简述煤浆流量计在气化炉中的应用问题探讨

导言

 

跟着煤化工项目在国内的不断开展，德士古气化炉煤浆流量计的运用越来越广泛。作为本文运用背景的两个甲醇项目都选用德士古气化炉工艺，煤浆浓度在62%（wt/wt）左右、均匀粒度约31μm、管道为DN150、压力等级600lbs、产能200000t。但自投产以来，原进口流量计运转作用一向不能令人满意，经常呈现大起伏动摇，竖管流量计动摇更为频频，有时横管流量计也一同动摇。这简单导致误跳车，给企业带来很大的丢失，也大起伏增加了相关部分的劳动强度。

 

针对因煤浆流量计动摇而导致跳车事端这一问题，对煤浆流量计的动摇原因进行了剖析，选用上海威尔泰出产的特别结构传感器和新一代沟通励磁转换器，有用地预防了因动摇而引起的跳车事端，取得了预期的运用作用。

 

1 动摇原因剖析

 

依据电磁流量计的原理和相关文献以及长时刻运用经历可知，流场动摇的根本原因取决于电磁流量计丈量管内流体的流场和流态［1］。DN150丈量管的流量与流速对应联络如表1所示。正常出产时，流量一般为25m3/h左右，对应的流速只要0.4m/s。流体流速低，而煤浆浓度高达60%以上，这简单导致管道中的流场处于不稳态，且竖管和横管的不稳态是不同的［2］。

 

在竖管中，中心的流速比较快，四周的流速比较慢，这使管壁外表附着一层活动很慢的煤浆。假如这个附着层慢到简直不动，并且比较厚，就盖住了电极，转换器的流量输出就会下降，乃至下降到零。因为煤浆泵的工作方式是脉动的，煤浆管线也有振动，再加上竖管很高，所以附着在内管壁的煤浆处于不安稳的状况，管道内会时不时地发作相似雪崩的现象，并且这种雪崩现象不必定只要一处。煤浆活动状况示意图如图1所示。假如这种雪崩现象发作在流量计的丈量管内，就会引起转换器输出的动摇。由“雪崩”导致的输出动摇周期比较快，阻尼时刻加大，能够起到必定的平稳作用。
 
图1 煤浆活动状况示意图
在出产进程中，最难处理的是别的一种动摇。该动摇周期很慢，但起伏很大，大到足以引起跳车。要把这种现象解说清楚，就需要引入权重函数的概念［3－6］。粗略地说，权重函数给出了不同方位的流体切开磁力线所发作的感应电动势对电极信号的贡献率。权重函数示意图如图2所示。
 
图2 权重函数示意图
图2以中心点权重为1，给出了电极平面的权重函数散布。由图2可知，越挨近电极，权重最大；反之，沿导管转90°，权重最小。

 

电极平面煤浆流速的两种散布状况如图3所示，其权重函数的散布与图2相同。
图3 流速散布不均示意图
抱负流场散布应该呈轴对称，中心稍大、四周稍慢，这时选用电磁流量计所丈量的流量精确且安稳（浆料噪声的影响在外）。假如流场不行抱负，则丈量管横截面流速散布不均，可能引起流量丈量输出动摇。

 

由图3（a）可知，权重函数高的当地流速快，而权重函数低的当地流速慢，这时转换器流量输出增大；由图3（b）可知，权重函数低的当地流速快，而权重高的当地流速慢，乃至电极被掩盖，这时转换器输出减小，乃至挨近于零。

 

横管的动摇原因与上述剖析有所不同，其动摇首要是因为淤积形成的。假如淤积面没有超越电极，则因为丈量管横截面减小、流速进步，转换器输出就会变大；假如淤积面超越了电极，转换器输出就会减小。因为这种淤积是不安稳的，淤积面时涨时消，所以引起流量输出周期较长的动摇。一般而言，在投料初期，横管体现比较好，经过一段时刻后，横管才会动摇。

 

2 处理计划

 

在此之前，多数人以为流量计动摇的原因在于浆料噪声，乃至是电极噪声。因为浆料噪声和电极噪声的周期比较短，所以处理动摇办法不外乎是加大阻尼时刻。事实证明，这种办法不能从根本上处理流量计输出动摇所导致的跳车问题。

 

经过上面的剖析，咱们以为引起流量计输出动摇的根本原因在于流场流态，其特点是动摇周期比较长，周期为几秒乃至几十秒。要改进流场流态，就需要从传感器结构规划着手。因而，选用了类文丘里管形状的传感器，这样不但进步了流速，并且能起到必定程度的整流作用。运用经历标明，当流速为1m/s左右时，流场比较好，关于消除大起伏长周期的反常动摇，这样规划的传感器起到了关键性的作用。

