氮氣管道計量表在氮肥生產廠家的工作情況及維護要求
1 氮氣管道計量表概述
流量計是工業領域中使用量*大的物理量測量儀表之一，基于不同的工作原理研制出了許多不同種類的流量計產品，比如電磁流量計、超聲波流量計、差壓式流量計、渦輪流量計、氮氣管道計量表等產品，我們可以根據產品名稱就可以知道此類流量計的工作方式，其中氮氣管道計量表的工作原理就是基于“卡門渦街”來工作的?？ㄩT渦街是流體力學中重要的現象，在自然界中?？捎龅?，在一定條件下的定常來流繞過某些物體時，物體兩側會周期性地脫落出旋轉方向相反、排列規則的雙列線渦，經過非線性作用后，形成卡門渦街。如水流過橋墩，風吹過高塔、煙囪、電線等都會形成卡門渦街。此物理現象*早是因匈牙利裔美國空氣動力學家西奧多·馮·卡門*先從理論上闡明而得名卡門渦街。
氮氣管道計量表利用“卡門渦街”測量原理，測量封閉管道內介質的工況體積流量，它具有其他流量計不可兼得的較多優點，20世紀70年代以來得到了迅速的發展。與渦輪流量計相比，它沒有可動的機械部件，從而維護量小，儀表常數穩定，容易在工作環境中保證精度；與孔板相比，它的測量范圍大，壓力損失小，準確度高。氮氣管道計量表屬于流體振動式流量計，可用于測量飽和蒸汽、過熱蒸汽、各種氣體（如煤氣、天然氣、壓縮空氣、氧氣、氮氣、氬氣、氫氣、二氧化碳等）、水及低粘度、低溫液體（如鹽水、液氮）。汽液通用，無需實液標定；可準確測量封閉管道中蒸汽、氣體和液體的流量。有抗振、耐腐、高溫、防爆等多種類型供選用。通徑DN200以上為插入式氮氣管道計量表；適用于冶金、化工、石油、煤氣、城市供排水、食品、紡織、礦山等工業過程、能源管理和環境工程行業。塔西南化肥廠32臺氮氣管道計量表主要用于蒸汽、天然氣、二氧化碳、冷凝液等的測量。
本文簡要介紹了氮氣管道計量表在塔西南化肥廠的成功應用，敘述了氮氣管道計量表的工作原理、安裝及使用過程中的注意事項；總結了氮氣管道計量表在現場應用中的故障處理及常規維護。
圖1 卡門漩渦
氮氣管道計量表是根據卡門渦街原理制成的，在流動的液體中插入一個非流線型柱狀物，則在柱體下游會產生如圖1所示的兩列不對稱且又有規律的漩渦。該漩渦在柱體的側后方產生、分開，形成漩渦列，通常稱作卡門渦街或者卡門渦列。當滿足h'/1=0.281時，所產生的卡門漩渦是穩定的，而且產生單列漩渦的頻率與圓柱體的直徑和流體流速有如下關系：
式中：f-旋渦的釋放頻率/Hz；υ-流過旋渦發生體的流體平均速度/m/s；d-旋渦發生體特征寬度/m；St為斯特羅哈數，無量綱，數值范圍為0.14~0.27，St是雷諾數的函數，St=f（l/Re）。
當雷諾數Re在102～105范圍內，St值約為0.2，因此，在測量中，要盡量滿足流體的雷諾數在102～105，旋渦頻率f＝0.2υ/d。
由此可知，通過測量旋渦頻率就可以計算出流過旋渦發生體的流體平均速度v，再由式q=υA可以求出流量q，其中A為流體流過旋渦發生體的截面積。
氮氣管道計量表由檢測器、放大器和轉換器等組成，當旋渦在發生體兩側產生時，利用壓電傳感器測出與流體流向垂直的交變升力變化，將升力的變化轉換為電的頻率信號，再將頻率信號進行放大和整形，直接以數字輸出，與數字顯示儀表配套，也可以通過D/A轉換成4mA～20mADC輸出，以便進行測量指示、記錄、積算和控制等。
3 氮氣管道計量表在塔西南化肥廠的應用
