水煤漿流量計在煤化工行業(yè)中的應用經(jīng)驗
點(diǎn)擊次數：2102 發(fā)布時(shí)間：2021-09-08 02:46:35
水煤漿是由60%～70%具有一定粒度級配的煤粉和30%～40%的水及一定量添加劑組成的混合物。由于分散劑和穩定劑等添加劑的作用，使水煤漿成為一種具有較好流動(dòng)性和穩定性的均勻的液固兩相流，屬于非牛頓流體中的賓漢塑性流體，俗稱(chēng)漿液。由于受參比流動(dòng)條件（充分發(fā)展的速度分布、牛頓流體、均勻單相流體、穩定流等)的限制，絕大多數推理式流量計都不適于這種流體的流量測量。
水煤漿流量計與其它流量計相比*顯著(zhù)的特點(diǎn)是：水煤漿流量計的原理是利用法拉*電磁感應定律，直接測量的是管道橫截面內的面平均流速，因此，測量不受流體密度、粘度、溫度、壓力、電導率和雷諾數變化的影響；沒(méi)有阻流件，幾乎沒(méi)有壓力損失，也不會(huì )在高流速情況下因阻流件而產(chǎn)生氣蝕，不但*易造成儀表的測量誤差，嚴重時(shí)還會(huì )瞬間造成儀表?yè)p壞。因此，近年來(lái)水煤漿流量計在水煤漿測量中得以廣泛應用。
應當特別指出的是，由于不同漿液的流變學(xué)性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)和脈動(dòng)流情況的不同，對電磁流量傳感器的材料、結構和對電磁流量轉換的信號處理能力的要求也不盡相同。如果選型或使用不當就會(huì )出現各種問(wèn)題。
1、水煤漿流量計（以下有時(shí)簡(jiǎn)稱(chēng)“儀表”）在水煤漿流量測量中的常見(jiàn)問(wèn)題、產(chǎn)生原因和解決方法
水煤漿流量計在水煤漿的流量測量中，*常見(jiàn)的問(wèn)題是儀表的流量顯示不穩定，其主要原因是：
1.1 隔膜泵產(chǎn)生的脈動(dòng)流及解決方法
水煤漿向氣化爐輸送時(shí)的重要要求是流量的適度和穩定，以保證水煤漿的氣化率。例如，根據“德士古”氣化爐的工藝要求，水煤漿在噴嘴處的壓力需達到6～9.6MPa以后甚至更高。所以，目前水煤漿都是用隔膜泵，通過(guò)活塞的沖程加壓進(jìn)行輸送，只要使用活塞隔膜泵，打出的流體就必然會(huì )產(chǎn)生脈動(dòng)，即使在滿(mǎn)負荷高頻率運行的情況下，加壓打出的流體的脈動(dòng)波動(dòng)量也相當大，一般在6%～15%?？梢愿鶕唧w管線(xiàn)條件，用以下方法（單用或混用）滿(mǎn)足氣化爐對水煤漿流量及速度分布的要求。
（1）*好的方法是保證儀表上游必要的管段長(cháng)度，在考慮按照水煤漿流量計的具體安裝要求選擇安裝位置。
（2）在工藝管道的適當部位擴徑后加適用的流動(dòng)調整器，可減少上述直管段長(cháng)度至，但會(huì )產(chǎn)生一定的壓力損失。
（3）用多隔膜（目前*多為三腔）活塞泵替代單腔活塞泵，以增加脈動(dòng)頻率，減小脈動(dòng)幅度。但是，若多隔膜活塞泵中的某一個(gè)工作腔出現故障，就會(huì )加大流體的脈動(dòng)量，而且每一個(gè)工作腔的工作狀態(tài)不能在中央控制室進(jìn)行監控，只能反映在儀表的瞬時(shí)流量顯示及輸出信號的波動(dòng)上，要及時(shí)檢查泵的工作情況，發(fā)現異議后應及時(shí)排除。
另外，在水煤漿制備及普通燃燒鍋爐的加壓輸送環(huán)節采用的是“螺桿泵”，它在不同轉速下所產(chǎn)生的脈動(dòng)流的波動(dòng)量很小，一般不會(huì )影響儀表對流量的測量和控制。
