摘要:介紹了水煤漿氣化爐工藝特點(diǎn)、水煤漿的特性、煤漿流量計(jì)的測量原理，流量計(jì)的結(jié)構(gòu)以及電磁流量計(jì)的優(yōu)缺點(diǎn)。針對煤漿流量計(jì)在實(shí)際應(yīng)用中出現(xiàn)的測量值波動大、測量值不準(zhǔn)確、響應(yīng)滯后等問題，從安裝、調(diào)試、煤漿質(zhì)量等方面進(jìn)行了分析。流量計(jì)安裝不符合要求、電磁干擾、高壓煤漿泵工作不穩(wěn)定、煤漿質(zhì)量不高、電極極化、電極結(jié)垢、轉(zhuǎn)換器故障、內(nèi)部參數(shù)設(shè)定不科學(xué)等方面的問題。依據(jù)分析結(jié)果，結(jié)合電磁流量計(jì)測量原理、相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求以及儀表運(yùn)行維護(hù)經(jīng)驗(yàn)，針對性地提出了確保煤漿流量計(jì)指示準(zhǔn)確、工作穩(wěn)定、快速響應(yīng)的解決方案。實(shí)現(xiàn)了煤漿流量的可靠測量，保證了氣化爐的安全平穩(wěn)運(yùn)行，對解決同類裝置煤漿流量測量中出現(xiàn)的偏差大、穩(wěn)定性差、滯后嚴(yán)重等問題具有指導(dǎo)意義。
0引言
　　測量煤漿的流量計(jì)(煤漿流量計(jì))是水煤漿氣化爐的重要操作參數(shù)。煤漿流量與氧氣流量共同參與氣化爐的氧煤比控制(氧煤比是指氧氣的體積流量與煤漿的體積流量之比)。氧煤比的結(jié)果直接影響氣化爐運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和可靠性。
　　合適的氧煤比可以提高碳的轉(zhuǎn)化率，而過量的氧煤比則會導(dǎo)致氣化爐過氧，引發(fā)氣化爐爆炸事故。因此，氣化爐的氧氣流量計(jì)和煤漿流量計(jì)都是非常重要的儀表設(shè)備。實(shí)際應(yīng)用過程中煤漿流量計(jì)存在的問題及相應(yīng)的解決方案。
1工藝簡介及流量計(jì)的作用
1.1氣化裝置工藝簡介
　　某煤制烯烴工廠氣化裝置采用美國GE公司水煤漿加壓氣化技術(shù)，以煤和氧氣為主要原料，生產(chǎn)粗合成氣送至下游凈化裝置。具體工藝是:原料煤經(jīng)制漿單元加工成一定粒度分布、適宜pH值、較高濃度、穩(wěn)定期和流變性較好的水煤漿;水煤漿經(jīng)高壓煤漿泵加壓后和純氧經(jīng)燒嘴進(jìn)入氣化爐，在壓力6.5MPa、溫度為1350℃左右的條件下進(jìn)行氣化反應(yīng)，生成以CO、H2、CO2為主要成分的粗煤氣;將系統(tǒng)中產(chǎn)生的黑水送入閃蒸、沉降系統(tǒng)處理，以達(dá)到回收熱量、灰水再生、循環(huán)使用的目的［1］。
1.2煤漿流量的測量方式及主要作用
　　氣化爐的水煤漿是非牛頓流體，成分復(fù)雜、測量難度大。依據(jù)同行業(yè)煤漿流量測量經(jīng)驗(yàn)，目前電磁流量計(jì)是可選的測量方式［2］。
　　煤漿流量計(jì)是氣化裝置重要的儀表設(shè)備。為確保準(zhǔn)確、可靠測量煤漿流量，在煤漿管線上共安裝有三臺煤漿流量計(jì)。煤漿流量計(jì)取三者的中間值參與氣化爐的氧煤比控制，同時(shí)還通過三取二邏輯參與氣化爐的聯(lián)鎖控制。
