涡街流量计的两种相反失效
无流量时有读数，有流量时读数为零 · 仪表典型失效模式 · 流量
全文约 2300 字 | 阅读约 6 分钟 | 图表 2 张 | 难度 ★★★☆☆ |
同一个装置，两台涡街流量计，两个方向相反的投诉。
一台装在蒸汽管上。装置降到六成负荷以后，流量显示突然掉到零，画面上一条平直的线躺在底部。可现场明明还在用汽——疏水器还在动作，管道还是烫的。
另一台装在冷凝液管上。泵停了、阀关了，管里根本没有流量，读数却在二到五之间跳动，一天累计下来还有几十吨。
两台表都刚检定过，证书都合格。
巧的是，这两个毛病最后都指向同一个参数——而且往哪个方向调，都只能治一头。
一个让你少算，一个让你多算。
而它们共用同一个旋钮。
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01
涡街表测的是频率，不是流量
涡街流量计的原理是卡门涡街：流体流过管道里的一根阻流体，在它后方交替脱落漩涡，脱落频率与流速成正比。传感器数出频率，除以仪表系数，就得到流量。
这里有一个前提常被当成理所当然——仪表系数是个常数。它之所以是常数，是因为描述涡街的斯特劳哈尔数在一定条件下保持恒定，而这个条件是雷诺数足够高。
图 1 仪表系数随雷诺数的变化（曲线形状为示意，分界值取常见工程判据）
雷诺数高于两万左右，仪表系数稳定，表是线性的；降到两万以下，斯特劳哈尔数开始变化，同样的流速对应的频率不再准确；再往下到五千附近，漩涡不能稳定脱落，表基本失效，读数归零。
所以涡街表有一个物理意义上的量程下限。它不是电子设定的，调参数改不了。
▍这个下限由介质决定，不由表决定
雷诺数等于密度乘流速乘管径除以黏度。表选定之后管径就固定了，剩下的密度和黏度全是介质的属性。也就是说，同一台表换个介质，量程下限就变了。
图 2 同一台 DN100 涡街表在不同介质下的最小可测流速（按雷诺数大于两万反算）
水只要零点二米每秒就够了，饱和蒸汽在一兆帕下需要零点五八，压力降到零点三兆帕就要一点六五——同一根蒸汽管，操作压力变了，量程下限差了近三倍。
最极端的是重油。要让它达到雷诺数两万，流速得到二十一米每秒，远远超过液体管道的常用流速上限。这类高黏介质从原理上就不适合用涡街，不是选型不当，是物理上做不到。
回到开头那台蒸汽表：装置降负荷，蒸汽流速下降，雷诺数跌破下限，读数归零。表没坏，它只是走出了自己能工作的区间。而这段时间的用汽量，在计量上就消失了。
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02
另一头：振动被数成了流量
涡街表的传感器多数是压电元件，检测的是漩涡脱落引起的交变作用力。问题在于，压电元件对机械振动同样敏感——它分不清力是漩涡给的，还是管道自己在抖。
于是泵的振动、压缩机的脉动、邻近管道的冲击、阀门关闭后的水锤余振，只要频率落在仪表的信号带内，就可能被当成漩涡数进去。管里没有流量，表上有读数。
厂商对此有对策，主要是三层：
结构与算法上的抗振 双压电元件差动检测 漩涡信号反相、振动信号同相 差动可抑制大部分共模振动 按流量范围做频率窗口滤波 | 参数上的兜底 低流量切除：设一个阈值 阈值以下强制显示为零 投用时设一次，此后很少再动 它同时也切掉了真实的小流量 |
前两层是好设计，代价只是成本。真正的麻烦在第三层。
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03
同一个旋钮，两个方向
低流量切除的设定值，同时决定了两件事：能挡掉多大的振动噪声，以及会丢掉多小的真实流量。
现场遇到无流量时有读数，最直接的处理是把切除值调高。这确实立竿见影——但它同时把真实的低流量一起切掉了。装置低负荷运行时，本来就在量程下限附近的那部分流量，现在被彻底抹平。
反过来，如果发现低负荷时读数丢失，把切除值调低，振动噪声又回来了。
更麻烦的是，这两种失效往往不在同一个时间出现：振动误计数多发生在停车、切换、启泵的时刻；低流量丢失多发生在长期低负荷运行期间。同一台表在不同时期表现出相反的毛病，而处理它们的人常常不是同一批。
把切除值调高，无流量时的假读数没了，
真流量的一部分也没了。
要跳出这个两难，只能承认一件事：切除值只是一道遮羞布，它掩盖症状，不改善测量。真正的解决要么在振动源，要么在选型。
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04
怎么判断是哪一种
现场鉴别方法 1 断流验证：关闭上下游阀门，管内确无流量时观察读数。仍有读数即为振动误计数 2 停机对照：记录泵或压缩机启停瞬间的读数跳变，与振动源做时间关联 3 核算雷诺数：用实际操作工况的密度和黏度算一次，看当前流量是否在线性区内 4 查切除值：读出低流量切除的当前设定，换算成流量，与低负荷工况对比 5 旁证核对：与蒸汽平衡、冷凝液回收量、泵的运行时间做交叉验证 |
第三条最容易被跳过，也最关键。它是一次纯计算，不需要停车、不需要拆表，只要拿到实际工况的介质物性。如果算出来当前流量对应的雷诺数只有几千，那么无论怎么调参数，这台表在这个工况下都给不出可信读数。
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05
能做什么
选型时按最低工况算，不要按正常工况算。涡街表的量程比通常标到十比一以上，但那是在雷诺数满足的前提下。真正决定下限的是装置最低负荷、介质最不利物性（低压、低温、高黏）时的雷诺数。这一步算了，后面很多问题都不会发生。
缩径是一个有效手段。低负荷段测不到，往往是管径相对流量偏大。在流量计段做缩径，流速提高、雷诺数上升，量程下限随之下移。代价是压损增加，需要权衡。
把振动当成安装问题来解决。远离泵出口和压缩机，增设管支架，避开共振管段。这比调切除值有效得多，也不会牺牲量程。选型时还可以关注厂商给出的抗振指标。
记录切除值，并写进交接资料。这个参数被调整过的记录几乎从不留档，于是几年之后没人知道当前的零读数是真的没流量，还是被切掉了。它应当和量程、K 系数一样，出现在仪表台账里。
高黏介质换原理。重油、渣油、高黏聚合物这类介质，容积式、科氏力、电磁（若导电）都比涡街合适。这不是调参数能补救的事。
读数为零，可能是没有流量，
也可能是这台表已经看不见流量了。
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▽ 参考资料（5 项）
· ISO 12764 封闭管道中流体流量测量 用涡街流量计测量流量
· ASME MFC-6 Measurement of Fluid Flow in Pipes Using Vortex Flowmeters
· GB/T 30832 涡街流量计
· ISO 10816 机械振动 非旋转部件上的振动测量与评价
· 各厂商涡街流量计选型手册 · 最小雷诺数与抗振规格
留言区 你们的涡街表，低流量切除值是多少？有人知道吗？ 有没有遇到过装置低负荷时流量突然显示为零的情况？ |