铭宇自控智能涡街流量计在石油行业中再次成功应用
智能型涡街流量计是老式模拟的涡街流量计的更新换代产品，智能型涡街流量计不仅可以带4~20mA输出，还可以带RS232通讯协议，可以直接与计算机联网，便于远程监控和操作。智能涡街流量计的z大优点是抗振性能特别好，无零点漂移，可靠性高。
1、智能涡街流量计工作原理
智能涡街流量计的用途非常广泛，可以测量液体、气体和蒸汽，可以测量高温介质而不必分体式安装，也可以测量低温介质，同一台仪表可以用于温度在-200~427℃的工况下测量。由于涡街信号是频率信号，因此，不需要对仪表进行调整零点或量程漂移的定期维护。在一些涡街仪表的设计中，传感机构没有孔或缝隙，这样仪表就不会发生堵卡。智能涡街流量计具有宽量程（当雷诺数大于10000时可达30:1）、高精度、口径范围宽（15~300mm）、可靠性高、泄漏点少及压力损失小等特点。但是智能涡街流量计的使用也有一定的条件限制：一是对雷诺数、速度和背压的限制；二是不能测量高黏度的流体、浆料或流速过低的流体；三是上游和下游直管段的要求。
宽量程以及简单的安装与调试，使智能涡街流量计成为近10年来发展z为迅速的流量技术之一。涡街流量计z初被广泛用于蒸汽流量的测量，这是由于两个主要原因：一是由于没有导压管，涡街技术简化了流量计的安装。涡街技术可以测量高温介质，而不必分体安装传感器，因此不需要价格昂贵的冷却处理；二是由于没有导压管，避免了由于维护不当而产生附加测量误差。涡街流量计在许多种流量测量中也得到了应用，如水、空气和氮气。但是，当智能涡街流量计在要求更加苛刻的工况中使用时，仪表设计中存在的一些不足之处也开始暴露出来，通常是由于管线振动和传感器积垢或堵塞所引起的测量误差。
2、采用的先进技术
（1）在解决振动引起误差方面的技术
涡街的生成是一种基于频率的现象，如果电子部分不能区分振动产生的频率和流体流动产生的频率，仪表的输出就容易出错。微处理器是*个被用于涡街技术的主要增强技术。在过程仪表中引进微处理器，有助于仪表进行通信和数字信号传输，微处理器与涡街技术的自然结合，为改善传感器的信号处理提供了一个解决方法。无论液体还是气体，涡街流量计在满量程范围内所测的频带在250:1的系数以上变化。对于尺寸在口径范围内的管道，动态工作范围扩大为10000:1。在未采用微处理器时，要解决这个复杂的关系，必须在仪表体中采用不同的电路设计。采用微处理器后，电子部分可以根据需要在大范围内调节量程，而不必改变内部模拟电路。采用微处理器的另一个优点是可以进行数字通信。涡街流量计中采用微处理器，可以显著地减小启动和投运时间。现在的智能涡街流量计只需输入6个参数，就可以投入运行，使仪表的组态时间从45min减少到小于15min，另外，组态可以完全远程进行，而不必将电子部分暴露在现场中。电子部件发生故障时，也可以保存和重新装载组态信息。
增强的第二个主要技术是低功耗的ASIC（专用集成电路）技术与DSP（数字信号处理器）技术的结合。在微处理器的控制下，这两个技术的结合使得仪表在噪声环境中能够调整信号处理，达到z优的性能。如前所述，如果不能地将振动频率滤掉，那么测量结果会出错。这对于低频和高频噪声部分都是一个难点。流速高时，被测流体会产生使流量信号发生畸变的低频噪声。流速低时，涡街信号的幅值小，会受到低频和高频噪声部分的干扰。这些因素与因流量和密度范围的增加而引起的电位幅度变化叠加在一起。信号幅度（A）、密度（ρ）和流速（V）的关系为：