2電磁流量計(jì)測量原理及主要特點(diǎn)
2.1測量原理及結(jié)構(gòu)
2.1.1測量原理
　　電磁流量計(jì)測量的基本原理是法拉第電磁感應(yīng)定律［3］，即導(dǎo)電性流體-煤漿在磁場中切割磁力線運(yùn)動時(shí)，其兩端產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。感應(yīng)電勢的大小與煤漿在磁場中的平均速度成正比。所以，電磁流量計(jì)是一種速度式流量計(jì)。
2.1.2電磁流量計(jì)的結(jié)構(gòu)組成
　　電磁流量計(jì)由傳感器和轉(zhuǎn)換器兩部分組成。傳感器安裝在煤漿管道上，由導(dǎo)管、線圈、電極、襯里、外殼和法蘭組成。導(dǎo)管是非導(dǎo)磁材料，且能承受水煤漿的額定工作壓力。線圈用于產(chǎn)生磁場。電極用于檢測與煤漿流量成正比關(guān)系的感應(yīng)電勢信號。因?yàn)橹苯优c煤漿接觸，電板耐磨性和耐蝕性應(yīng)與介質(zhì)相匹配、要具備一定的耐溫性、耐磨性和耐蝕性。外殼用于屏蔽外界磁場、保護(hù)線圈和電極。法蘭用于連接煤漿管道，要符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。
　　轉(zhuǎn)換器由電源電路、前置、主機(jī)電路、輸入/輸出電路、通信接口電路、顯示電路和勵磁電流電路等七部分電路組成。電源、前置電路、主機(jī)和輸入/輸出電路用于接收傳感器檢測到的毫伏級的感應(yīng)電勢信號，把幾毫伏的流量信號轉(zhuǎn)換成儀表4～20mA的標(biāo)準(zhǔn)信號;顯示電路用于內(nèi)部參數(shù)的設(shè)定和各種數(shù)據(jù)、參數(shù)的顯示;勵磁電流電路用于為傳感器提供產(chǎn)生磁場的勵磁電流。
2.2主要特點(diǎn)
　　電磁流量計(jì)為例，說明該流量計(jì)的主要優(yōu)缺點(diǎn)。
(1)流量計(jì)優(yōu)點(diǎn)。
①傳感器測量管是無阻尼結(jié)構(gòu)，用于煤漿流量測量時(shí)壓損小，有利于節(jié)能。
②電磁流量計(jì)屬于速度式流量計(jì)，測量不受被測煤漿的溫度、壓力、密度、黏度、雷諾數(shù)、電導(dǎo)率(必須大于一定值)等參數(shù)的影響［4］。
③輸出信號與被測煤漿的體積流量成線性關(guān)系。
④測量范圍大，量程比寬(1∶100)，不需要進(jìn)行線性修正，流速測量范圍大(0.3～12m/s)。
⑤對前后直管段要求低，要求前5D、后2D。
⑥合理選擇傳感器襯里和電極材料，即具有良好的耐蝕性和耐磨性。
⑦傳感器采用低頻恒流勵磁技術(shù)，既克服了交流勵磁的干擾影響，又消除了極化現(xiàn)象，增強(qiáng)了流量計(jì)抗干擾性能，提高了儀表的穩(wěn)定性。
(2)流量計(jì)缺點(diǎn)。
①被測介質(zhì)電導(dǎo)率下限值是1μs/cm。如果煤漿電導(dǎo)率過低，在下限值附近波動甚至低于下限值時(shí)，不能保證測量的準(zhǔn)確性。
②傳感器電極檢測的信號是幾個(gè)毫伏的微弱信號，易受周圍電磁干擾。
③煤漿流速不能太低，一般應(yīng)大于0.5m/s，流速太低則無法保證測量精度。
3漿流量計(jì)在實(shí)際應(yīng)用中存在的問題
3.1測量值不準(zhǔn)
