水煤漿流量計在煤化工行業(yè)中的應(yīng)用經(jīng)驗
點擊次數(shù)：2378 發(fā)布時間：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(wěn)定劑等添加劑的作用，使水煤漿成為一種具有較好流動性和穩(wěn)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，俗稱漿液。由于受參比流動條件（充分發(fā)展的速度分布、牛頓流體、均勻單相流體、穩(wěn)定流等)的限制，絕大多數(shù)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*顯著的特點是：水煤漿流量計的原理是利用法拉*電磁感應(yīng)定律，直接測量的是管道橫截面內(nèi)的面平均流速，因此，測量不受流體密度、粘度、溫度、壓力、電導(dǎo)率和雷諾數(shù)變化的影響；沒有阻流件，幾乎沒有壓力損失，也不會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(yán)重時還會瞬間造成儀表損壞。因此，近年來水煤漿流量計在水煤漿測量中得以廣泛應(yīng)用。
應(yīng)當(dāng)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)和脈動流情況的不同，對電磁流量傳感器的材料、結(jié)構(gòu)和對電磁流量轉(zhuǎn)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(dāng)就會出現(xiàn)各種問題。
1、水煤漿流量計（以下有時簡稱“儀表”）在水煤漿流量測量中的常見問題、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，*常見的問題是儀表的流量顯示不穩(wěn)定，其主要原因是：
1.1 隔膜泵產(chǎn)生的脈動流及解決方法
水煤漿向氣化爐輸送時的重要要求是流量的適度和穩(wěn)定，以保證水煤漿的氣化率。例如，根據(jù)“德士古”氣化爐的工藝要求，水煤漿在噴嘴處的壓力需達(dá)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產(chǎn)生脈動，即使在滿負(fù)荷高頻率運行的情況下，加壓打出的流體的脈動波動量也相當(dāng)大，一般在6%～15%?？梢愿鶕?jù)具體管線條件，用以下方法（單用或混用）滿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(dāng)部位擴徑后加適用的流動調(diào)整器，可減少上述直管段長度至，但會產(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，以增加脈動頻率，減小脈動幅度。但是，若多隔膜活塞泵中的某一個工作腔出現(xiàn)故障，就會加大流體的脈動量，而且每一個工作腔的工作狀態(tài)不能在中央控制室進(jìn)行監(jiān)控，只能反映在儀表的瞬時流量顯示及輸出信號的波動上，要及時檢查泵的工作情況，發(fā)現(xiàn)異議后應(yīng)及時排除。
另外，在水煤漿制備及普通燃燒鍋爐的加壓輸送環(huán)節(jié)采用的是“螺桿泵”，它在不同轉(zhuǎn)速下所產(chǎn)生的脈動流的波動量很小，一般不會影響儀表對流量的測量和控制。
1.2 *化現(xiàn)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(dāng)固體顆粒和纖維擦過電*表面時，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(xiàn)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，波動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?xí)a(chǎn)生嚴(yán)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)的來源
（1）原煤本身含有金屬物質(zhì)成分；
（2）開采過程：在煤炭的開采過程中難免與采掘設(shè)備摩擦、碰撞摻入各種金屬殘屑；
（3）制漿過程：原煤通過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、動力粘度為700～3000cP的水煤漿。在水煤漿的磨制過程中，也會摻入與球磨機墨棒碰撞磨落的金屬顆粒；