密度不变时，典型应用中可用的流速范围约为25:1，与之对应的信号幅度范围为625:1。另外，从大气压下的空气到液体，其密度变化范围为800:1。目前市场上的许多涡街流量计还在使用模拟技术过滤旋涡信号，这些滤波器不仅会发生模拟漂移，而且随时间的衰减还是静态的，不会根据实际工况的要求变化而进行调整，这将z终导致测量误差。尽管可以对某个特定的流量条件加强滤波，但是也存在着滤掉好的流量信号可能性。在某些点上，这种调整可能会使流量信号也一起被滤除。一旦确定了z优的滤波设置，如果工况或使用情况发生了变化，那么该滤波方案就有可能失效。另外，电子部件本身的变化也会影响使用情况，如随着时间的推移而发生的正常衰减，或者温度变化对关键部件的影响等。如果使用先进的DSP技术，就可以根据实际使用情况来优化滤波器，并可以根据工况变化进行动态调节。该滤波技术的基础是数字带通滤波器，可以根据管道尺寸和被测介质类型（液体或气体）进行调节，将单独的低通和高通滤波器串联起来可以构成带通滤波。
预置过的低通滤波器使滤波过的涡街信号仍然可以在实际的流量范围内保持相对恒定的水平，高通滤波器进行动态调整以适应旋涡频率的变化，这样在将噪声减小到z小的同时可以保持旋涡信号的强度。z后，信号阈值检测算法确保被衰减的噪声部分被滤除。接收的旋涡信号必须有足够的幅度以突破所设置的触发电平。总之，这些滤波器能提供的性能，并保持信号的完整性。由于这是数字滤波，因此，可以远距离调节滤波器的设置，并且可以对某一方面特定应用情况进行优化。
（2）解决涡街传感器堵塞或积垢的先进技术
智能涡街流量计表体和传感机构设计的改进使仪表抗干扰能力和可靠性得到提高。较早的涡街流量计是通过管道内漩涡发生体上或紧靠发生体的传感器测量分离频率。由于化学腐蚀以及流束引起的磨损，传感器很容易损坏，现在涡街流量计的传感器设计在流体流束外。一种解决涡街传感器堵塞或积垢的先进技术就是将传感器与表体一体化浇铸。这就消除了易堵塞并影响仪表运行的端口或缝隙，省去了形密封圈可以消除仪表泄漏，不必担心材料的兼容。
（3）用于仪表和过程诊断的先进技术
智能涡街流量计正在逐渐形成自诊断的功能。有了诊断功能，用户可以了解到管道内的情况，解决了因仪表从管道上拆下来造成整个生产过程停产的问题。另外，诊断功能还可以简化例行的装置检查，降低维护费用并可以增加正常运行时间。
由于智能涡街流量计是以频率为基础，因此在提供诊断工具方面有特别的便利。涡街流量计除了能读取频率外，也能产生频率，在此模式下，仪表可以模拟用户的实际工况给定一个上升时间，使仪表在两个预置的流速间线性的或连续的输出频率。在使用这些功能时，传感器并不需要被真正断开连接，但其输出信号被切断，由内部频率发生器取代流量信号。用数字手操器可以远程控制流量模拟。这个工具对于排除仪表或回路故障都是非常有用的，如果使用外部频率发生器，可以按ISO的要求向仪表输入模拟信号，以验证仪表的输出，
式1表明，信号的幅值与密度和速度平方成正比，这个关系提供了另外一个有用的诊断工具。将滤波过的信号幅值与预置的触发电平进行比较，可以验证能否得到足够的信号强度，以保证读数的性。一般建议信号电平与触发电平之比的z小值为4:1，这样，在调节漩涡传感器中正常存在的信号幅值时，可以使带内噪声的滤除率z大。当这个比例降到4:1以下，可以通过调整滤波器的设置改善流量信号。在带有DSP的涡街流量计中可以通过人工方法改变每个滤波器参数或通过使用优化滤波器功能的自动方法来进行调整。优化滤波器功能可以对某个给定的介质密度给出可能的z宽衰减比以z大限度的滤除带内噪声。
3 工程上的成功应用
（1）先进的技术改善了污水流量测量
在哈萨克斯坦扎那诺尔油气处理新厂含油污水处理装置中，由于工艺采用短流程、低压处理技术，要求污水计量仪表在性能上应能满足一定的要求：一是污水含硫化氢较高，仪表不能有泄漏；二是污水含泥沙，仪表不能有堵塞情况；三是流程短、压力低，要求仪表压力损失z小；四是油田工况变化范围大，仪表要考虑宽的流量范围；五是仪表安装要求空间小，抗震动强。
设计中对超声波、电磁、差压式流量计进行分析评估，差压式流量计存在着泄漏危险；超声波流量计测量困难；电磁流量计安装要求高、投资高，抗硫化氢腐蚀差。设计选用先进的涡街流量计后，仪表的传感机构与仪表体浇铸在一起，取消了导压管，消除了堵塞的可能性。选用的涡街流量计具有自适应数字信号处理的能力，以达到所需的30:1的变化范围。采用自适应DSP，滤波方法可以进行调节，以适用于较宽工艺范围。