　　煤漿流量計(jì)在實(shí)際使用過程中，經(jīng)常會出現(xiàn)測量值不準(zhǔn)的情況，具體表現(xiàn)為零點(diǎn)不穩(wěn)、實(shí)測值與實(shí)際值偏差大、穩(wěn)定性差等現(xiàn)象。煤漿流量測量值不準(zhǔn)對氣化爐的正常生產(chǎn)操作有很大的影響，尤其是流量計(jì)穩(wěn)定性差、波動大的問題，曾引發(fā)氣化爐誤停車的事故。
3.2響應(yīng)速度慢
　　通過實(shí)際測量，煤漿流量計(jì)響應(yīng)時(shí)間比煤漿管線內(nèi)部煤漿的實(shí)際變化平均滯后約25s。當(dāng)氣化爐實(shí)際煤漿流量因某種原因迅速降低時(shí)，流量計(jì)阻尼時(shí)間過大，指示值沒有快速反映煤漿的實(shí)際變化值。氣化爐在固定氧煤比控制方式下，會造成氣化爐過氧爆炸［5］。同類企業(yè)曾經(jīng)出現(xiàn)過因氣化爐過氧導(dǎo)致爆炸的惡性事故。
4主要原因分析及解決方案
　　在實(shí)際使用過程中，電磁流量計(jì)出現(xiàn)測量值不準(zhǔn)、響應(yīng)速度慢的原因很多，具體包括安裝不符合要求、高壓煤漿泵工作異常、煤漿質(zhì)量異常、流量計(jì)故障和流量計(jì)內(nèi)部參數(shù)設(shè)定不科學(xué)等。
4.1安裝問題
4.1.1保證科學(xué)合理安裝
　　電磁流量計(jì)既可以垂直安裝，又可以水平安裝。垂直安裝時(shí)，要保證煤漿是從下往上流動;水平安裝時(shí)，要保證煤漿處于滿管測量狀態(tài)，流量計(jì)的傳感器上的箭頭方向與實(shí)際煤漿流向相同，前后直管段必須滿足電磁流量計(jì)安裝的最低要求［6］。
4.1.2抗電磁干擾
　　電磁流量計(jì)傳感器兩個(gè)電極測得的與煤漿流量成比例關(guān)系的電信號很微弱，一般只有2.5～8mV［7］。而傳感器周圍環(huán)境的電磁干擾對電極測得的信號影響很大，因此必須進(jìn)行可靠的工作接地。
電磁流量計(jì)應(yīng)該進(jìn)行現(xiàn)場接地，接地電阻不大于10Ω，且不得與電機(jī)等設(shè)備共用接地端、不得把焊機(jī)的地線接到流量計(jì)的地線上。要確保電磁流量計(jì)的信號線、電源線單獨(dú)穿管并分開敷設(shè)，信號線遠(yuǎn)離大電機(jī)和動力電纜，且保證接線牢固可靠。
4.2高壓煤漿泵問題
　　高壓煤漿泵是負(fù)責(zé)把煤漿輸送到氣化爐的重要設(shè)備，它的穩(wěn)定運(yùn)行有利于煤漿流量的準(zhǔn)確測量。當(dāng)煤漿泵出現(xiàn)異常時(shí)，煤漿的脈動性變大，煤漿流量測量值會出現(xiàn)大幅波動，所以要及時(shí)檢查泵的運(yùn)行狀態(tài)，從而發(fā)現(xiàn)問題并及時(shí)處理。
4.3煤漿質(zhì)量問題
　　煤漿質(zhì)量對煤漿流量的測量影響非常大，煤漿的電導(dǎo)率、pH值、氣泡大小及含量、鐵磁性物質(zhì)含量、顆粒密度、顆粒粒徑、易結(jié)垢程度、易沉積程度等因素變化，都會使電磁流量計(jì)測量值出現(xiàn)無輸出、偏差大、穩(wěn)定性差以及煤漿流量計(jì)響應(yīng)速度慢等問題，嚴(yán)重時(shí)會引發(fā)氣化爐停爐的事故。