1.2 *化現象的干擾及水煤漿流量計的選用
在水煤漿等液固兩相流的流量測量中，當固體顆粒和纖維擦過(guò)電*表面時(shí)，與電*表面的接觸電化學(xué)電勢（即*化電壓）突然變化，造成從傳感器輸出的電*檢測信號出現尖脈沖狀的漿液噪聲干擾，造成流量顯示和輸出信號的波動(dòng)，波動(dòng)量的大小與傳感器的勵磁電流頻率成1/f的頻譜特性關(guān)系。而金屬顆粒對電*的摩擦會(huì )產(chǎn)生嚴重的瞬間尖脈沖干擾。
1.3 水煤漿中摻雜金屬物質(zhì)及鐵磁性物質(zhì)產(chǎn)生的干擾和解決方法
1.3.1 金屬物質(zhì)的來(lái)源
（1）原煤本身含有金屬物質(zhì)成分；
（2）開(kāi)采過(guò)程：在煤炭的開(kāi)采過(guò)程中難免與采掘設備摩擦、碰撞摻入各種金屬殘屑；
（3）制漿過(guò)程：原煤通過(guò)輸送帶送至棒磨機或球磨機與造紙廢液、甲醇廢液等添加劑混合進(jìn)行研磨，制成煤粉含量為60%～70%、密度為1250～1286kg/m3、動(dòng)力粘度為700～3000cP的水煤漿。在水煤漿的磨制過(guò)程中，也會(huì )摻入與球磨機墨棒碰撞磨落的金屬顆粒；
（4）內管壁氧化：水煤漿向氣化爐（或燃燒爐）的輸送管道一般采用20號鋼，在停機期間，內管壁會(huì )產(chǎn)生氧化層-鐵銹，當再次開(kāi)機時(shí)，由于水煤漿對管道內壁的摩擦作用使氧化層磨落為氧化鐵屑混入水煤漿中。
（5）其它原因。水煤漿中摻雜的這些金屬顆粒不但會(huì )產(chǎn)生上述嚴重的瞬間尖脈沖干擾，還會(huì )造成活塞泵及其它設備的磨損。更為嚴重的是，其中的鐵磁性物質(zhì)會(huì )對儀表產(chǎn)生更加嚴重的干擾。
1.3.2 鐵磁性物質(zhì)產(chǎn)生的干擾
水煤漿流量計工作時(shí)，傳感器測量管內產(chǎn)生的磁場(chǎng)會(huì )使金屬顆粒中的鐵磁性物質(zhì)磁化，單獨或與污垢及其它金屬成分混合貼附在傳感器電*及周?chē)囊r里上，影響水煤漿流量計工作磁場(chǎng)的穩定。金屬成分會(huì )使兩電*間的絕緣電阻發(fā)生變化，絕緣電阻減小則信號減弱；若金屬物質(zhì)導通兩個(gè)電*就會(huì )產(chǎn)生短路而沒(méi)有信號；當吸附在電*和襯里上的鐵磁性物質(zhì)被流體沖刷脫落時(shí)，又會(huì )使*化電壓突然減少，造成儀表顯示的突然波動(dòng)；若鐵磁性物質(zhì)及其它金屬物質(zhì)摻雜在流體中，則會(huì )使磁場(chǎng)增強信號增大。
1.3.3 解決方法
（1）*好在水煤漿制做的末道工序進(jìn)行磁過(guò)濾；
（2）*好采用不銹鋼輸送管道；
（3）根據具體情況定期或不定期的對電磁流量傳感器進(jìn)行檢查清理；
（4）選用適合的原煤或水煤漿。
1.4 絕緣性沉積結垢對測量的影響及解決方法
若絕緣性沉積結垢覆蓋電*表面，則測量信號會(huì )被斷路?？筛鶕唧w情況定期或不定期的對電*表面進(jìn)行檢查清理。
1.5 氣泡對測量的影響及解決方法
水煤漿中若含有氣泡會(huì )對測量造成影響，嚴重的還會(huì )造成空管報警，促使4～20mA信號回零。
長(cháng)期實(shí)用表明，E-Mag漿液型水煤漿流量計具有解決這一問(wèn)題的明顯優(yōu)勢，它具有以下特點(diǎn)：