 

为了处理流量计的反常动摇，仅靠改变传感器的结构是不行的。因为原进口电磁流量计是方波励磁，所以选用所谓的低噪声电极和价格较高的ETFE面料，不能有用处理转换器战胜浆料噪声先天不足问题。别的，浆料噪声跟着流速的进步而增大。缩径后，假如选用方波励磁转换器，尽管能够防止大起伏长周期的动摇，但依然无法处理快周期的动摇问题。更为严重的是，这种动摇也有可能导致跳车。

 

为使转换器输出平稳，选用方波励磁转换器只能加大阻尼时刻。然而，德士古气化炉的安全连锁计划对流量计阻尼时刻有严厉的约束。据专业人士测算，假如煤浆管线被堵住，则堵截氧气的时刻只要8～10s。假如流量计阻尼时刻过大，就会发作过氧爆破的危险。

 

由上述剖析可知，德士古工艺要求煤浆流量计不只输出平稳（防止误跳车），并且反响速度快（一旦断浆，快速激活安全联锁，堵截氧气，防止炉砖烧损或过氧爆破）。因为方波励磁电磁流量计在丈量浆料方面自身就存在缺点，所以应选用沟通励磁的转换器。上海威尔泰出产的新一代沟通励磁转换器，因为选用了高阶带通滤波器，能够实现流量丈量输出既稳又快。在咱们的实践项目中，曾运用0.2s的阻尼时刻安全可靠运转了两年多。

 

因为横管动摇的原因与竖管不同，所以处理办法也不同。国内曾有电磁流量计厂家模仿威尔泰的竖管流量计进行了缩径规划并运用到横管上，实践运用的作用却不行抱负。威尔泰供给的横管处理计划如图4所示。
 
图4 横管动摇处理计划示意图
从图4可知，流量计的丈量管呈半月形，上半部是堵住的，这首要是为了防止下边截流引起管线阻塞。为了改进流场，在流量计的上游和下流还规划了导流板。转换器仍选用第二代沟通励磁技能。

 

3 运用作用

 

本文所提的处理计划先后成功运用于国内两家煤化工企业。首要，该计划被运用于动摇相对频频的竖管，横管依然选用原来的进口流量计。某企业因原进口流量计动摇频频而引发跳车事端一年多达几十次。因为威尔泰所供给的煤浆流量计平稳性远优于其他同类产品，自投运以来，该企业从未因流量计动摇而引起误跳车。图5所示为监控体系工作站屏幕截图所得的流量输出平稳性比照图。由图5能够看出，当位于横管的进口流量计呈现大起伏动摇时，竖管威尔泰流量计输出依然坚持平稳。一起，工艺人员运用炉温等其他参数进行归纳判别，相同证明了该竖管流量计输出的安稳性。
 
图5 流量输出平稳性比照图
为了精确比照不同电磁流量计的输出快速性，将两台电磁流量计装置于同一管道进行测验，横管是进口流量计，竖管是威尔泰流量计。测验时，将煤浆泵突然封闭，隔一段时刻再敞开，并逐步进步煤浆泵转速。图6所示为DI-730型数据采集器截图所得的、一起记载的两台电磁流量计的电流输出结果，图6中横坐标每格为3s。由图6能够看出，威尔泰流量计从断浆到流量输出为零的时刻总计约6s，由下降进程能够估算出滤波时刻常数不到2s，完全满意安全联锁要求；而另一台进口流量计反响时刻超越30s。
图6 流量输出快速性比照图
威尔泰煤浆流量计现在现已可靠运转了三年多，在运用寿命上也不输于进口产品。

 

横管处理计划是在竖管成功运用之后开端研讨和试用的。装置在横管上的原进口流量计一般投用一周左右开端大起伏动摇。威尔泰流量计投用8h左右即到达安稳状况，刚开端流量输出十分平稳，经过8h左右，动摇变得稍大一点，但没有大起伏反常动摇。经过半年多的运用，现在，该横管处理计划现已经过检验，作用优于原进口流量计。但该流量计导向板的装置比较复杂，威尔泰现已改进了规划，新计划即将投入试用。

 

4 误区澄清

 

在实践运用中，有关电磁流量计在德士古工艺水煤浆中的运用，相关技能人员在选型和运用通常存在一些认识上的误区［7－8］。现将其归纳如下。

 