煤漿質(zhì)量變化對煤漿流量測量的影響，實(shí)際上就是工藝操作變化對流量測量的影響。具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。
①氣化爐摻燒渣油，使混合后煤漿的導(dǎo)電率大幅下降，逼近電磁流量計(jì)要求的下限值，造成煤漿流量測量值大幅波動。
②氣化爐摻燒污水裝置的污泥，混合后煤漿的pH值偏酸性，電磁流量計(jì)的電極被腐蝕后造成煤漿流量測量值受到很大的影響。
③煤漿中含有的氣泡球徑較大時(shí)，氣泡經(jīng)過電極就會完全擋住電極，使煤漿流量的測量產(chǎn)生波動。波動幅度與氣泡的大小有關(guān)，波動頻次與氣泡的多少有關(guān)［7-8］。
④煤漿中的顆粒撞擊電極會使煤漿流量的測量產(chǎn)生波動。波動幅度與顆粒大小有關(guān)，波動頻次與顆粒撞擊測量電極的頻次有關(guān)。
⑤流量計(jì)傳感器內(nèi)部結(jié)垢或有沉積物時(shí)對測量結(jié)果影響很大，會造成測量值降低甚至無測量值輸出。相應(yīng)的解決方案是加強(qiáng)對煤漿質(zhì)量的監(jiān)控。當(dāng)發(fā)現(xiàn)水煤漿的電導(dǎo)率、pH值、粒度、濃度、黏度等指標(biāo)發(fā)生較大變化時(shí)，應(yīng)及時(shí)分析原因，并立即采取相應(yīng)的措施調(diào)整操作工藝，改善煤漿質(zhì)量。
4.4流量計(jì)問題
4.4.1電極極化
　　電極極化是指固液兩相的煤漿測量中，當(dāng)煤漿中的固體顆粒撞擊或擦過電極表面，電極表面接觸電化學(xué)電勢突然變化，使測得的流量出現(xiàn)尖峰脈沖狀的噪聲［9］。其解決方案如下。
①選用表面積較小的電極，可以有效減少煤漿內(nèi)部顆粒單位時(shí)間內(nèi)撞擊或擦過測量電極表面的次數(shù)。
②選用表面相對光滑的電極，使電極表面薄層氧化膜不容易受顆粒沖撞或產(chǎn)生劃痕。
③采用低噪聲型電極。該型電極在實(shí)際安裝中低于傳感器內(nèi)部襯里，電極表面與煤漿之間是一層絕緣襯里。在電極表面的面積范圍內(nèi)，通過在絕緣襯里設(shè)置的若干個(gè)小孔與被測煤漿連通，小孔內(nèi)充滿被測流體，可以避免電極表面受到煤漿內(nèi)部顆粒的直接沖撞，從而減少噪聲的影響。實(shí)踐證明，采用低噪聲型電極抑制電極極化的效果較好。
4.4.2電極絕緣性沉積結(jié)垢
　　若絕緣性沉積結(jié)垢覆蓋電極表面，則測量信號會被斷路［10］。其解決方案是在電磁流量計(jì)具備下線檢查條件時(shí)，檢查清理電極表面。
4.4.3轉(zhuǎn)換器故障
當(dāng)流量計(jì)本身的各個(gè)電路或接線出現(xiàn)故障時(shí)，流量計(jì)會出現(xiàn)無輸出、測量值偏離實(shí)際值、測量值突變、滿量程等異常情況。實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)流量計(jì)的故障現(xiàn)象，分析故障原因，及時(shí)排除故障點(diǎn)。
4.5流量計(jì)內(nèi)部參數(shù)設(shè)定問題
　　電磁流量計(jì)的內(nèi)部參數(shù)設(shè)定功能很強(qiáng)大，內(nèi)部參數(shù)設(shè)定不科學(xué)會使流量計(jì)在實(shí)際使用過程中出現(xiàn)零點(diǎn)不穩(wěn)、偏差、波動大、響應(yīng)速度慢等問題�？茖W(xué)、合理的內(nèi)部參數(shù)設(shè)定，會減小甚至消除各種問題。
