摘要：渦街流量計常與調節閥(減壓閥)一起被安裝在同一根管道上，而調節閥又常常因為某些原因出現振蕩，進而引起流動脈動，導致渦街流量計輸出嚴重偏高。通過實例分析，給出判斷振蕩是否存在并進而影響渦街流量計的方法以及現場處理措施。這對今后分析減壓閥振蕩對渦街流量計的影響具有借鑒意義。

渦街流量計現在已經得到廣泛應用，尤其是在蒸汽和中低壓氣體的流量測量方面，占有重要地位。這是因為它具有精確度較高、范圍度較寬、線性分度、無零點漂移，而且結構簡單、牢固、安裝維護方便等特點。與此同時，它也存在耐振性較差、脈動流影響嚴重、抗干擾能力弱等局限性，這就吸引著人們對它進行研究，取其所長，避其所短。

渦街流量計與調節閥(減壓閥)安裝設計在同一根管道上，兩者經常容易碰到。如圖1所示，來自鍋爐房或熱力公司的外來蒸汽，在測量流量后經穩壓閥(或減壓閥)，進入分配器，供各用汽設備使用。在流量調節系統中，流量計與調節閥直接連接，如圖2所示。

從儀表的實際運行情況來看，調節閥(或減壓閥)在運行中出現振蕩的情況也時有發生。有的是在某些時段出現振蕩；有的是在某一些開度出現振蕩，而產生振蕩的原因更是復雜多樣。

按照引起振蕩的原因分類，大致有以下幾種原因：

①閥芯存在不平衡力，而閥門又在小開度條件下工作，從而引起振蕩，有時甚至發出嘯叫；

②調節系統參數整定不當，引起系統等幅振蕩，調節閥也振蕩不停；

③調節閥的閥芯存在干摩擦，從而導致系統振蕩；

④由于覺察不到的原因而引起的難以覺察的振蕩。

振蕩的幅值和振蕩頻率也有很大差異，但總的來說，振蕩都會引起流動脈動，進而改變渦街流量計的輸出。

1、閥門振蕩對渦街流量計的影響

渦街流量計是*容易受流動脈動傷害的流量計之一。流動脈動從發生源經流體向下游或上游傳遞到渦街流量計，并作用在其傳感器上，導致傳感器輸出脈沖數量額外增加，更嚴重的是渦街流量計還會出現一種“鎖定”現象。

1.1 脈動頻率的影響

在分析流動脈動對渦街流量計影響時，脈動頻率是重要參數，起決定性作用的是脈動頻率fP與旋渦剝離頻率fv的比值。當此比值較小時，具有近似的穩定流特性，旋渦剝離頻率隨流速變化，斯特羅哈爾數或校準常數不變。當脈動頻率與旋渦剝離頻率的比值較大時，就出現一種強烈的趨勢，即旋渦剝離周期被“鎖定”，即與脈動周期相同(fv=fP)或是脈動周期的一半(fv=1/2fP)。在鎖定條件下，流量計輸出停頓，流量指示誤差可高達±80%。當脈動頻率大大高于旋渦剝離頻率時，無明顯的鎖定現象，但斯特羅哈爾數發生變化，造成穩定流校準數據明顯偏離，達到10-1的數量級。

流速脈動幅值U’rms/U的試驗數據表明，此幅值不能超過20%。其中，U’rms為流速脈動均方根值；U為軸向流速。脈動頻率的限定是指在*低流速時，脈動頻率應小于旋渦剝離頻率的25%。

1.2 渦街流量計測量脈動流流量

采取合適的阻尼方法將脈動衰減到足夠小的幅值(通常為3%)是渦街流量計測量脈動流流量時常用且有效的方法。但當脈動幅值仍高于3%時，可對測量不確定度進行估算，然后對誤差進行校正。脈動引起的鎖定現象應設法避免。可行的方法有兩個：一是制造發生體較窄的渦街流量計，提高儀表的輸出頻率，從而使旋渦剝離頻率同脈動頻率錯開得遠一些；二是采用插入式渦街流量計測量大管徑流量。在相同流速的條件下，小口徑流量計輸出頻率比大口徑高若干倍。因此，采用插入式渦街流量計也能將旋渦剝離頻率同脈動頻率有效錯開。

1.3 測量不確定度的估算

如果fv/fP＜0.25, 且U’rms/U＜0.2，測量不確定度約為1%；如果fv比fP高得多，但無明顯的鎖定現象，流速脈動幅值在0.1～0.2之間，則誤差可能為流量示值的10-1的數量級。

2、應用實例

為了增加讀者對調節閥(減壓閥)振蕩對渦街流量計影響的感性認識，下面列舉兩個來自使用現場的實例。

2.1 調節系統振蕩引入的脈動及其克服方法

上海米其林輪胎公司新建兩臺35t/h鍋爐供3.9MPa飽和蒸汽。蒸汽流量使用渦街流量計測量，儀表配置如圖3所示。鍋爐投入運行后，各路蒸汽分表的示值之和與總表經平衡計算的差值≤1%R，發汽量與進水量平衡測試結果也令人滿意。運行三個星期后出現了新情況，即去除氧器的一套蒸汽渦街流量計示值有時會突然跳高，從而使分表之和比總表示值高約20%。

