摘要： 本文以仕樂(lè)克電磁流量計(jì)在兗州煤業(yè)榆林能化有限公司年產(chǎn) 60 萬(wàn)噸甲醇裝置水煤漿生產(chǎn)中的應(yīng)用為例，分析了電磁流量計(jì)作為計(jì)量和檢測(cè)儀表在測(cè)量控制過(guò)程中的重要作用，并針對(duì)其在使用過(guò)程中出現(xiàn)的流速、襯里、電極和阻尼等問(wèn)題提出了相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施和解決方案。

 

        電磁流量計(jì)由直接接觸管道介質(zhì)的傳感器和上端信號(hào)轉(zhuǎn)換器兩部分構(gòu)成。其工作原理以法拉第電磁感應(yīng)定律為基礎(chǔ)，可用來(lái)測(cè)量電導(dǎo)率大于 5 m m /cm 的導(dǎo)電液體的流量，是一種測(cè)量導(dǎo)電介質(zhì)流量的儀表。兗州煤業(yè)榆林能化一期年產(chǎn) 60萬(wàn)噸煤制甲醇項(xiàng)目中煤漿及渣水管道的設(shè)計(jì)和選型采用的是電磁流量計(jì)，但各個(gè)公司研發(fā)的電磁流量計(jì)的實(shí)際使用效果差別較大，給工程項(xiàng)目的統(tǒng)一管理帶來(lái)很大困難，這一問(wèn)題也成為煤化工行業(yè)專業(yè)人員不斷改進(jìn)的課題。

 

一、水煤漿特性

        兗州煤業(yè)榆林能化一期年產(chǎn) 60 萬(wàn)噸煤制甲醇項(xiàng)目中的德士古氣化爐采用濃度為 65 % 的水煤漿。這種水煤漿是由大約 65 % 的煤、34 % 的水和 1 % 的添加劑通過(guò)物理加工得到的一種低污染、高效率、可管道輸送的代油煤基流體燃料。它改變了煤的傳統(tǒng)燃燒方式，顯示出巨大的環(huán)保節(jié)能優(yōu)勢(shì)。尤是近幾年來(lái)采用廢物資源化的技術(shù)路線后，研制成功的環(huán)保水煤漿可以在不增加費(fèi)用的前提下大大提高其環(huán)保效益。

 

二、電磁流量計(jì)的原理和結(jié)構(gòu)

        電磁流量計(jì)的工作原理以法拉第電磁感應(yīng)定律為基礎(chǔ)。在電磁流量計(jì)中，測(cè)量管內(nèi)的導(dǎo)電介質(zhì)相當(dāng)于法拉第電磁感應(yīng)實(shí)驗(yàn)中的導(dǎo)電金屬桿，上下兩端的兩個(gè)電磁線圈產(chǎn)生恒定磁場(chǎng)。當(dāng)其中有導(dǎo)電介質(zhì)流過(guò)時(shí)，兩端會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電壓，其大小可通過(guò)管道內(nèi)部的兩個(gè)電極測(cè)量得到。測(cè)量管道通過(guò)不導(dǎo)電的內(nèi)襯（橡膠、特氟龍等）實(shí)現(xiàn)與流體和測(cè)量電極的電磁隔離。

 

        電磁流量計(jì)由流量傳感器和轉(zhuǎn)換器（又稱為換能器）兩部分組成。測(cè)量管上下裝有激磁線圈，通激磁電流后產(chǎn)生的磁場(chǎng)穿過(guò)測(cè)量管，產(chǎn)生的感應(yīng)電壓由一對(duì)裝在測(cè)量管內(nèi)壁、與液體相接觸的電極檢出并送到轉(zhuǎn)換器。激磁電流則由轉(zhuǎn)換器提供。

 

三、電磁流量計(jì)的安裝

        電磁流量計(jì)在安裝過(guò)程中應(yīng)注意以下兩點(diǎn)：

        （1）電磁流量計(jì)信號(hào)比較弱，滿量程時(shí)只有幾毫伏，特別是當(dāng)流量很小時(shí)，只有幾微伏，外界稍有干擾就會(huì)影響測(cè)量精度。因此，流量計(jì)的安裝應(yīng)該遠(yuǎn)離強(qiáng)磁場(chǎng)設(shè)備，傳感器的測(cè)量管、外殼、引線的屏蔽線以及傳感器兩端的管道都必須單獨(dú)接地，決不能與其他電器設(shè)備的接地共用，這是電磁流量計(jì)的特殊安裝要求。

        （2）電磁流量計(jì)的測(cè)量對(duì)工藝介質(zhì)震動(dòng)和流體擾動(dòng)非常敏感。因此，流量計(jì)安裝時(shí)應(yīng)避開(kāi)強(qiáng)震動(dòng)、強(qiáng)腐蝕性的場(chǎng)所。同時(shí)，在工藝不允許流量中斷的道中安裝流量計(jì)時(shí)應(yīng)加裝截止閥。流量計(jì)傳感器上游也應(yīng)該預(yù)留一定長(zhǎng)度的直管段，一般為 5~10 D。電磁流量計(jì)可以水平、垂直或傾斜安裝，但要保證測(cè)量管與工藝管道同軸，并保證測(cè)量管內(nèi)始終充滿液體。

 

四、仕樂(lè)克電磁流量計(jì)的應(yīng)用

        本文以仕樂(lè)克電磁流量計(jì)在本公司的應(yīng)用為例，探討了其在使用過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，并提出了相應(yīng)的解決方法。

 

