摘　要:　為了研究電磁流量計(jì)在濃密膏體管道輸送應(yīng)用時(shí)對(duì)其流量測試精度的影響因素，本文在循環(huán)管道試驗(yàn)臺(tái)上對(duì)其進(jìn)行測試實(shí)驗(yàn)，測量了不同濃度濃密膏體的管道輸送流量，并與稱重法測試結(jié)果進(jìn)行對(duì)比以確定電磁流量計(jì)流量測試精度。同時(shí)利用參比電阻法測量不同質(zhì)量濃度下煤泥的電導(dǎo)率，提出了電磁流量計(jì)用于煤泥管道流量測試可用精度所對(duì)應(yīng)的電導(dǎo)率以及質(zhì)量濃度閾值。結(jié)果表明，濃密膏體為煤泥時(shí)，推測當(dāng)質(zhì)量濃度不高于63%，電導(dǎo)率不低于0。035mS/cm時(shí)，電磁流量計(jì)流量測試精度可靠;且濃度越低電導(dǎo)率越大時(shí)，電磁流量計(jì)測量效果越好。

 

        高濃度黏稠固體廢棄物，是指工業(yè)生產(chǎn)及市政污水處理過程中產(chǎn)生的含固量高、粘度大、顆粒細(xì)的固-液兩相廢棄物或副產(chǎn)品，由于其常溫常壓下流動(dòng)性較差，在高壓管道輸送時(shí)為“不沉降似均質(zhì)濃密膏體”，因此亦稱濃密膏體。包括煤炭行業(yè)的煤泥、給排水行業(yè)的脫水污泥、制造行業(yè)的工業(yè)污泥、石化行業(yè)的油渣和油泥等，涉及二十余個(gè)行業(yè)[1]。就上述濃密膏體而言，目前較常用的無害化、資源化處置方式有焚燒、燃燒發(fā)電、土地資源化利用以及填埋等。無論采用哪種無害化、資源化處置方法，輸送均為必不可少的環(huán)節(jié)，新發(fā)展的輸送工藝技術(shù)為管道輸送。不管在工業(yè)現(xiàn)場還是實(shí)驗(yàn)室管道輸送時(shí)，流量均是關(guān)鍵參數(shù)，其大小決定了管道輸送的效率。

 

        濃密膏體管道輸送的流量測試是一個(gè)尚待解決的難題，管道輸送實(shí)驗(yàn)中一般采用稱重法測量，但該方法測試步驟繁瑣。而電磁流量計(jì)的測量不因流體密度、粘度、溫度、壓力、電導(dǎo)率和雷諾數(shù)變化，沒有阻流件，也不會(huì)在高流速情況下產(chǎn)生氣蝕，近年來在流體流量測試中被廣泛應(yīng)用。隨著電磁流量計(jì)的發(fā)展，現(xiàn)已可測量電導(dǎo)率閾值更低的液體，而當(dāng)濃密膏體濃度較高時(shí)不可行，其原因現(xiàn)有文獻(xiàn)中尚沒有準(zhǔn)確的解釋，筆者推測這可能與其濃度過大時(shí)電導(dǎo)率太低有關(guān)。本實(shí)驗(yàn)先使用電磁流量計(jì)測量一定電導(dǎo)率范圍的煤泥在管道輸送時(shí)的流量，并與稱重法測量結(jié)果相對(duì)比，得到煤泥在管道輸送時(shí)電導(dǎo)率及濃度的閾值，為今后電磁流量計(jì)應(yīng)用于其它濃密膏體管道輸送的流量測量提供依據(jù)，對(duì)其現(xiàn)場應(yīng)用也具有很重要的指導(dǎo)意義。

 

1　測試原理及實(shí)驗(yàn)步驟

1。1　電磁流量計(jì)原理

        本文選用不同質(zhì)量濃度的煤泥在裝有電磁流量計(jì)的液壓與流變?cè)囼?yàn)臺(tái)上(實(shí)驗(yàn)原理如圖1)進(jìn)行管道輸送實(shí)驗(yàn)。電磁流量計(jì)根據(jù)電磁感應(yīng)原理測量流過管道中導(dǎo)電流體的流量，故使用電磁流量計(jì)的前提是被測流體必須導(dǎo)電，且電導(dǎo)率不能低于閾值(即下限值)。通用型電磁流量計(jì)的閾值在(5×10-6)S/cm～10-4S/cm之間，若電導(dǎo)率低于閾值會(huì)產(chǎn)生誤差甚至不能測量。根據(jù)電磁感應(yīng)原理(如圖2)，當(dāng)導(dǎo)電流體在磁場強(qiáng)度為B的磁場中切割磁力線時(shí)，在線形長度為L的a和b兩點(diǎn)之間會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，為