（2）先进的表体设计改善了蒸汽计量
在哈萨克斯坦扎那诺尔油气处理新厂锅炉蒸汽计量中，应用先进的一体化设计的涡街流量计，解决了以往用差压式流量计由于引压管造成的蒸汽泄漏，冬季保温测量误差大的问题，实际测量精度达到±1.35%。而且由于涡街流量计安装在管道上压力损失小，对锅炉技能效果非常明显。相对孔板流量计，涡街流量计选型设计计算简单容易，可节省大量设计安装时间；涡街流量计所需测量直管段比孔板小，在现场地方窄小不能完全满足所需直管段要求时，通过调整涡街流量计的流量系数进行修正。涡街流量计由于无任何可动部件，生产维护非常方便，工作量小。
（3）先进的防震动设计和在线自诊断功能是天然气计量的有效途径
在哈萨克斯坦扎那诺尔油气处理新厂设计中应用先进的智能涡街流量计计量分离器出口、压缩机、气举压缩机出口的天然气流量。由于数字信号处理器DSP技术和滤波技术的成功应用，解决了压缩机出口天然气震动较大的问题。由于涡街流量计的输出脉冲信号不受流体密度、黏度和组分等变化的影响，可使用一种典型介质进行标定而适用于实际被测介质。例如，用于测量液体的涡街流量计可以用水标定；用于测量气体的涡街流量计可以用空气标定。通过在线修正仪表系数，改变天然气工况流量范围，在DCS系统中在线修改天然气压缩系数并根据工况温度、压力自动跟踪天然气压缩系数，使天然气计量达到用户满意的效果。
4、涡街流量计在线温度、压力及密度的补偿
（1）涡街流量计使用中温度、压力补偿
智能涡街流量计的仪表系数K在一定的雷诺数范围内仅与旋涡发生体的形状和管道尺寸有关，但是当流量计测量质量流量时，流量计的输出信号就要受被测介质的密度、黏度和组分的影响。被测介质为气体时，涡街流量计在工作时测得的是实际工况下的体积流量。实际工况下的体积流量应先折算成设计工况下的体积流量，再折算成标况下的体积流量，然后乘以标况下气体的密度，从而得出质量流量。体积流量由实际工况折算成设计工况时，必须考虑温度、压力补偿。如果流量计的示值为质量流量，则还应考虑由于气体组分变化而引起的密度变化，即必须进行密度补偿。
（2）涡街流量计使用中天然气压缩系数补偿
当天然气压力超过4.0MPa，天然气压缩系数K是随温度、压力、流量值变化的，由于压缩机出口压力和气举压缩机出口压力较高，在应用涡街流量计测量天然气时进行温度、压力补偿运算的基础上，在DCS系统中计算天然气超压缩因子自动跟踪工况下的压缩系数K，保证了天然气流量测量的性。
5 总结
（1）针对不同的使用场合，对涡街流量计进行必要的参数补偿，不但可提高涡街流量计计量的准确度，还可为企业能源核算提供可靠的计量数据。
（2）由于涡街流量计技术的进步，石油生产过程中一些苛刻工况如：安装位置受限，冬季保温、工况变化范围大、压损小、震动环境、高温、低温、高压力、泄漏限制、腐蚀介质等情况下，使液体、气体流量测量变的很简单。
（3）涡街流量计适应于多种工况，可以减少流量计应用种类，为工厂流量测量仪表维护带来方便，应用涡街流量计的远程诊断技术．提供仪表在线组态。参数调整、过程信息采集、故障预测等功能，可以降低运行维护费用。
（4）随着涡街测量技术的发展，不久的将来，多变量测量流量、一体化温度压力补偿的新型涡街流量计会为流量计量带来更快发展。
涡街流量计在测量沼气安装流量计的时候，安装点的上游较近处若装有阀门，不断地开关阀门，对传感器的使用寿命影响极大，非常容易对传感器造成*性损坏、传感器尽量避免在架空的非常长的管道上安装，这样时间一长后，由于传感器的下垂非常容易造成传感器与法兰间的密封泄露，若不得已要安装时，必须在传感器的上下游2D处分别设置管道紧固装置。
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