塔西南化肥廠主要生產裝置合成氨裝置和尿素裝置流量儀表共116塊，其中氮氣管道計量表32塊，占28%，主要用于測量蒸汽、天然氣、二氧化碳、冷凝液等。用于蒸汽測量的氮氣管道計量表的效果*為明顯，在塔西南化肥廠的中壓蒸汽中加入了磷酸三鈉，磷酸三鈉易結晶，采用差壓式流量計，如果現場一次表的排污閥等有泄漏現象，磷酸三鈉就會在引壓管線中沉淀、析出，造成引壓管線的堵塞，從而導致流量儀表指示不準確或者波動大，給工藝人員的正常操作和控制帶來困難。下面結合塔西南化肥廠用于中壓蒸汽測量的氮氣管道計量表FT-3002，談談氮氣管道計量表的安裝、故障處理及常規維護。
3.1 氮氣管道計量表的安裝
（1）氮氣管道計量表盡量安裝在遠離振動源和電磁干擾較強的地方，FT-3002安裝位置附近無電磁流量計等高頻率電磁設備。
（2）閥門位置和直管段長度選擇。一般來講，把氮氣管道計量表安裝在閥門的上游，直管段較長，前后直管段要滿足氮氣管道計量表的要求。塔西南化肥廠的中壓蒸汽由輔助鍋爐提供，中壓蒸汽的流量控制由調節閥完成，FT-3002的安裝位置距離調節閥大約200m左右，流量計前后直管段約20m左右，這樣由于調節閥調節帶來的流體振動就不會對氮氣管道計量表的測量產生任何影響，保證了測量的穩定和準確。
（3）有縮頸、擴頸和彎管時，應配置合理的上、下游直管段，如果管道中有一個彎管接頭，那么流量計和旋渦發生體與彎管接頭應在同一平面。
（4）設計流量計的安裝管道時，應設計旁路管道，方便拆卸、維修和調試。新安裝的管道或維修過的管道，運行前應沖洗掉管內的鐵銹、水垢渣和污泥。FT-3002安裝位置較高，搭建了專門的維護平臺，這樣保證了儀表維護人員的人生安全。
（5）要做好氮氣管道計量表的防雨、防雷電工作。如果氮氣管道計量表安裝在露天，就必須加裝遮雨帽，防止變送器表頭進水，造成電子元件故障；安裝氮氣管道計量表的地方應當遠離高大設備及建筑物，以防雷擊。
用通訊器調整好氮氣管道計量表的量程、單位等參數。蒸汽流量受介質溫度和壓力的影響很大，所以在距離氮氣管道計量表較近的合適位置應當安裝壓力變送器和溫度計，在DCS系統里，應當做好溫壓補償的組態，保證測量的準確。
3.2 常見故障處理及常規維護
（1）參數整定故障。由于參數錯誤，導致儀表指示有誤。參數錯誤使得二次儀表滿度頻率計算錯誤。滿度頻率相差不多的使得指示長期不準，實際滿度頻率大于計算的滿度頻率的使得指示大范圍波動，無法讀數，而資料上參數的不一致性又影響了參數的*終確定，*終通過重新標定結合相互比較確定了參數，解決了這一問題。
（2）二次表故障。這部分故障較多，包括：一次儀表電路板有斷線之處，量程設定有個別位顯示壞，K系數設定有個別位顯示壞，使得無法確定量程設定以及K系數設定，通過修復相應的故障，問題得以解決。
（3）四路線路連接問題。部分回路表面上看線路連接很好，仔細檢查，有的接頭實際已松動造成回路中斷，有的接頭雖連接很緊但由于副線問題緊固螺釘緊固在了線皮上，也使得回路中斷。
（4）漩渦變送器輸出信號不穩。漩渦發生體和儀表測量管結垢或阻塞，清洗變送器即可解決問題。
（5）如果是分體式的氮氣管道計量表，應當經常檢查接線是否正常。
（6）定期對氮氣管道計量表進行校驗。校驗時應當選擇具有相關資質的校驗機構。
（7）在非鑒定期內，如果工藝條件具備，應當拆下流量計，清洗漩渦發生體，清除發生體上的結垢。
（8）儀表的數據資料的管理應引起足夠的重視，以利于日后的工作。
4 結語
氮氣管道計量表在塔西南化肥廠的 成功應用表明，氮氣管道計量表故障率低，減少了儀表維護人員的工作量，節約了人工成本和材料成本，其高精度、高可靠性保證了裝置的正常運行，提高了經濟效益。值得同行借鑒。
