漿液型電磁流量計(jì)在煤化工行業(yè)中的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)

    水煤漿是由60%～70%具有一定粒度級(jí)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(dòng)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(dòng)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(jì)都不適于這種流體的流量測(cè)量。

    電磁流量計(jì)與其它流量計(jì)相比最顯著的特點(diǎn)是：電磁流量計(jì)的原理是利用法拉第電磁感應(yīng)定律，直接測(cè)量的是管道橫截面內(nèi)的面平均流速，因此，測(cè)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(huì)在高流速情況下因阻流件而產(chǎn)生氣蝕，不但極易造成儀表的測(cè)量誤差，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)瞬間造成儀表損壞。因此，近年來電磁流量計(jì)在水煤漿測(cè)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(dòng)流情況的不同，對(duì)電磁流量傳感器的材料、結(jié)構(gòu)和對(duì)電磁流量轉(zhuǎn)換的信號(hào)處理能力的要求也不盡相同。如果選型或使用不當(dāng)就會(huì)出現(xiàn)各種問題。

    1 電磁流量計(jì)（以下有時(shí)簡(jiǎn)稱“儀表”）在水煤漿流量測(cè)量中的常見問題、產(chǎn)生原因和解決方法

    電磁流量計(jì)在水煤漿的流量測(cè)量中，最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(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(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(huì)產(chǎn)生脈動(dòng)，即使在滿負(fù)荷高頻率運(yùn)行的情況下，加壓打出的流體的脈動(dòng)波動(dòng)量也相當(dāng)大，一般在6%～15%。可以根據(jù)具體管線條件，用以下方法（單用或混用）滿足氣化爐對(duì)水煤漿流量及速度分布的要求。

    （1）最好的方法是保證儀表上游必要的管段長(zhǎng)度，在考慮按照電磁流量計(jì)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(kuò)徑后加適用的流動(dòng)調(diào)整器，可減少上述直管段長(zhǎng)度至，但會(huì)產(chǎn)生一定的壓力損失。

    （3）用多隔膜（目前最多為三腔）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(xiàn)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(jiān)控，只能反映在儀表的瞬時(shí)流量顯示及輸出信號(hào)的波動(dòng)上，要及時(shí)檢查泵的工作情況，發(fā)現(xiàn)異議后應(yīng)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(jié)采用的是“螺桿泵”，它在不同轉(zhuǎn)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(duì)流量的測(cè)量和控制。

    1.2 極化現(xiàn)象的干擾及電磁流量計(jì)的選用

    在水煤漿等液固兩相流的流量測(cè)量中，當(dāng)固體顆粒和纖維擦過電極表面時(shí)，與電極表面的接觸電化學(xué)電勢(shì)（即極化電壓）突然變化，造成從傳感器輸出的電極檢測(cè)信號(hào)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(hào)的波動(dòng)，波動(dòng)量的大小與傳感器的勵(lì)磁電流頻率成1/f的頻譜特性關(guān)系。而金屬顆粒對(duì)電極的摩擦?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(jī)或球磨機(jī)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。在水煤漿的磨制過程中，也會(huì)摻入與球磨機(jī)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(hào)鋼，在停機(jī)期間，內(nèi)管壁會(huì)產(chǎn)生氧化層-鐵銹，當(dāng)再次開機(jī)時(shí)，由于水煤漿對(duì)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(huì)產(chǎn)生上述嚴(yán)重的瞬間尖脈沖干擾，還會(huì)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(huì)對(duì)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

    電磁流量計(jì)工作時(shí)，傳感器測(cè)量管內(nèi)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(dú)或與污垢及其它金屬成分混合貼附在傳感器電極及周圍的襯里上，影響電磁流量計(jì)工作磁場(chǎng)的穩(wěn)定。金屬成分會(huì)使兩電極間的絕緣電阻發(fā)生變化，絕緣電阻減小則信號(hào)減弱；若金屬物質(zhì)導(dǎo)通兩個(gè)電極就會(huì)產(chǎn)生短路而沒有信號(hào)；當(dāng)吸附在電極和襯里上的鐵磁性物質(zhì)被流體沖刷脫落時(shí)，又會(huì)使極化電壓突然減少，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(qiáng)信號(hào)增大。

    1.3.3 解決方法

    （1）最好在水煤漿制做的末道工序進(jìn)行磁過濾；

    （2）最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(duì)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(duì)測(cè)量的影響及解決方法