在現場了解情況時，儀表人員觀察到了流量計示值突然跳高的現象。從記錄紙上可清楚看出，測量范圍為0～10t/h的除氧器耗汽流量，正常時在3t/h左右波動，*高時也未高于5t/h；但在異常情況發生后，流量示值突然跳到10t/h以上并長時間維持此值。儀表人員立即到蒸汽分配器處觀察，發現去除氧器的一路蒸汽管有異常的振動，管內壓力有周期性的小幅度擺動。儀表人員又到除氧器處觀察，其蒸汽系統如圖4所示。

3.9MPa蒸汽經壓力調節器直接作用，減壓到0.6MPa后，再經用于除氧溫度控制的偏芯旋轉閥送出。觀察發現，經減壓后的蒸汽壓力在0.1～0.8MPa之間大幅度、周期性地擺動，周期約4s；而偏芯旋轉閥閥位并無明顯擺動。顯然，壓力振蕩是由直接作用式壓力調節系統振蕩引起的。因此，建議熱力工程師將減壓前的切斷閥緩慢關小，直至振蕩停止，流量示值也就恢復正常。分析上述現象，歸納如下。

①流量示值突然跳高是由于流體從定常流突然變為脈動流。

②脈動流的形成源于減壓閥振蕩。

③減壓閥振蕩是因其兩端壓差大，閥門開度小，閥芯還可能存在一定的干摩擦。

④關小調節閥的上游切斷閥后，減壓閥開度增大，振蕩停止。這是因為閥門開大后，減壓閥兩端壓差減小，等效放大系數相應減小。

⑤減壓閥應盡早拆開檢查，改善干摩擦、清除卡滯，以徹底消除產生脈動的根源。

2.2 減壓閥引入的脈動及其克服方法

該實例發生在上海的一幢88層大廈。大廈所屬鍋爐房經分配器向洗衣房供汽。因蒸汽壓力太高，所以中間設置了一個直接作用式減壓系統。減壓與流量測量系統如圖5所示。

該系統投運后的*初幾年，運行一直良好。白天和上半夜，洗衣房開工，蒸汽流量在1.0～2.5t/h之間波動；后半夜收工后，流量減為0.2t/h左右。但在2007年1月的一次停車小修之后，情況發生了變化。其中，開工期間的流量變化范圍并無異樣，而停工期間的流量示值卻大幅度升高，甚至比開工期間的*大流量還要大。因此，有關人員特地在收工期間進行檢查。典型流量曲線如圖6所示。

分析減壓閥異常原因過程中，因為不論流量大與小，減壓閥后的壓力總是穩定在0.4 MPa，所以，人們一直認為它是好的，沒有懷疑的必要。但在一籌莫展的情況下，不得不開始懷疑減壓閥。于是，通過閥門V3對出口壓力進行控制，而將閥門V2逐步關小，直至關死。待切換完畢，流量示值跌到0.2t/h以下，從而真相大白。后來，維修人員更換了減壓閥的金屬膜片，*終處理了故障。

這一故障的處理帶給筆者的啟發大致有以下幾條。

①一臺減壓閥能將出口壓力(或進口壓力)穩定地控制在規定值，從而完成其主要任務，但不能因此而忽視其對流量測量可能存在的影響。

②一臺減壓閥在開度大的時候可能對流量測量不存在影響，但不能因此斷定在開度小的時候也不存在影響。因為閥門前后的壓差不同、開度不同、管網的配置不同等，都可能影響減壓閥的穩定性。

③減壓閥是否振蕩，通常觀察它是否存在明顯的振動，閥芯是否存在明顯的抖動，是否發出振蕩叫聲。但即使無振動、無抖動也無叫聲，也不能作出不振蕩的判斷。

④檢驗減壓閥是否振蕩并對渦街流量計產生干擾，*可靠和簡單的辦法就是跳開減壓閥，改由旁通閥控制。

⑤減壓閥振蕩(或僅在某一開度存在振蕩現象)導致渦街流量計示值偏高，是由于振蕩引起流動脈動，干擾渦街流量傳感器的工作。

⑥解決減壓閥振蕩的方法是對減壓閥進行維修或改善其工作條件，使振蕩條件不成立。

3、結束語

在渦街流量計與調節閥(減壓閥)串聯安裝在同一根管道的情況下，要特別留心調節閥可能存在振蕩及振蕩對渦街流量計量的影響。破壞振蕩的條件、消除振蕩是消除調節閥(減壓閥)對渦街流量計產生影響的較直接的方法。在*終無法根除振蕩的情況下，也可在流量計與干擾源之間增設阻尼器，阻斷流動脈動的傳遞。