门漩涡是稳定的，而且产生单列漩涡的频率与圆柱体的直径和流体流速有如下关系：
式中：f-旋涡的释放频率/Hz；υ-流过旋涡发生体的流体平均速度/m/s；d-旋涡发生体特征宽度/m；St为斯特罗哈数，无量纲，数值范围为0.14~0.27，St是雷诺数的函数，St=f（l/Re）。
当雷诺数Re在102～105范围内，St值约为0.2，因此，在测量中，要尽量满足流体的雷诺数在102～105，旋涡频率f＝0.2υ/d。
由此可知，通过测量旋涡频率就可以计算出流过旋涡发生体的流体平均速度v，再由式q=υA可以求出流量q，其中A为流体流过旋涡发生体的截面积。
饱和蒸汽计量表由检测器、放大器和转换器等组成，当旋涡在发生体两侧产生时，利用压电传感器测出与流体流向垂直的交变升力变化，将升力的变化转换为电的频率信号，再将频率信号进行放大和整形，直接以数字输出，与数字显示仪表配套，也可以通过D/A转换成4mA～20mADC输出，以便进行测量指示、记录、积算和控制等。
3 饱和蒸汽计量表在塔西南化肥厂的应用
塔西南化肥厂主要生产装置合成氨装置和尿素装置流量仪表共116块，其中饱和蒸汽计量表32块，占28%，主要用于测量蒸汽、天然气、二氧化碳、冷凝液等。用于蒸汽测量的饱和蒸汽计量表的效果最为明显，在塔西南化肥厂的中压蒸汽中加入了磷酸三钠，磷酸三钠易结晶，采用差压式流量计，如果现场一次表的排污阀等有泄漏现象，磷酸三钠就会在引压管线中沉淀、析出，造成引压管线的堵塞，从而导致流量仪表指示不准确或者波动大，给工艺人员的正常操作和控制带来困难。下面结合塔西南化肥厂用于中压蒸汽测量的饱和蒸汽计量表FT-3002，谈谈饱和蒸汽计量表的安装、故障处理及常规维护。
3.1 饱和蒸汽计量表的安装
（1）饱和蒸汽计量表尽量安装在远离振动源和电磁干扰较强的地方，FT-3002安装位置附近无电磁流量计等高频率电磁设备。
（2）阀门位置和直管段长度选择。一般来讲，把饱和蒸汽计量表安装在阀门的上游，直管段较长，前后直管段要满足饱和蒸汽计量表的要求。塔西南化肥厂的中压蒸汽由辅助锅炉提供，中压蒸汽的流量控制由调节阀完成，FT-3002的安装位置距离调节阀大约200m左右，流量计前后直管段约20m左右，这样由于调节阀调节带来的流体振动就不会对饱和蒸汽计量表的测量产生任何影响，保证了测量的稳定和准确。
（3）有缩颈、扩颈和弯管时，应配置合理的上、下游直管段，如果管道中有一个弯管接头，那么流量计和旋涡发生体与弯管接头应在同一平面。
（4）设计流量计的安装管道时，应设计旁路管道，方便拆卸、维修和调试。新安装的管道或维修过的管道，运行前应冲洗掉管内的铁锈、水垢渣和污泥。FT-3002安装位置较高，搭建了专门的维护平台，这样保证了仪表维护人员的人生安全。
（5）要做好饱和蒸汽计量表的防雨、防雷电工作。如果饱和蒸汽计量表安装在露天，就必须加装遮雨帽，防止变送器表头进水，造成电子元件故障；安装饱和蒸汽计量表的地方应当远离高大设备及建筑物，以防雷击。
用通讯器调整好饱和蒸汽计量表的量程、单位等参数。蒸汽流量受介质温度和压力的影响很大，所以在距离饱和蒸汽计量表较近的合适位置应当安装压力变送器和温度计，在DCS系统里，应当做好温压补偿的组态，保证测量的准确。
3.2 常见故障处理及常规维护
（1）参数整定故障。由于参数错误，导致仪表指示有误。参数错误使得二次仪表满度频率计算错误。满度频率相差不多的使得指示长期不准，实际满度频率大于计算的满度频率的使得指示大范围波动，无法读数，而资料上参数的不一致性又影响了参数的最终确定，最终通过重新标定结合相互比较确定了参数，解决了这一问题。
（2）二次表故障。这部分故障较多，包括：一次仪表电路板有断线之处，量程设定有个别位显示坏，K系数设定有个别位显示坏，使得无法确定量程设定以及K系数设定，通过修复相应的故障，问题得以解决。