（1）E-Mag漿液型水煤漿流量計的SMART（智能）轉換器采用專(zhuān)有的漿液型E-MagMaster水煤漿流量計校驗設置數據軟件；采用新穎的勵磁方式，功耗低，零點(diǎn)穩定，精確度高，反應速度快；具有自檢和自診斷功能；流量范圍可達1500：1；采用SMT（表面安裝）技術(shù)等優(yōu)點(diǎn)。
（2）新穎的勵磁方式：高頻勵磁具有很強的抑制“漿液噪聲”的能力，低頻勵磁又有零點(diǎn)穩定等優(yōu)點(diǎn)。因此，E-Mag漿液型水煤漿流量計能夠有效地解決在測量水煤漿等導電性液固兩相流中造成的瞬時(shí)流量顯示及輸出信號波動(dòng)的問(wèn)題。
（3）檢測電*采用不銹鋼涂覆碳化鎢。該材質(zhì)即耐磨又能解決“電化學(xué)干擾噪聲”造成的流量信號波動(dòng)問(wèn)題。對于工作壓力小于4MPa的電*結構采用內插式，對于工作壓力大于4MPa的電*結構采用外插式。
（4）襯里采用耐磨的聚氨脂材料并經(jīng)過(guò)特殊工藝處理成型。
（5）采用進(jìn)/出口保護法蘭：流量計本體法蘭和工藝管道法蘭安裝夾緊后，水煤漿對聚氨脂襯里在流量計本體法蘭外密封面上“翻邊拐角”處的變形部分產(chǎn)生磨損，10～20天聚氨脂襯里將逐步撕裂脫落造成傳感器報廢。而采用在流量計本體法蘭內安裝特殊結構的進(jìn)/出口保護法蘭的方法就能完全解決這一問(wèn)題。
（6）傳感器內壁采取燕尾槽結構設計，以避免氣化爐停車(chē)后形成的負壓造成襯里鼓泡甚至撕裂。
（7）傳感器經(jīng)多次打壓檢查電*絕緣強度。
（8）根據氣化爐的工藝特點(diǎn)采取三臺水煤漿流量計配組串聯(lián)校驗。以保證其精確度的一致性。
需要說(shuō)明的是，流量是否穩定是由儀表顯示的，儀表顯示的流量不穩定除上述原因外，時(shí)間常數的設定只是一個(gè)非實(shí)質(zhì)性原因。水煤漿流量計的時(shí)間常數可在1~100秒的范圍內分段設定，時(shí)間常數設定的越短，儀表對流體的脈動(dòng)就越敏感，只要流體的脈動(dòng)量能夠滿(mǎn)足氣化爐工藝條件的要求，就可以把儀表的時(shí)間常數設定在適當范圍，消除或減少脈動(dòng)顯示，以便進(jìn)行脈動(dòng)變化的監測。
2 E-mag漿液型水煤漿流量計在水煤漿行業(yè)的應用
2.1 安裝要求
嚴格按照水煤漿流量計使用說(shuō)明書(shū)中的要求安裝，并且盡可能地將三臺水煤漿流量計安裝在氣化爐頂部。
2.2 使用建議
（1）在單機試車(chē)階段不要對水煤漿流量計送電，先用水煤漿對管道內壁進(jìn)行循環(huán)磨擦除銹，否則鐵銹會(huì )被傳感器內壁的磁場(chǎng)吸附在電*附近，對電*形成*化電壓干擾而造成流量計的波動(dòng)。氣化爐停車(chē)后先將水煤漿流量計停電，然后再清洗管道，避免因通電使傳感器內形成磁場(chǎng)，使吸附在電*附近的鐵磁性物質(zhì)不能被沖洗干凈。
（2）若多隔膜活塞泵的某一個(gè)工作腔出現異常，流量值的變化可能不大，但流體脈動(dòng)的波動(dòng)量會(huì )加大。應及時(shí)監視活塞泵每一個(gè)工作腔壓力表的指示是否均衡，并及時(shí)進(jìn)行故障排除。
（3）若水煤漿中所含的大金屬顆?；驓馀菽Σ?、碰撞電*而產(chǎn)生的瞬間尖脈沖干擾頻繁出現時(shí)，應檢查水煤漿的質(zhì)量。
（4）由于傳感器襯里受適用溫度的限制，不能用蒸汽沖洗水煤漿管線(xiàn)。