1. 流速問(wèn)題

        兗州煤業(yè)榆林能化一期年產(chǎn) 60 萬(wàn)噸煤制甲醇項(xiàng)目中的煤漿泵選用的是 Feluwa隔膜式活塞泵，煤漿管線為 DN200，電磁流量計(jì)設(shè)計(jì)壓力為 6.0 M Pa，正常流量為 60 m3 /h，流速低于 0.5 m /s。流速是流量計(jì)運(yùn)行不穩(wěn)定的重要原因之一。仕樂(lè)克電磁流量計(jì)在實(shí)際使用中，流速大小對(duì)流量的影響很小，最適流速為 0.3 m /s。

 

        煤漿泵是一種活塞式的漿液泵，可通過(guò)改變泵的行程來(lái)改變泵流量。其輸送的流量為脈動(dòng)流量，脈動(dòng)大，穩(wěn)定性差。與常見(jiàn)的離心泵相比，流體的流場(chǎng)非常不穩(wěn)定，對(duì)電磁流量計(jì)的在線測(cè)量影響較大。由于流體內(nèi)脈動(dòng)流的流場(chǎng)變化大且不穩(wěn)定，使電磁流量計(jì)測(cè)量信號(hào)不穩(wěn)定，電磁流量轉(zhuǎn)換器輸出的電流控制信號(hào)變化大，對(duì)整個(gè)水煤漿氣化爐系統(tǒng)的控制造成很大的影響。

 

2. 襯里和電極問(wèn)題

        針對(duì)煤漿管線高達(dá) 6.0 M Pa 的壓力，濃度為 60% 的煤漿中固體顆粒對(duì)管壁的沖刷相當(dāng)嚴(yán)重，仕樂(lè)克電磁流量計(jì)選擇了耐沖刷、耐磨損的增強(qiáng)聚四氟乙烯 (ETFE)材料。自兗州煤業(yè)榆林能化一期年產(chǎn) 60 萬(wàn)噸煤制甲醇項(xiàng)目投投產(chǎn) 4 年以來(lái)，襯里基本完好。

 

        水煤漿的測(cè)量電極一般選用不銹鋼涂覆碳化鎢電極，它的特點(diǎn)是電極前端涂覆碳化鎢，耐磨好性，使用時(shí)間長(zhǎng)，同時(shí)由于電極是由兩種不同的金屬材料組成的，電極間會(huì)產(chǎn)生直流電壓，稱為極化電壓。極化電壓的大小取決于電極材料的“極化電位”，不同的液體和金屬電極之間也會(huì)產(chǎn)生極化電壓，一般為幾毫伏至幾百毫伏，在水煤漿測(cè)量中，水煤漿的電導(dǎo)率一般為 20 ms/cm 且不穩(wěn)定，接近電磁流量計(jì)測(cè)量介質(zhì)的電導(dǎo)率下限，會(huì)造成電磁流量計(jì)信號(hào)出現(xiàn)較大波動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)甚至造成系統(tǒng)跳車停產(chǎn)事故。解決的辦法為，在傳感器生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)不銹鋼碳化鎢電極進(jìn)行預(yù)處理以減輕或消除極化電壓，或改用其他適合水煤漿測(cè)量的金屬電極，如果是管道內(nèi)測(cè)量介質(zhì)污染電極，則必須清理電磁傳感器管壁和電極表面的垢狀物體和鐵磁性物質(zhì)，避免其對(duì)水煤漿測(cè)量產(chǎn)生的影響。

 

3. 阻尼問(wèn)題

        在流量計(jì)的運(yùn)行過(guò)程中，儀表的穩(wěn)定指示與安全運(yùn)行是一對(duì)長(zhǎng)期存在的矛盾。德士古氣化爐煤漿電磁流量計(jì)一般設(shè)計(jì)為三選二低聯(lián)鎖跳車。在流量計(jì)的運(yùn)行過(guò)程中，阻尼時(shí)間設(shè)置短，流量計(jì)運(yùn)行勢(shì)必不穩(wěn)定，波動(dòng)較大；如果阻尼時(shí)間設(shè)置較長(zhǎng)，儀表表面看起來(lái)運(yùn)行穩(wěn)定，但當(dāng)煤漿泵停運(yùn)或煤漿管線堵塞時(shí)，流量計(jì)示數(shù)不能快速下降，無(wú)法及時(shí)反映實(shí)際生產(chǎn)狀況，甚至可能造成過(guò)氧爆炸。仕樂(lè)克電磁流量計(jì)是采用低噪音電極和抗噪音轉(zhuǎn)換器來(lái)降低流量顯示波動(dòng)的，因此，只有合理設(shè)置阻尼時(shí)間，才能既保證安全生產(chǎn)，又保證儀表的穩(wěn)定運(yùn)行。

 

五、結(jié) 語(yǔ)

        近年來(lái)，以煤炭為原料制備甲醇及相關(guān)的化工項(xiàng)目不斷深入發(fā)展，以電磁流量計(jì)作為測(cè)量煤漿等砂漿型介質(zhì)的流量測(cè)量?jī)x表的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。仕樂(lè)克電磁流量計(jì)作為國(guó)產(chǎn)流量計(jì)在兗州煤業(yè)榆林能化一期 60 萬(wàn)噸甲醇項(xiàng)目煤漿流量監(jiān)測(cè)的實(shí)際應(yīng)用中相對(duì)可靠，通過(guò)這幾年的不斷改進(jìn)，攻克了很多技術(shù)難關(guān)，保證了整個(gè)生產(chǎn)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。