（3）四路线路连接问题。部分回路表面上看线路连接很好，仔细检查，有的接头实际已松动造成回路中断，有的接头虽连接很紧但由于副线问题紧固螺钉紧固在了线皮上，也使得回路中断。
（4）漩涡变送器输出信号不稳。漩涡发生体和仪表测量管结垢或阻塞，清洗变送器即可解决问题。
（5）如果是分体式的饱和蒸汽计量表，应当经常检查接线是否正常。
（6）定期对饱和蒸汽计量表进行校验。校验时应当选择具有相关资质的校验机构。
（7）在非鉴定期内，如果工艺条件具备，应当拆下流量计，清洗漩涡发生体，清除发生体上的结垢。
（8）仪表的数据资料的管理应引起足够的重视，以利于日后的工作。
4 结语
饱和蒸汽计量表在塔西南化肥厂的 成功应用表明，饱和蒸汽计量表故障率低，减少了仪表维护人员的工作量，节约了人工成本和材料成本，其高精度、高可靠性保证了装置的正常运行，提高了经济效益。值得同行借鉴。
流量计是工业领域中使用量最大的物理量测量仪表之一，基于不同的工作原理研制出了许多不同种类的流量计产品，比如电磁流量计、超声波流量计、差压式流量计、涡轮流量计、饱和蒸汽计量表等产品，我们可以根据产品名称就可以知道此类流量计的工作方式，其中饱和蒸汽计量表的工作原理就是基于“卡门涡街”来工作的。卡门涡街是流体力学中重要的现象，在自然界中常可遇到，在一定条件下的定常来流绕过某些物体时，物体两侧会周期性地脱落出旋转方向相反、排列规则的双列线涡，经过非线性作用后，形成卡门涡街。如水流过桥墩，风吹过高塔、烟囱、电线等都会形成卡门涡街。此物理现象最早是因匈牙利裔美国空气动力学家西奥多·冯·卡门最先从理论上阐明而得名卡门涡街。
饱和蒸汽计量表利用“卡门涡街”测量原理，测量封闭管道内介质的工况体积流量，它具有其他流量计不可兼得的较多优点，20世纪70年代以来得到了迅速的发展。与涡轮流量计相比，它没有可动的机械部件，从而维护量小，仪表常数稳定，容易在工作环境中保证精度；与孔板相比，它的测量范围大，压力损失小，准确度高。饱和蒸汽计量表属于流体振动式流量计，可用于测量饱和蒸汽、过热蒸汽、各种气体（如煤气、天然气、压缩空气、氧气、氮气、氩气、氢气、二氧化碳等）、水及低粘度、低温液体（如盐水、液氮）。汽液通用，无需实液标定；可准确测量封闭管道中蒸汽、气体和液体的流量。有抗振、耐腐、高温、防爆等多种类型供选用。通径DN200以上为插入式饱和蒸汽计量表；适用于冶金、化工、石油、煤气、城市供排水、食品、纺织、矿山等工业过程、能源管理和环境工程行业。塔西南化肥厂32台饱和蒸汽计量表主要用于蒸汽、天然气、二氧化碳、冷凝液等的测量。
本文简要介绍了饱和蒸汽计量表在塔西南化肥厂的成功应用，叙述了饱和蒸汽计量表的工作原理、安装及使用过程中的注意事项；总结了饱和蒸汽计量表在现场应用中的故障处理及常规维护。
图1 卡门漩涡
饱和蒸汽计量表是根据卡门涡街原理制成的，在流动的液体中插入一个非流线型柱状物，则在柱体下游会产生如图1所示的两列不对称且又有规律的漩涡。该漩涡在柱体的侧后方产生、分开，形成漩涡列，通常称作卡门涡街或者卡门涡列。当满足h'/1=0.281时，所产生的卡门漩涡是稳定的，而且产生单列漩涡的频率与圆柱体的直径和流体流速有如下关系：
式中：f-旋涡的释放频率/Hz；υ-流过旋涡发生体的流体平均速度/m/s；d-旋涡发生体特征宽度/m；St为斯特罗哈数，无量纲，数值范围为0.14~0.27，St是雷诺数的函数，St=f（l/Re）。
当雷诺数Re在102～105范围内，St值约为0.2，因此，在测量中，要尽量满足流体的雷诺数在102～105，旋涡频率f＝0.2υ/d。
由此可知，通过测量旋涡频率就可以计算出流过旋涡发生体的流体平均速度v，再由式q=υA可以求出流量q，其中A为流体流过旋涡发生体的截面积。
饱和蒸汽计量表由检测器、放大器和转换器等组成，当旋涡在发生体两侧产生时，利用压电传感器测出与流体流向垂直的交变升力变化，将升力的变化转换为电的频率信号，再将频率信号进行放大和整形，直接以数字输出，与数字显示仪表配套，也可以通过D/A转换成4mA～20mADC输出，以便进行测量指示、记录、积算和控制等。