2.3 流量計的參數設定
當電磁流量傳感器不能按照*佳的安裝條件安裝使用時(shí)，可以調整流量計的時(shí)間常數，以犧牲靈敏度為代價(jià)彌補脈動(dòng)流造成的波動(dòng)，建議阻尼時(shí)間調整不要超過(guò)30秒，以5～15秒為*佳。
水煤漿流量計與其它流量計相比*顯著(zhù)的特點(diǎn)是：水煤漿流量計的原理是利用法拉*電磁感應定律，直接測量的是管道橫截面內的面平均流速，因此，測量不受流體密度、粘度、溫度、壓力、電導率和雷諾數變化的影響；沒(méi)有阻流件，幾乎沒(méi)有壓力損失，也不會(huì )在高流速情況下因阻流件而產(chǎn)生氣蝕，不但*易造成儀表的測量誤差，嚴重時(shí)還會(huì )瞬間造成儀表?yè)p壞。因此，近年來(lái)水煤漿流量計在水煤漿測量中得以廣泛應用。
應當特別指出的是，由于不同漿液的流變學(xué)性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)和脈動(dòng)流情況的不同，對電磁流量傳感器的材料、結構和對電磁流量轉換的信號處理能力的要求也不盡相同。如果選型或使用不當就會(huì )出現各種問(wèn)題。
1、水煤漿流量計（以下有時(shí)簡(jiǎn)稱(chēng)“儀表”）在水煤漿流量測量中的常見(jiàn)問(wèn)題、產(chǎn)生原因和解決方法
水煤漿流量計在水煤漿的流量測量中，*常見(jiàn)的問(wèn)題是儀表的流量顯示不穩定，其主要原因是：
1.1 隔膜泵產(chǎn)生的脈動(dòng)流及解決方法
水煤漿向氣化爐輸送時(shí)的重要要求是流量的適度和穩定，以保證水煤漿的氣化率。例如，根據“德士古”氣化爐的工藝要求，水煤漿在噴嘴處的壓力需達到6～9.6MPa以后甚至更高。所以，目前水煤漿都是用隔膜泵，通過(guò)活塞的沖程加壓進(jìn)行輸送，只要使用活塞隔膜泵，打出的流體就必然會(huì )產(chǎn)生脈動(dòng)，即使在滿(mǎn)負荷高頻率運行的情況下，加壓打出的流體的脈動(dòng)波動(dòng)量也相當大，一般在6%～15%?？梢愿鶕唧w管線(xiàn)條件，用以下方法（單用或混用）滿(mǎn)足氣化爐對水煤漿流量及速度分布的要求。
（1）*好的方法是保證儀表上游必要的管段長(cháng)度，在考慮按照水煤漿流量計的具體安裝要求選擇安裝位置。
（2）在工藝管道的適當部位擴徑后加適用的流動(dòng)調整器，可減少上述直管段長(cháng)度至，但會(huì )產(chǎn)生一定的壓力損失。
（3）用多隔膜（目前*多為三腔）活塞泵替代單腔活塞泵，以增加脈動(dòng)頻率，減小脈動(dòng)幅度。但是，若多隔膜活塞泵中的某一個(gè)工作腔出現故障，就會(huì )加大流體的脈動(dòng)量，而且每一個(gè)工作腔的工作狀態(tài)不能在中央控制室進(jìn)行監控，只能反映在儀表的瞬時(shí)流量顯示及輸出信號的波動(dòng)上，要及時(shí)檢查泵的工作情況，發(fā)現異議后應及時(shí)排除。
另外，在水煤漿制備及普通燃燒鍋爐的加壓輸送環(huán)節采用的是“螺桿泵”，它在不同轉速下所產(chǎn)生的脈動(dòng)流的波動(dòng)量很小，一般不會(huì )影響儀表對流量的測量和控制。
1.2 *化現象的干擾及水煤漿流量計的選用