（4）內(nèi)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(nèi)管壁會產(chǎn)生氧化層-鐵銹，當(dāng)再次開機時，由于水煤漿對管道內(nèi)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產(chǎn)生上述嚴(yán)重的瞬間尖脈沖干擾，還會造成活塞泵及其它設(shè)備的磨損。更為嚴(yán)重的是，其中的鐵磁性物質(zhì)會對儀表產(chǎn)生更加嚴(yán)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，傳感器測量管內(nèi)產(chǎn)生的磁場會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*及周圍的襯里上，影響水煤漿流量計工作磁場的穩(wěn)定。金屬成分會使兩電*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(dǎo)通兩個電*就會產(chǎn)生短路而沒有信號；當(dāng)吸附在電*和襯里上的鐵磁性物質(zhì)被流體沖刷脫落時，又會使*化電壓突然減少，造成儀表顯示的突然波動；若鐵磁性物質(zhì)及其它金屬物質(zhì)摻雜在流體中，則會使磁場增強信號增大。
1.3.3 解決方法
（1）*好在水煤漿制做的末道工序進(jìn)行磁過濾；
（2）*好采用不銹鋼輸送管道；
（3）根據(jù)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(jié)垢對測量的影響及解決方法
若絕緣性沉積結(jié)垢覆蓋電*表面，則測量信號會被斷路?？筛鶕?jù)具體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對測量造成影響，嚴(yán)重的還會造成空管報警，促使4～20mA信號回零。
長期實用表明，E-Mag漿液型水煤漿流量計具有解決這一問題的明顯優(yōu)勢，它具有以下特點：
（1）E-Mag漿液型水煤漿流量計的SMART（智能）轉(zhuǎn)換器采用專有的漿液型E-MagMaster水煤漿流量計校驗設(shè)置數(shù)據(jù)軟件；采用新穎的勵磁方式，功耗低，零點穩(wěn)定，精確度高，反應(yīng)速度快；具有自檢和自診斷功能；流量范圍可達(dá)1500：1；采用SMT（表面安裝）技術(shù)等優(yōu)點。
（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，低頻勵磁又有零點穩(wěn)定等優(yōu)點。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(dǎo)電性液固兩相流中造成的瞬時流量顯示及輸出信號波動的問題。
（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問題。對于工作壓力小于4MPa的電*結(jié)構(gòu)采用內(nèi)插式，對于工作壓力大于4MPa的電*結(jié)構(gòu)采用外插式。
（4）襯里采用耐磨的聚氨脂材料并經(jīng)過特殊工藝處理成型。
（5）采用進(jìn)/出口保護(hù)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(nèi)安裝特殊結(jié)構(gòu)的進(jìn)/出口保護(hù)法蘭的方法就能完全解決這一問題。
（6）傳感器內(nèi)壁采取燕尾槽結(jié)構(gòu)設(shè)計，以避免氣化爐停車后形成的負(fù)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(jù)氣化爐的工藝特點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。
需要說明的是，流量是否穩(wěn)定是由儀表顯示的，儀表顯示的流量不穩(wěn)定除上述原因外，時間常數(shù)的設(shè)定只是一個非實質(zhì)性原因。水煤漿流量計的時間常數(shù)可在1~100秒的范圍內(nèi)分段設(shè)定，時間常數(shù)設(shè)定的越短，儀表對流體的脈動就越敏感，只要流體的脈動量能夠滿足氣化爐工藝條件的要求，就可以把儀表的時間常數(shù)設(shè)定在適當(dāng)范圍，消除或減少脈動顯示，以便進(jìn)行脈動變化的監(jiān)測。
2 E-mag漿液型水煤漿流量計在水煤漿行業(yè)的應(yīng)用
2.1 安裝要求
嚴(yán)格按照水煤漿流量計使用說明書中的要求安裝，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）在單機試車階段不要對水煤漿流量計送電，先用水煤漿對管道內(nèi)壁進(jìn)行循環(huán)磨擦除銹，否則鐵銹會被傳感器內(nèi)壁的磁場吸附在電*附近，對電*形成*化電壓干擾而造成流量計的波動。氣化爐停車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(nèi)形成磁場，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工作腔出現(xiàn)異常，流量值的變化可能不大，但流體脈動的波動量會加大。應(yīng)及時監(jiān)視活塞泵每一個工作腔壓力表的指示是否均衡，并及時進(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(xiàn)時，應(yīng)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。