3 饱和蒸汽计量表在塔西南化肥厂的应用
塔西南化肥厂主要生产装置合成氨装置和尿素装置流量仪表共116块，其中饱和蒸汽计量表32块，占28%，主要用于测量蒸汽、天然气、二氧化碳、冷凝液等。用于蒸汽测量的饱和蒸汽计量表的效果最为明显，在塔西南化肥厂的中压蒸汽中加入了磷酸三钠，磷酸三钠易结晶，采用差压式流量计，如果现场一次表的排污阀等有泄漏现象，磷酸三钠就会在引压管线中沉淀、析出，造成引压管线的堵塞，从而导致流量仪表指示不准确或者波动大，给工艺人员的正常操作和控制带来困难。下面结合塔西南化肥厂用于中压蒸汽测量的饱和蒸汽计量表FT-3002，谈谈饱和蒸汽计量表的安装、故障处理及常规维护。
3.1 饱和蒸汽计量表的安装
（1）饱和蒸汽计量表尽量安装在远离振动源和电磁干扰较强的地方，FT-3002安装位置附近无电磁流量计等高频率电磁设备。
（2）阀门位置和直管段长度选择。一般来讲，把饱和蒸汽计量表安装在阀门的上游，直管段较长，前后直管段要满足饱和蒸汽计量表的要求。塔西南化肥厂的中压蒸汽由辅助锅炉提供，中压蒸汽的流量控制由调节阀完成，FT-3002的安装位置距离调节阀大约200m左右，流量计前后直管段约20m左右，这样由于调节阀调节带来的流体振动就不会对饱和蒸汽计量表的测量产生任何影响，保证了测量的稳定和准确。
（3）有缩颈、扩颈和弯管时，应配置合理的上、下游直管段，如果管道中有一个弯管接头，那么流量计和旋涡发生体与弯管接头应在同一平面。
（4）设计流量计的安装管道时，应设计旁路管道，方便拆卸、维修和调试。新安装的管道或维修过的管道，运行前应冲洗掉管内的铁锈、水垢渣和污泥。FT-3002安装位置较高，搭建了专门的维护平台，这样保证了仪表维护人员的人生安全。
（5）要做好饱和蒸汽计量表的防雨、防雷电工作。如果饱和蒸汽计量表安装在露天，就必须加装遮雨帽，防止变送器表头进水，造成电子元件故障；安装饱和蒸汽计量表的地方应当远离高大设备及建筑物，以防雷击。
用通讯器调整好饱和蒸汽计量表的量程、单位等参数。蒸汽流量受介质温度和压力的影响很大，所以在距离饱和蒸汽计量表较近的合适位置应当安装压力变送器和温度计，在DCS系统里，应当做好温压补偿的组态，保证测量的准确。
3.2 常见故障处理及常规维护
（1）参数整定故障。由于参数错误，导致仪表指示有误。参数错误使得二次仪表满度频率计算错误。满度频率相差不多的使得指示长期不准，实际满度频率大于计算的满度频率的使得指示大范围波动，无法读数，而资料上参数的不一致性又影响了参数的最终确定，最终通过重新标定结合相互比较确定了参数，解决了这一问题。
（2）二次表故障。这部分故障较多，包括：一次仪表电路板有断线之处，量程设定有个别位显示坏，K系数设定有个别位显示坏，使得无法确定量程设定以及K系数设定，通过修复相应的故障，问题得以解决。
（3）四路线路连接问题。部分回路表面上看线路连接很好，仔细检查，有的接头实际已松动造成回路中断，有的接头虽连接很紧但由于副线问题紧固螺钉紧固在了线皮上，也使得回路中断。
（4）漩涡变送器输出信号不稳。漩涡发生体和仪表测量管结垢或阻塞，清洗变送器即可解决问题。
（5）如果是分体式的饱和蒸汽计量表，应当经常检查接线是否正常。
（6）定期对饱和蒸汽计量表进行校验。校验时应当选择具有相关资质的校验机构。
（7）在非鉴定期内，如果工艺条件具备，应当拆下流量计，清洗漩涡发生体，清除发生体上的结垢。
（8）仪表的数据资料的管理应引起足够的重视，以利于日后的工作。
4 结语
饱和蒸汽计量表在塔西南化肥厂的 成功应用表明，饱和蒸汽计量表故障率低，减少了仪表维护人员的工作量，节约了人工成本和材料成本，其高精度、高可靠性保证了装置的正常运行，提高了经济效益。值得同行借鉴。