水煤漿流量計在煤化工行業中的應用經驗
點擊次數：2855 發布時間：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*顯著的特點是：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生氣蝕，不但極易造成儀表的測量誤差，嚴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用。
應當特別指出的是，由于不同漿液的流變學性質、化學性質和脈動流情況的不同，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出現各種問題。
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定，其主要原因是：
1.1 隔膜泵產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，通過活塞的沖程加壓進行輸送，只要使用活塞隔膜泵，打出的流體就必然會產生脈動，即使在滿負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大，一般在6%～15%。可以根據具體管線條件，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）在工藝管道的適當部位擴徑后加適用的流動調整器，可減少上述直管段長度至，但會產生一定的壓力損失。
（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不能在中央控制室進行監控，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，發現異議后應及時排除。
另外，在水煤漿制備及普通燃燒鍋爐的加壓輸送環節采用的是“螺桿泵”，它在不同轉速下所產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 極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電極表面時，與電極表面的接觸電化學電勢（即極化電壓）突然變化，造成從傳感器輸出的電極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，波動量的大小與傳感器的勵磁電流頻率成1/f的頻譜特性關系。而金屬顆粒對電極的摩擦會產生嚴重的瞬間尖脈沖干擾。
1.3 水煤漿中摻雜金屬物質及鐵磁性物質產生的干擾和解決方法
1.3.1 金屬物質的來源
（1）原煤本身含有金屬物質成分；
（2）開采過程：在煤炭的開采過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，內管壁會產生氧化層-鐵銹，當再次開機時，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產生上述嚴重的瞬間尖脈沖干擾，還會造成活塞泵及其它設備的磨損。更為嚴重的是，其中的鐵磁性物質會對儀表產生更加嚴重的干擾。
1.3.2 鐵磁性物質產生的干擾
水煤漿流量計工作時，傳感器測量管內產生的磁場會使金屬顆粒中的鐵磁性物質磁化，單獨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，影響水煤漿流量計工作磁場的穩定。金屬成分會使兩電極間的絕緣電阻發生變化，絕緣電阻減小則信號減弱；若金屬物質導通兩個電極就會產生短路而沒有信號；當吸附在電極和襯里上的鐵磁性物質被流體沖刷脫落時，又會使極化電壓突然減少，造成儀表顯示的突然波動；若鐵磁性物質及其它金屬物質摻雜在流體中，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行磁過濾；
（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極表面，則測量信號會被斷路。可根據具體情況定期或不定期的對電極表面進行檢查清理。
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）轉換器采用專有的漿液型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）技術等優點。
（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定等優點。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）檢測電極采用不銹鋼涂覆碳化鎢。該材質即耐磨又能解決“電化學干擾噪聲”造成的流量信號波動問題。對于工作壓力小于4MPa的電極結構采用內插式，對于工作壓力大于4MPa的電極結構采用外插式。
（4）襯里采用耐磨的聚氨脂材料并經過特殊工藝處理成型。
（5）采用進/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/出口保護法蘭的方法就能完全解決這一問題。
（6）傳感器內壁采取燕尾槽結構設計，以避免氣化爐停車后形成的負壓造成襯里鼓泡甚至撕裂。
（7）傳感器經多次打壓檢查電極絕緣強度。
（8）根據氣化爐的工藝特點采取三臺水煤漿流量計配組串聯校驗。以保證其精確度的一致性。
需要說明的是，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，時間常數的設定只是一個非實質性原因。水煤漿流量計的時間常數可在1~100秒的范圍內分段設定，時間常數設定的越短，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設定在適當范圍，消除或減少脈動顯示，以便進行脈動變化的監測。
2 E-mag漿液型水煤漿流量計在水煤漿行業的應用
2.1 安裝要求
嚴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壁進行循環磨擦除銹，否則鐵銹會被傳感器內壁的磁場吸附在電極附近，對電極形成極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形成磁場，使吸附在電極附近的鐵磁性物質不能被沖洗干凈。
（2）若多隔膜活塞泵的某一個工作腔出現異常，流量值的變化可能不大，但流體脈動的波動量會加大。應及時監視活塞泵每一個工作腔壓力表的指示是否均衡，并及時進行故障排除。
（3）若水煤漿中所含的大金屬顆粒或氣泡摩擦、碰撞電極而產生的瞬間尖脈沖干擾頻繁出現時，應檢查水煤漿的質量。