       

        兩接收電極之間的距離L為已知常數(shù)，B為已知的磁場強(qiáng)度，故εab是單調(diào)函數(shù)，隨υ的變化而變化。而瞬時(shí)流量Q等于流速υ與導(dǎo)管截面積S(常數(shù))的乘積，故有

       

        式中:K為儀器常數(shù)。因此，只要測得εab，即可求得對(duì)應(yīng)的流量Q。

1。2　煤泥電導(dǎo)率測試原理及方法

        在定制的圓柱狀絕緣料筒中裝入煤泥 ， 利用參比電阻法測量不同質(zhì)量濃度下煤泥的電阻率。首先分別測出定值電阻 R 的兩端電壓 U 0 和絕緣料筒兩端的電壓 U 。由式(3)求得該長度管道內(nèi)煤泥的電阻， 并代入式(4)求得煤泥的電阻率 ， 再由 k =1/ ρ求得煤泥的電導(dǎo)率 ， 即

       

        式中:ρ為電阻率 ;U 為裝有煤泥的圓柱狀絕緣料筒兩端電壓;U 0 為定值電阻兩端的電壓;A 為橫截面積;L 為兩電極之間的距離。

 

        采用四相電極參比電阻法測量煤泥電阻率 ， 設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)電路如圖 3 所示。實(shí)驗(yàn)步驟如下:①首先測量絕緣料筒內(nèi)徑及長度 。用游標(biāo)卡尺多次從不同角度測量絕緣料筒的內(nèi)徑及長度并記錄， 分別取平均值 。②測量室內(nèi)溫度并記錄。③取適量煤泥加入一定的水 ， 充分?jǐn)嚢瑁?用含水率儀測量含水率并記錄 ， 使含水率為32%左右， 將配好的煤泥裝入絕緣料筒中， 然后接通實(shí)驗(yàn)電路。④利用萬用表分別測量 500 Ψ電阻兩端和絕緣料筒兩端的電壓 ， 待電壓穩(wěn)定后讀數(shù)并記錄 。⑤分別改變電源電壓和煤泥含水率， 重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)步驟。

2 　實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及分析

2。1　煤泥電導(dǎo)率實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及分析

        根據(jù)測量得到的數(shù)據(jù) ， 以煤泥的質(zhì)量濃度作橫坐標(biāo)， 相應(yīng)質(zhì)量濃度煤泥的電導(dǎo)率作縱坐標(biāo)， 繪出煤泥電導(dǎo)率與其質(zhì)量濃度的關(guān)系圖(如圖 4)。再以電壓為橫坐標(biāo)， 相應(yīng)電壓下煤泥的電導(dǎo)率為縱坐標(biāo) ， 繪出電壓與電導(dǎo)率的關(guān)系圖(如圖 5)。

        圖 4 的電導(dǎo)率變化曲線表明 ， 隨著煤泥質(zhì)量濃度的增大 ， 其電導(dǎo)率逐漸降低 ， 并在質(zhì)量濃度為 66 %時(shí)相交于一點(diǎn);圖 5 的電導(dǎo)率變化曲線表明 ， 隨著電壓的增大， 電導(dǎo)率有逐漸增大趨勢(shì)。分析圖 4 與圖 5可得到以下結(jié)論 :①圖 4 曲線整體呈下降趨勢(shì)， 說明電導(dǎo)率隨著煤泥質(zhì)量濃度的增大而減小 。當(dāng)質(zhì)量濃度低于 63%時(shí)， 不同電壓下電導(dǎo)率隨質(zhì)量濃度變化基本成平行關(guān)系， 說明電導(dǎo)率與質(zhì)量濃度和電壓成一定的線性關(guān)系;當(dāng)質(zhì)量濃度為 63%～ 66 %時(shí)， 電導(dǎo)率與質(zhì)量濃度成一定線性關(guān)系， 而與電壓不成線性關(guān)系， 仍有一定的下降梯度;當(dāng)質(zhì)量濃度大于 66%時(shí)， 電導(dǎo)率隨其增加顯著下降 ， 但是曲線較為復(fù)雜 ， 不易判斷其相互關(guān)系， 將用稱重法進(jìn)行相應(yīng)的驗(yàn)證 。②圖 5 曲線整體呈上升趨勢(shì) ， 說明電導(dǎo)率隨電壓的增大而增大 。相比電導(dǎo)率隨質(zhì)量濃度的變化， 其增大幅度較小 。當(dāng)質(zhì)量濃度由 61。38%上升到 63。20%即增大了 1。82%時(shí)， 電導(dǎo)率增大了 0 。03 mS/cm ， 而當(dāng)質(zhì)量濃度由 63。20%增大到 66。25%即增大了 3 。05 %時(shí)， 電導(dǎo)率卻增加了不到0。01 mS/cm。說明質(zhì)量濃度低于63。20%時(shí)， 電導(dǎo)率變化較明顯;當(dāng)質(zhì)量濃度為 66。25%時(shí) ， 電導(dǎo)率為恒定值 0。033 mS/cm 。