    若絕緣性沉積結(jié)垢覆蓋電極表面，則測(cè)量信號(hào)會(huì)被斷路?？筛鶕?jù)具體情況定期或不定期的對(duì)電極表面進(jìn)行檢查清理。

    1.5 氣泡對(duì)測(cè)量的影響及解決方法

    水煤漿中若含有氣泡會(huì)對(duì)測(cè)量造成影響，嚴(yán)重的還會(huì)造成空管報(bào)警，促使4～20mA信號(hào)回零。

    長(zhǎng)期實(shí)用表明，E-Mag漿液型電磁流量計(jì)具有解決這一問題的明顯優(yōu)勢(shì)，它具有以下特點(diǎn)：

    （1）E-Mag漿液型電磁流量計(jì)的SMART（智能）轉(zhuǎn)換器采用專有的漿液型E-MagMaster電磁流量計(jì)校驗(yàn)設(shè)置數(shù)據(jù)軟件；采用新穎的勵(lì)磁方式，功耗低，零點(diǎn)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(diǎn)。

    （2）新穎的勵(lì)磁方式：高頻勵(lì)磁具有很強(qiáng)的抑制“漿液噪聲”的能力，低頻勵(lì)磁又有零點(diǎn)穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。因此，E-Mag漿液型電磁流量計(jì)能夠有效地解決在測(cè)量水煤漿等導(dǎo)電性液固兩相流中造成的瞬時(shí)流量顯示及輸出信號(hào)波動(dòng)的問題。

    （3）檢測(cè)電極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(hào)波動(dòng)問題。對(duì)于工作壓力小于4MPa的電極結(jié)構(gòu)采用內(nèi)插式，對(duì)于工作壓力大于4MPa的電極結(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(jì)本體法蘭和工藝管道法蘭安裝夾緊后，水煤漿對(duì)聚氨脂襯里在流量計(jì)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(bào)廢。而采用在流量計(jì)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(jì)，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)多次打壓檢查電極絕緣強(qiáng)度。

    （8）根據(jù)氣化爐的工藝特點(diǎn)采取三臺(tái)電磁流量計(jì)配組串聯(lián)校驗(yàn)。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(shí)間常數(shù)的設(shè)定只是一個(gè)非實(shí)質(zhì)性原因。電磁流量計(jì)的時(shí)間常數(shù)可在1~100秒的范圍內(nèi)分段設(shè)定，時(shí)間常數(shù)設(shè)定的越短，儀表對(duì)流體的脈動(dòng)就越敏感，只要流體的脈動(dòng)量能夠滿足氣化爐工藝條件的要求，就可以把儀表的時(shí)間常數(shù)設(shè)定在適當(dāng)范圍，消除或減少脈動(dòng)顯示，以便進(jìn)行脈動(dòng)變化的監(jiān)測(cè)。

    2 E-mag漿液型電磁流量計(jì)在水煤漿行業(yè)的應(yīng)用

    2.1 安裝要求

    嚴(yán)格按照電磁流量計(jì)使用說明書中的要求安裝，并且盡可能地將三臺(tái)電磁流量計(jì)安裝在氣化爐頂部。

    2.2 使用建議

    （1）在單機(jī)試車階段不要對(duì)電磁流量計(jì)送電，先用水煤漿對(duì)管道內(nèi)壁進(jìn)行循環(huán)磨擦除銹，否則鐵銹會(huì)被傳感器內(nèi)壁的磁場(chǎng)吸附在電極附近，對(duì)電極形成極化電壓干擾而造成流量計(jì)的波動(dòng)。氣化爐停車后先將電磁流量計(jì)停電，然后再清洗管道，避免因通電使傳感器內(nèi)形成磁場(chǎng)，使吸附在電極附近的鐵磁性物質(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(xiàn)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(yīng)及時(shí)監(jiān)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粒或氣泡摩擦、碰撞電極而產(chǎn)生的瞬間尖脈沖干擾頻繁出現(xiàn)時(shí)，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(jì)的參數(shù)設(shè)定

    當(dāng)電磁流量傳感器不能按照最佳的安裝條件安裝使用時(shí)，可以調(diào)整流量計(jì)的時(shí)間常數(shù)，以犧牲靈敏度為代價(jià)彌補(bǔ)脈動(dòng)流造成的波動(dòng)，建議阻尼時(shí)間調(diào)整不要超過30秒，以5～15秒為最佳。