①“煤浆的磨损大，所以选用耐磨的ETFE面料”的观念不精确，ETFE首要处理了与金属的附着问题。尽管ETFE的质料廉价，但其现在的处理工艺复杂，用它来制造面料，本钱比PFA还高，且没有表征ETFE的耐磨性优于PTFE的佐证。上海威尔泰所出产的传感器，选用硬橡胶面料，在现场有用运用三年来，没有发现有显着的磨损。

 

②“选用低噪声电极，所以动摇小”的观念不精确。电极的形状的确与噪声巨细相关。因为原进口流量计的电极在某煤化工企业有结垢现象，经常需要把流量计拆下来用晶相砂纸打磨电极，而上海威尔泰选用自清洁电极（即尖状电极），有用地处理了断垢问题。实践运用标明，尽管选用自清洁电极流量计的平稳性比选用球面电极的平稳性稍差，但也没有呈现过反常动摇。所以，咱们以为，在处理煤桨流量输出反常动摇方面，低噪声电极并非关键技能。

 

③“原进口流量计装置要求低，‘前5D后2D’就行”的观念不精确。在实验室标定时，要求直管段比较长（到达10D）；在运用中，一般“前5D后3D”就足够了，这并非只是适用于进口流量计。假如缩径，直管段要求还能够进一步减小。别的，现阶段的煤浆流量计，根本没有投闭环控制的，关于精度的要求不是很高，关键是确保安全连锁处于有用状况，以防止反常动摇引起误跳车。

 

④“原进口流量计流速巨细对流量的影响很小，适用0.3m/s的流速”的观念不精确。这种说法有很大的误导作用。实践运用经历标明，当流速较低时，尤其是当流速低于0.5m/s时，煤浆流量计简单动摇。因而，这种观念不精确。

 

⑤“单纯缩径”的观念不精确。咱们从前模仿上海威尔泰的缩径计划把管道缩径，装置较小口径的流量计，实践运用作用却不如选用本文所提的计划。一方面，因为触及管道改造、高压法兰以及压力容器级别的焊接，归纳本钱也不低；另一方面在管道上缩径，小口径长度会远大于在流量计上缩径，导致压损增大，再加上转换器未替换，许多结果不行预知。

 

⑥“原进口流量计因为成绩多，所以危险小”的观念不精确。成绩多和成绩好是两个概念，二者没有因果联络。因为历史的原因，原进口流量计市场占有率比较高，好的成绩尽管多，但差的成绩也有。一旦动摇引起误跳车，丢失是很大的。据不完全统计，因为煤浆流量计动摇引起误跳车，200000t甲醇出产线一次丢失约为300000元；600000t甲醇出产线，误跳车一次的丢失约为800000元。这也是质量好的煤浆流量计价格居高不下的原因之一。咱们从前运用两种品牌的进口流量计，八个月就坏的状况也呈现过，一年坏三套的状况也发作过。上海威尔泰供给的处理计划，针对德士古气化炉现场特别的工况，进行了多项有针对性的规划，现在现已安全可靠运用三年多。

 

综上所述，咱们以为合适的挑选才是实践运用最好的挑选。在德士古气化炉煤浆流量的丈量运用中，因为流场流态所触及的流体参数比较复杂，煤的来历和煤浆的配方也不尽相同。因而，不同煤浆流量计的运用作用差异也比较大。同一种流量计，在有些场合简单发作动摇，但在别的一些场合的运用作用较好，这是由所选煤浆流量计安稳工作范围不行宽形成的。

 

为尽量削减或防止误跳车，并确保安全连锁处于有用状况，应该挑选安稳工作范围更宽的煤浆流量计，而挑选既稳又快的煤浆流量计是满意工艺的根本要求。

 

5 结束语

 

因为水煤浆流量丈量是德士古工艺煤化工范畴的一个难点，该范畴同行为此作了大量的工作和尽力，活跃寻求有用的处理计划。

 

本文以两家德士古气化炉工艺为运用背景，其煤浆流量计示值的动摇起伏较大，导致氧煤比和煤浆流量这两个重要联锁无法有用投入，然后成为煤化工出产的最大安全隐患。为处理该难题，笔者较详尽地剖析了现在煤浆流量计运用范畴的认识误区，提出了自己共同的见地和观点，进一步完善了德士古工艺煤化工范畴的水煤浆流量丈量办法［9－11］。

 

本文得到了张振山博士的指导和帮助，在此深表谢意。

 

参考文献
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