2.3 流量計的參數(shù)設(shè)定
當(dāng)電磁流量傳感器不能按照*佳的安裝條件安裝使用時，可以調(diào)整流量計的時間常數(shù)，以犧牲靈敏度為代價彌補脈動流造成的波動，建議阻尼時間調(diào)整不要超過30秒，以5～15秒為*佳。
水煤漿流量計與其它流量計相比*顯著的特點是：水煤漿流量計的原理是利用法拉*電磁感應(yīng)定律，直接測量的是管道橫截面內(nèi)的面平均流速，因此，測量不受流體密度、粘度、溫度、壓力、電導(dǎo)率和雷諾數(shù)變化的影響；沒有阻流件，幾乎沒有壓力損失，也不會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(yán)重時還會瞬間造成儀表損壞。因此，近年來水煤漿流量計在水煤漿測量中得以廣泛應(yīng)用。
應(yīng)當(dāng)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)和脈動流情況的不同，對電磁流量傳感器的材料、結(jié)構(gòu)和對電磁流量轉(zhuǎn)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(dāng)就會出現(xiàn)各種問題。
1、水煤漿流量計（以下有時簡稱“儀表”）在水煤漿流量測量中的常見問題、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，*常見的問題是儀表的流量顯示不穩(wěn)定，其主要原因是：
1.1 隔膜泵產(chǎn)生的脈動流及解決方法
水煤漿向氣化爐輸送時的重要要求是流量的適度和穩(wěn)定，以保證水煤漿的氣化率。例如，根據(jù)“德士古”氣化爐的工藝要求，水煤漿在噴嘴處的壓力需達(dá)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產(chǎn)生脈動，即使在滿負(fù)荷高頻率運行的情況下，加壓打出的流體的脈動波動量也相當(dāng)大，一般在6%～15%?？梢愿鶕?jù)具體管線條件，用以下方法（單用或混用）滿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(dāng)部位擴徑后加適用的流動調(diào)整器，可減少上述直管段長度至，但會產(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，以增加脈動頻率，減小脈動幅度。但是，若多隔膜活塞泵中的某一個工作腔出現(xiàn)故障，就會加大流體的脈動量，而且每一個工作腔的工作狀態(tài)不能在中央控制室進(jìn)行監(jiān)控，只能反映在儀表的瞬時流量顯示及輸出信號的波動上，要及時檢查泵的工作情況，發(fā)現(xiàn)異議后應(yīng)及時排除。
另外，在水煤漿制備及普通燃燒鍋爐的加壓輸送環(huán)節(jié)采用的是“螺桿泵”，它在不同轉(zhuǎn)速下所產(chǎn)生的脈動流的波動量很小，一般不會影響儀表對流量的測量和控制。
1.2 *化現(xiàn)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(dāng)固體顆粒和纖維擦過電*表面時，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(xiàn)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，波動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?xí)a(chǎn)生嚴(yán)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)的來源
（1）原煤本身含有金屬物質(zhì)成分；
（2）開采過程：在煤炭的開采過程中難免與采掘設(shè)備摩擦、碰撞摻入各種金屬殘屑；
（3）制漿過程：原煤通過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、動力粘度為700～3000cP的水煤漿。在水煤漿的磨制過程中，也會摻入與球磨機墨棒碰撞磨落的金屬顆粒；
（4）內(nèi)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(nèi)管壁會產(chǎn)生氧化層-鐵銹，當(dāng)再次開機時，由于水煤漿對管道內(nèi)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產(chǎn)生上述嚴(yán)重的瞬間尖脈沖干擾，還會造成活塞泵及其它設(shè)備的磨損。更為嚴(yán)重的是，其中的鐵磁性物質(zhì)會對儀表產(chǎn)生更加嚴(yán)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，傳感器測量管內(nèi)產(chǎn)生的磁場會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*及周圍的襯里上，影響水煤漿流量計工作磁場的穩(wěn)定。金屬成分會使兩電*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(dǎo)通兩個電*就會產(chǎn)生短路而沒有信號；當(dāng)吸附在電*和襯里上的鐵磁性物質(zhì)被流體沖刷脫落時，又會使*化電壓突然減少，造成儀表顯示的突然波動；若鐵磁性物質(zhì)及其它金屬物質(zhì)摻雜在流體中，則會使磁場增強信號增大。