 

2。2　 電磁流量計(jì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及分析

        首先分析電磁流量計(jì)流速數(shù)據(jù)的重復(fù)性 。圖 6 是當(dāng)管內(nèi)流速為 0。1 m/s (即濃密膏體輸送流速下限)時(shí)， 電磁流量計(jì)測量由大到小的 3 種質(zhì)量濃度分別為 73 %， 69 %， 63%的煤泥的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)曲線。由圖可見濃度較高時(shí)電磁流量計(jì)難以測出穩(wěn)定的流速數(shù)值， 而當(dāng)濃度較低且煤泥流動(dòng)性非常好時(shí)測量數(shù)值較為穩(wěn)定。圖 7 是質(zhì)量濃度為 63%時(shí)電磁流量計(jì)的 3 次測試曲線 ， 可見其重復(fù)性良好， 故測量結(jié)果可信 。相比較煤泥電導(dǎo)率的測試結(jié)果， 可以看出當(dāng)質(zhì)量濃度低于 63%時(shí)， 電導(dǎo)率較大， 且不同質(zhì)量濃度下電導(dǎo)率變化穩(wěn)定。故推測當(dāng)質(zhì)量濃度低于 63%， 電導(dǎo)率高于 0 。035 mS/cm 時(shí)， 電磁流量計(jì)應(yīng)用于煤泥管道輸送時(shí)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性較高。

        其次提取電磁流量計(jì)的流速數(shù)據(jù)換算并積分后與稱重質(zhì)量進(jìn)行對(duì)比， 分析其數(shù)據(jù)誤差 ， 結(jié)果如表 1.可以通過電磁流量計(jì)積分后的總流量與稱重?cái)?shù)據(jù)的吻合程度來分析 ， 若二者吻合較好則說明電磁流量計(jì)在線測量數(shù)據(jù)顯示雖然可能受到氣泡的影響 ， 但是總流量可以準(zhǔn)確測量;若二者相差較大 ， 則說明電磁流量計(jì)不適合對(duì)較高質(zhì)量濃度煤泥進(jìn)行測量 .從表 1 可以看出電磁流量計(jì)在質(zhì)量濃度為 69%， 73%時(shí)誤差較大 ， 故測量不準(zhǔn)確 ;在質(zhì)量濃度為 63%時(shí)測量誤差較小 ， 說明其測量較準(zhǔn)確 .該對(duì)比實(shí)驗(yàn)與之前的重復(fù)性分析相符 ， 說明用質(zhì)量濃度及電導(dǎo)率來評(píng)價(jià)電磁流量計(jì)測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性有一定的可行性.

3 　結(jié) 　論

        本文通過對(duì)煤泥的電導(dǎo)率及電磁流量計(jì)管道輸送流量的測量， 得出以下結(jié)論 :

        1)煤泥的電導(dǎo)率數(shù)值隨其質(zhì)量濃度的降低而增大， 并且在一定范圍內(nèi)隨質(zhì)量濃度的變化效果更明顯.且電磁流量計(jì)不適合較高質(zhì)量濃度煤泥管道流量的測量， 但在較低濃度測量時(shí)重復(fù)性良好， 測量結(jié)果準(zhǔn)確可信， 且濃度越低， 測量效果越好 .

        2)電磁流量計(jì)在濃密膏體管道流量測量中能否應(yīng)用與其電導(dǎo)率及濃度有關(guān)系 .電導(dǎo)率越大， 電磁流量計(jì)測量效果越好.應(yīng)用于煤泥時(shí)， 得出當(dāng)質(zhì)量濃度上限值為 63%， 電導(dǎo)率下限值為 0.035 mS/cm 時(shí) ，電磁流量計(jì)可用于測其流量.

        3)通過對(duì)煤泥的研究， 可以推測當(dāng)電磁流量計(jì)應(yīng)用于赤泥、電石泥、污泥等其它濃密膏體的管道輸送時(shí) ， 也應(yīng)有相應(yīng)的濃度及電導(dǎo)率閾值， 其數(shù)值可通過試驗(yàn)獲得 .

 

作者：流量計(jì)廠家

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