流量計是工業領域中使用量*大的物理量測量儀表之一，基于不同的工作原理研制出了許多不同種類的流量計產品，比如電磁流量計、超聲波流量計、差壓式流量計、渦輪流量計、氮氣管道計量表等產品，我們可以根據產品名稱就可以知道此類流量計的工作方式，其中氮氣管道計量表的工作原理就是基于“卡門渦街”來工作的?？ㄩT渦街是流體力學中重要的現象，在自然界中?？捎龅?，在一定條件下的定常來流繞過某些物體時，物體兩側會周期性地脫落出旋轉方向相反、排列規則的雙列線渦，經過非線性作用后，形成卡門渦街。如水流過橋墩，風吹過高塔、煙囪、電線等都會形成卡門渦街。此物理現象*早是因匈牙利裔美國空氣動力學家西奧多·馮·卡門*先從理論上闡明而得名卡門渦街。
氮氣管道計量表利用“卡門渦街”測量原理，測量封閉管道內介質的工況體積流量，它具有其他流量計不可兼得的較多優點，20世紀70年代以來得到了迅速的發展。與渦輪流量計相比，它沒有可動的機械部件，從而維護量小，儀表常數穩定，容易在工作環境中保證精度；與孔板相比，它的測量范圍大，壓力損失小，準確度高。氮氣管道計量表屬于流體振動式流量計，可用于測量飽和蒸汽、過熱蒸汽、各種氣體（如煤氣、天然氣、壓縮空氣、氧氣、氮氣、氬氣、氫氣、二氧化碳等）、水及低粘度、低溫液體（如鹽水、液氮）。汽液通用，無需實液標定；可準確測量封閉管道中蒸汽、氣體和液體的流量。有抗振、耐腐、高溫、防爆等多種類型供選用。通徑DN200以上為插入式氮氣管道計量表；適用于冶金、化工、石油、煤氣、城市供排水、食品、紡織、礦山等工業過程、能源管理和環境工程行業。塔西南化肥廠32臺氮氣管道計量表主要用于蒸汽、天然氣、二氧化碳、冷凝液等的測量。
本文簡要介紹了氮氣管道計量表在塔西南化肥廠的成功應用，敘述了氮氣管道計量表的工作原理、安裝及使用過程中的注意事項；總結了氮氣管道計量表在現場應用中的故障處理及常規維護。
圖1 卡門漩渦
氮氣管道計量表是根據卡門渦街原理制成的，在流動的液體中插入一個非流線型柱狀物，則在柱體下游會產生如圖1所示的兩列不對稱且又有規律的漩渦。該漩渦在柱體的側后方產生、分開，形成漩渦列，通常稱作卡門渦街或者卡門渦列。當滿足h'/1=0.281時，所產生的卡門漩渦是穩定的，而且產生單列漩渦的頻率與圓柱體的直徑和流體流速有如下關系：
式中：f-旋渦的釋放頻率/Hz；υ-流過旋渦發生體的流體平均速度/m/s；d-旋渦發生體特征寬度/m；St為斯特羅哈數，無量綱，數值范圍為0.14~0.27，St是雷諾數的函數，St=f（l/Re）。
當雷諾數Re在102～105范圍內，St值約為0.2，因此，在測量中，要盡量滿足流體的雷諾數在102～105，旋渦頻率f＝0.2υ/d。
由此可知，通過測量旋渦頻率就可以計算出流過旋渦發生體的流體平均速度v，再由式q=υA可以求出流量q，其中A為流體流過旋渦發生體的截面積。
氮氣管道計量表由檢測器、放大器和轉換器等組成，當旋渦在發生體兩側產生時，利用壓電傳感器測出與流體流向垂直的交變升力變化，將升力的變化轉換為電的頻率信號，再將頻率信號進行放大和整形，直接以數字輸出，與數字顯示儀表配套，也可以通過D/A轉換成4mA～20mADC輸出，以便進行測量指示、記錄、積算和控制等。
3 氮氣管道計量表在塔西南化肥廠的應用