（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，可以調整流量計的時間常數，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生氣蝕，不但極易造成儀表的測量誤差，嚴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用。
應當特別指出的是，由于不同漿液的流變學性質、化學性質和脈動流情況的不同，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出現各種問題。
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定，其主要原因是：
1.1 隔膜泵產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，通過活塞的沖程加壓進行輸送，只要使用活塞隔膜泵，打出的流體就必然會產生脈動，即使在滿負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大，一般在6%～15%。可以根據具體管線條件，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）在工藝管道的適當部位擴徑后加適用的流動調整器，可減少上述直管段長度至，但會產生一定的壓力損失。
（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不能在中央控制室進行監控，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，發現異議后應及時排除。
另外，在水煤漿制備及普通燃燒鍋爐的加壓輸送環節采用的是“螺桿泵”，它在不同轉速下所產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 極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電極表面時，與電極表面的接觸電化學電勢（即極化電壓）突然變化，造成從傳感器輸出的電極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，波動量的大小與傳感器的勵磁電流頻率成1/f的頻譜特性關系。而金屬顆粒對電極的摩擦會產生嚴重的瞬間尖脈沖干擾。
1.3 水煤漿中摻雜金屬物質及鐵磁性物質產生的干擾和解決方法
1.3.1 金屬物質的來源
（1）原煤本身含有金屬物質成分；
（2）開采過程：在煤炭的開采過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，內管壁會產生氧化層-鐵銹，當再次開機時，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產生上述嚴重的瞬間尖脈沖干擾，還會造成活塞泵及其它設備的磨損。更為嚴重的是，其中的鐵磁性物質會對儀表產生更加嚴重的干擾。
1.3.2 鐵磁性物質產生的干擾
水煤漿流量計工作時，傳感器測量管內產生的磁場會使金屬顆粒中的鐵磁性物質磁化，單獨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，影響水煤漿流量計工作磁場的穩定。金屬成分會使兩電極間的絕緣電阻發生變化，絕緣電阻減小則信號減弱；若金屬物質導通兩個電極就會產生短路而沒有信號；當吸附在電極和襯里上的鐵磁性物質被流體沖刷脫落時，又會使極化電壓突然減少，造成儀表顯示的突然波動；若鐵磁性物質及其它金屬物質摻雜在流體中，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行磁過濾；
（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極表面，則測量信號會被斷路。可根據具體情況定期或不定期的對電極表面進行檢查清理。
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）轉換器采用專有的漿液型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）技術等優點。
（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定等優點。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）檢測電極采用不銹鋼涂覆碳化鎢。該材質即耐磨又能解決“電化學干擾噪聲”造成的流量信號波動問題。對于工作壓力小于4MPa的電極結構采用內插式，對于工作壓力大于4MPa的電極結構采用外插式。
（4）襯里采用耐磨的聚氨脂材料并經過特殊工藝處理成型。
（5）采用進/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/出口保護法蘭的方法就能完全解決這一問題。
（6）傳感器內壁采取燕尾槽結構設計，以避免氣化爐停車后形成的負壓造成襯里鼓泡甚至撕裂。
（7）傳感器經多次打壓檢查電極絕緣強度。
（8）根據氣化爐的工藝特點采取三臺水煤漿流量計配組串聯校驗。以保證其精確度的一致性。
需要說明的是，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，時間常數的設定只是一個非實質性原因。水煤漿流量計的時間常數可在1~100秒的范圍內分段設定，時間常數設定的越短，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設定在適當范圍，消除或減少脈動顯示，以便進行脈動變化的監測。
2 E-mag漿液型水煤漿流量計在水煤漿行業的應用
2.1 安裝要求
嚴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壁進行循環磨擦除銹，否則鐵銹會被傳感器內壁的磁場吸附在電極附近，對電極形成極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形成磁場，使吸附在電極附近的鐵磁性物質不能被沖洗干凈。
（2）若多隔膜活塞泵的某一個工作腔出現異常，流量值的變化可能不大，但流體脈動的波動量會加大。應及時監視活塞泵每一個工作腔壓力表的指示是否均衡，并及時進行故障排除。
（3）若水煤漿中所含的大金屬顆粒或氣泡摩擦、碰撞電極而產生的瞬間尖脈沖干擾頻繁出現時，應檢查水煤漿的質量。
（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，可以調整流量計的時間常數，以犧牲靈敏度為代價彌補脈動流造成的波動，建議阻尼時間調整不要超過30秒，以5～15秒為*佳。