4.5.1流量計(jì)模擬量輸出設(shè)定
　　模擬量輸出設(shè)定內(nèi)容有5項(xiàng)，分別是測量、單位、范圍、小信號切除和時(shí)間常數(shù)，應(yīng)注意最后一項(xiàng)內(nèi)容的設(shè)定。時(shí)間常數(shù)用于流量計(jì)主電流輸出的設(shè)定。流量計(jì)的響應(yīng)時(shí)間也稱為阻尼時(shí)間，可設(shè)定的范圍是0.0～100s。考慮到既要減少測量值的波動，又要保證流量計(jì)的響應(yīng)速度，將時(shí)間常數(shù)設(shè)定為1s。
4.5.2過程輸入設(shè)定
　　過程輸入設(shè)定內(nèi)容非常多，重點(diǎn)介紹對流量計(jì)測量值有較大影響的勵磁頻率和濾波等參數(shù)的設(shè)定情況。
(1)勵磁頻率。
　　因漿液噪聲具有1/f特性，干擾強(qiáng)度隨著頻率的增加而減弱，所以可以通過增加傳感器的勵磁頻率來降低漿液噪聲對流量計(jì)的干擾［11］�？紤]到太高的勵磁頻率不利于電磁流量計(jì)的零點(diǎn)穩(wěn)定性，目前煤漿流量計(jì)的勵磁頻率由原來的1/6修改為1/2，有效地降低了漿液噪聲的干擾，同時(shí)也保證了零點(diǎn)穩(wěn)定性。
(2)濾波。
　　科學(xué)、合理地設(shè)定流量計(jì)的濾波功能，可以抑制漿液噪聲對測量值的影響。濾波時(shí)間常數(shù)、脈動濾波、噪聲濾波等多項(xiàng)參數(shù)可以設(shè)定。
①考慮到濾波時(shí)間常數(shù)設(shè)定偏小會使測量數(shù)據(jù)波動變大，所以根據(jù)實(shí)際調(diào)試經(jīng)驗(yàn)，將濾波時(shí)間常數(shù)設(shè)定為5s。
②脈動濾波用來抑制由煤漿內(nèi)的固體顆粒、氣泡、及變化的pH值產(chǎn)生的噪聲。根據(jù)流量計(jì)調(diào)試經(jīng)驗(yàn)，脈動寬度和脈動限制值分別設(shè)定為5s和0.03m/s。
③噪聲濾波用于抑制低電導(dǎo)率、高固體含量、多氣泡、化學(xué)介質(zhì)不均勻引起的噪聲。根據(jù)流量計(jì)調(diào)試經(jīng)驗(yàn)，噪聲限制值設(shè)定為0.03m/s，噪聲抑制系數(shù)設(shè)定為3。
④小信號切除是指切除傳感器檢測的小流速對應(yīng)流量。根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況，將其設(shè)定為0.02m/s。
5結(jié)束語
　　通過分析水煤漿氣化爐煤漿流量計(jì)［9-11］在實(shí)際使用過程中存在問題，從安裝、問題分析處理以及流量計(jì)內(nèi)部參數(shù)設(shè)定等方面。實(shí)現(xiàn)了煤漿流量計(jì)的穩(wěn)定、可靠運(yùn)行，保證了氣化爐運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和安全性，同時(shí)也為其他同類工藝裝置煤漿流量的穩(wěn)定、可靠測量提供了良好的解決方案。

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