在水煤漿等液固兩相流的流量測量中，當固體顆粒和纖維擦過(guò)電*表面時(shí)，與電*表面的接觸電化學(xué)電勢（即*化電壓）突然變化，造成從傳感器輸出的電*檢測信號出現尖脈沖狀的漿液噪聲干擾，造成流量顯示和輸出信號的波動(dòng)，波動(dòng)量的大小與傳感器的勵磁電流頻率成1/f的頻譜特性關(guān)系。而金屬顆粒對電*的摩擦會(huì )產(chǎn)生嚴重的瞬間尖脈沖干擾。
1.3 水煤漿中摻雜金屬物質(zhì)及鐵磁性物質(zhì)產(chǎn)生的干擾和解決方法
1.3.1 金屬物質(zhì)的來(lái)源
（1）原煤本身含有金屬物質(zhì)成分；
（2）開(kāi)采過(guò)程：在煤炭的開(kāi)采過(guò)程中難免與采掘設備摩擦、碰撞摻入各種金屬殘屑；
（3）制漿過(guò)程：原煤通過(guò)輸送帶送至棒磨機或球磨機與造紙廢液、甲醇廢液等添加劑混合進(jìn)行研磨，制成煤粉含量為60%～70%、密度為1250～1286kg/m3、動(dòng)力粘度為700～3000cP的水煤漿。在水煤漿的磨制過(guò)程中，也會(huì )摻入與球磨機墨棒碰撞磨落的金屬顆粒；
（4）內管壁氧化：水煤漿向氣化爐（或燃燒爐）的輸送管道一般采用20號鋼，在停機期間，內管壁會(huì )產(chǎn)生氧化層-鐵銹，當再次開(kāi)機時(shí)，由于水煤漿對管道內壁的摩擦作用使氧化層磨落為氧化鐵屑混入水煤漿中。
（5）其它原因。水煤漿中摻雜的這些金屬顆粒不但會(huì )產(chǎn)生上述嚴重的瞬間尖脈沖干擾，還會(huì )造成活塞泵及其它設備的磨損。更為嚴重的是，其中的鐵磁性物質(zhì)會(huì )對儀表產(chǎn)生更加嚴重的干擾。
1.3.2 鐵磁性物質(zhì)產(chǎn)生的干擾
水煤漿流量計工作時(shí)，傳感器測量管內產(chǎn)生的磁場(chǎng)會(huì )使金屬顆粒中的鐵磁性物質(zhì)磁化，單獨或與污垢及其它金屬成分混合貼附在傳感器電*及周?chē)囊r里上，影響水煤漿流量計工作磁場(chǎng)的穩定。金屬成分會(huì )使兩電*間的絕緣電阻發(fā)生變化，絕緣電阻減小則信號減弱；若金屬物質(zhì)導通兩個(gè)電*就會(huì )產(chǎn)生短路而沒(méi)有信號；當吸附在電*和襯里上的鐵磁性物質(zhì)被流體沖刷脫落時(shí)，又會(huì )使*化電壓突然減少，造成儀表顯示的突然波動(dòng)；若鐵磁性物質(zhì)及其它金屬物質(zhì)摻雜在流體中，則會(huì )使磁場(chǎng)增強信號增大。
1.3.3 解決方法
（1）*好在水煤漿制做的末道工序進(jìn)行磁過(guò)濾；
（2）*好采用不銹鋼輸送管道；
（3）根據具體情況定期或不定期的對電磁流量傳感器進(jìn)行檢查清理；
（4）選用適合的原煤或水煤漿。
1.4 絕緣性沉積結垢對測量的影響及解決方法
若絕緣性沉積結垢覆蓋電*表面，則測量信號會(huì )被斷路?？筛鶕唧w情況定期或不定期的對電*表面進(jìn)行檢查清理。
1.5 氣泡對測量的影響及解決方法
水煤漿中若含有氣泡會(huì )對測量造成影響，嚴重的還會(huì )造成空管報警，促使4～20mA信號回零。
長(cháng)期實(shí)用表明，E-Mag漿液型水煤漿流量計具有解決這一問(wèn)題的明顯優(yōu)勢，它具有以下特點(diǎn)：
（1）E-Mag漿液型水煤漿流量計的SMART（智能）轉換器采用專(zhuān)有的漿液型E-MagMaster水煤漿流量計校驗設置數據軟件；采用新穎的勵磁方式，功耗低，零點(diǎn)穩定，精確度高，反應速度快；具有自檢和自診斷功能；流量范圍可達1500：1；采用SMT（表面安裝）技術(shù)等優(yōu)點(diǎn)。