1.3.3 解決方法
（1）*好在水煤漿制做的末道工序進(jìn)行磁過濾；
（2）*好采用不銹鋼輸送管道；
（3）根據(jù)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(jié)垢對測量的影響及解決方法
若絕緣性沉積結(jié)垢覆蓋電*表面，則測量信號會被斷路?？筛鶕?jù)具體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對測量造成影響，嚴(yán)重的還會造成空管報警，促使4～20mA信號回零。
長期實用表明，E-Mag漿液型水煤漿流量計具有解決這一問題的明顯優(yōu)勢，它具有以下特點：
（1）E-Mag漿液型水煤漿流量計的SMART（智能）轉(zhuǎn)換器采用專有的漿液型E-MagMaster水煤漿流量計校驗設(shè)置數(shù)據(jù)軟件；采用新穎的勵磁方式，功耗低，零點穩(wěn)定，精確度高，反應(yīng)速度快；具有自檢和自診斷功能；流量范圍可達(dá)1500：1；采用SMT（表面安裝）技術(shù)等優(yōu)點。
（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，低頻勵磁又有零點穩(wěn)定等優(yōu)點。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(dǎo)電性液固兩相流中造成的瞬時流量顯示及輸出信號波動的問題。
（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問題。對于工作壓力小于4MPa的電*結(jié)構(gòu)采用內(nèi)插式，對于工作壓力大于4MPa的電*結(jié)構(gòu)采用外插式。
（4）襯里采用耐磨的聚氨脂材料并經(jīng)過特殊工藝處理成型。
（5）采用進(jìn)/出口保護(hù)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(nèi)安裝特殊結(jié)構(gòu)的進(jìn)/出口保護(hù)法蘭的方法就能完全解決這一問題。
（6）傳感器內(nèi)壁采取燕尾槽結(jié)構(gòu)設(shè)計，以避免氣化爐停車后形成的負(fù)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(jù)氣化爐的工藝特點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。
需要說明的是，流量是否穩(wěn)定是由儀表顯示的，儀表顯示的流量不穩(wěn)定除上述原因外，時間常數(shù)的設(shè)定只是一個非實質(zhì)性原因。水煤漿流量計的時間常數(shù)可在1~100秒的范圍內(nèi)分段設(shè)定，時間常數(shù)設(shè)定的越短，儀表對流體的脈動就越敏感，只要流體的脈動量能夠滿足氣化爐工藝條件的要求，就可以把儀表的時間常數(shù)設(shè)定在適當(dāng)范圍，消除或減少脈動顯示，以便進(jìn)行脈動變化的監(jiān)測。
2 E-mag漿液型水煤漿流量計在水煤漿行業(yè)的應(yīng)用
2.1 安裝要求
嚴(yán)格按照水煤漿流量計使用說明書中的要求安裝，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）在單機試車階段不要對水煤漿流量計送電，先用水煤漿對管道內(nèi)壁進(jìn)行循環(huán)磨擦除銹，否則鐵銹會被傳感器內(nèi)壁的磁場吸附在電*附近，對電*形成*化電壓干擾而造成流量計的波動。氣化爐停車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(nèi)形成磁場，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工作腔出現(xiàn)異常，流量值的變化可能不大，但流體脈動的波動量會加大。應(yīng)及時監(jiān)視活塞泵每一個工作腔壓力表的指示是否均衡，并及時進(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(xiàn)時，應(yīng)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。
2.3 流量計的參數(shù)設(shè)定
當(dāng)電磁流量傳感器不能按照*佳的安裝條件安裝使用時，可以調(diào)整流量計的時間常數(shù)，以犧牲靈敏度為代價彌補脈動流造成的波動，建議阻尼時間調(diào)整不要超過30秒，以5～15秒為*佳。