塔西南化肥廠主要生產裝置合成氨裝置和尿素裝置流量儀表共116塊，其中氮氣管道計量表32塊，占28%，主要用于測量蒸汽、天然氣、二氧化碳、冷凝液等。用于蒸汽測量的氮氣管道計量表的效果*為明顯，在塔西南化肥廠的中壓蒸汽中加入了磷酸三鈉，磷酸三鈉易結晶，采用差壓式流量計，如果現場一次表的排污閥等有泄漏現象，磷酸三鈉就會在引壓管線中沉淀、析出，造成引壓管線的堵塞，從而導致流量儀表指示不準確或者波動大，給工藝人員的正常操作和控制帶來困難。下面結合塔西南化肥廠用于中壓蒸汽測量的氮氣管道計量表FT-3002，談談氮氣管道計量表的安裝、故障處理及常規維護。
3.1 氮氣管道計量表的安裝
（1）氮氣管道計量表盡量安裝在遠離振動源和電磁干擾較強的地方，FT-3002安裝位置附近無電磁流量計等高頻率電磁設備。
（2）閥門位置和直管段長度選擇。一般來講，把氮氣管道計量表安裝在閥門的上游，直管段較長，前后直管段要滿足氮氣管道計量表的要求。塔西南化肥廠的中壓蒸汽由輔助鍋爐提供，中壓蒸汽的流量控制由調節閥完成，FT-3002的安裝位置距離調節閥大約200m左右，流量計前后直管段約20m左右，這樣由于調節閥調節帶來的流體振動就不會對氮氣管道計量表的測量產生任何影響，保證了測量的穩定和準確。
（3）有縮頸、擴頸和彎管時，應配置合理的上、下游直管段，如果管道中有一個彎管接頭，那么流量計和旋渦發生體與彎管接頭應在同一平面。
（4）設計流量計的安裝管道時，應設計旁路管道，方便拆卸、維修和調試。新安裝的管道或維修過的管道，運行前應沖洗掉管內的鐵銹、水垢渣和污泥。FT-3002安裝位置較高，搭建了專門的維護平臺，這樣保證了儀表維護人員的人生安全。
（5）要做好氮氣管道計量表的防雨、防雷電工作。如果氮氣管道計量表安裝在露天，就必須加裝遮雨帽，防止變送器表頭進水，造成電子元件故障；安裝氮氣管道計量表的地方應當遠離高大設備及建筑物，以防雷擊。
用通訊器調整好氮氣管道計量表的量程、單位等參數。蒸汽流量受介質溫度和壓力的影響很大，所以在距離氮氣管道計量表較近的合適位置應當安裝壓力變送器和溫度計，在DCS系統里，應當做好溫壓補償的組態，保證測量的準確。
3.2 常見故障處理及常規維護
（1）參數整定故障。由于參數錯誤，導致儀表指示有誤。參數錯誤使得二次儀表滿度頻率計算錯誤。滿度頻率相差不多的使得指示長期不準，實際滿度頻率大于計算的滿度頻率的使得指示大范圍波動，無法讀數，而資料上參數的不一致性又影響了參數的*終確定，*終通過重新標定結合相互比較確定了參數，解決了這一問題。
（2）二次表故障。這部分故障較多，包括：一次儀表電路板有斷線之處，量程設定有個別位顯示壞，K系數設定有個別位顯示壞，使得無法確定量程設定以及K系數設定，通過修復相應的故障，問題得以解決。
（3）四路線路連接問題。部分回路表面上看線路連接很好，仔細檢查，有的接頭實際已松動造成回路中斷，有的接頭雖連接很緊但由于副線問題緊固螺釘緊固在了線皮上，也使得回路中斷。
（4）漩渦變送器輸出信號不穩。漩渦發生體和儀表測量管結垢或阻塞，清洗變送器即可解決問題。
（5）如果是分體式的氮氣管道計量表，應當經常檢查接線是否正常。
（6）定期對氮氣管道計量表進行校驗。校驗時應當選擇具有相關資質的校驗機構。
（7）在非鑒定期內，如果工藝條件具備，應當拆下流量計，清洗漩渦發生體，清除發生體上的結垢。
（8）儀表的數據資料的管理應引起足夠的重視，以利于日后的工作。
4 結語
氮氣管道計量表在塔西南化肥廠的 成功應用表明，氮氣管道計量表故障率低，減少了儀表維護人員的工作量，節約了人工成本和材料成本，其高精度、高可靠性保證了裝置的正常運行，提高了經濟效益。值得同行借鑒。