（2）新穎的勵磁方式：高頻勵磁具有很強的抑制“漿液噪聲”的能力，低頻勵磁又有零點(diǎn)穩定等優(yōu)點(diǎn)。因此，E-Mag漿液型水煤漿流量計能夠有效地解決在測量水煤漿等導電性液固兩相流中造成的瞬時(shí)流量顯示及輸出信號波動(dòng)的問(wèn)題。
（3）檢測電*采用不銹鋼涂覆碳化鎢。該材質(zhì)即耐磨又能解決“電化學(xué)干擾噪聲”造成的流量信號波動(dòng)問(wèn)題。對于工作壓力小于4MPa的電*結構采用內插式，對于工作壓力大于4MPa的電*結構采用外插式。
（4）襯里采用耐磨的聚氨脂材料并經(jīng)過(guò)特殊工藝處理成型。
（5）采用進(jìn)/出口保護法蘭：流量計本體法蘭和工藝管道法蘭安裝夾緊后，水煤漿對聚氨脂襯里在流量計本體法蘭外密封面上“翻邊拐角”處的變形部分產(chǎn)生磨損，10～20天聚氨脂襯里將逐步撕裂脫落造成傳感器報廢。而采用在流量計本體法蘭內安裝特殊結構的進(jìn)/出口保護法蘭的方法就能完全解決這一問(wèn)題。
（6）傳感器內壁采取燕尾槽結構設計，以避免氣化爐停車(chē)后形成的負壓造成襯里鼓泡甚至撕裂。
（7）傳感器經(jīng)多次打壓檢查電*絕緣強度。
（8）根據氣化爐的工藝特點(diǎn)采取三臺水煤漿流量計配組串聯(lián)校驗。以保證其精確度的一致性。
需要說(shuō)明的是，流量是否穩定是由儀表顯示的，儀表顯示的流量不穩定除上述原因外，時(shí)間常數的設定只是一個(gè)非實(shí)質(zhì)性原因。水煤漿流量計的時(shí)間常數可在1~100秒的范圍內分段設定，時(shí)間常數設定的越短，儀表對流體的脈動(dòng)就越敏感，只要流體的脈動(dòng)量能夠滿(mǎn)足氣化爐工藝條件的要求，就可以把儀表的時(shí)間常數設定在適當范圍，消除或減少脈動(dòng)顯示，以便進(jìn)行脈動(dòng)變化的監測。
2 E-mag漿液型水煤漿流量計在水煤漿行業(yè)的應用
2.1 安裝要求
嚴格按照水煤漿流量計使用說(shuō)明書(shū)中的要求安裝，并且盡可能地將三臺水煤漿流量計安裝在氣化爐頂部。
2.2 使用建議
（1）在單機試車(chē)階段不要對水煤漿流量計送電，先用水煤漿對管道內壁進(jìn)行循環(huán)磨擦除銹，否則鐵銹會(huì )被傳感器內壁的磁場(chǎng)吸附在電*附近，對電*形成*化電壓干擾而造成流量計的波動(dòng)。氣化爐停車(chē)后先將水煤漿流量計停電，然后再清洗管道，避免因通電使傳感器內形成磁場(chǎng)，使吸附在電*附近的鐵磁性物質(zhì)不能被沖洗干凈。
（2）若多隔膜活塞泵的某一個(gè)工作腔出現異常，流量值的變化可能不大，但流體脈動(dòng)的波動(dòng)量會(huì )加大。應及時(shí)監視活塞泵每一個(gè)工作腔壓力表的指示是否均衡，并及時(shí)進(jìn)行故障排除。
（3）若水煤漿中所含的大金屬顆?；驓馀菽Σ?、碰撞電*而產(chǎn)生的瞬間尖脈沖干擾頻繁出現時(shí)，應檢查水煤漿的質(zhì)量。
（4）由于傳感器襯里受適用溫度的限制，不能用蒸汽沖洗水煤漿管線(xiàn)。
2.3 流量計的參數設定
當電磁流量傳感器不能按照*佳的安裝條件安裝使用時(shí)，可以調整流量計的時(shí)間常數，以犧牲靈敏度為代價(jià)彌補脈動(dòng)流造成的波動(dòng)，建議阻尼時(shí)間調整不要超過(guò)30秒，以5～15秒為*佳。