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煤漿流量計在德士古氣化爐中的應用問(wèn)題探討
作者：
時(shí)間：2013-10-26
來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )
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圖3 流速分布不均示意圖
理想流場(chǎng)分布應該呈軸對稱(chēng)，中心稍大、四周稍慢，這時(shí)采用電磁流量計所測量的流量準確且穩定（漿料噪聲的影響除外）。如果流場(chǎng)不夠理想，則測量管橫截面流速分布不均，可能引起流量測量輸出波動(dòng)。
由圖3（a）可知，權重函數高的地方流速快，而權重函數低的地方流速慢，這時(shí)轉換器流量輸出增大；由圖3（b）可知，權重函數低的地方流速快，而權重高的地方流速慢，甚至電極被覆蓋，這時(shí)轉換器輸出減小，甚至接近于零。
橫管的波動(dòng)原因與上述分析有所不同，其波動(dòng)主要是由于淤積造成的。如果淤積面沒(méi)有超過(guò)電極，則由于測量管橫截面減小、流速提高，轉換器輸出就會(huì )變大；如果淤積面超過(guò)了電極，轉換器輸出就會(huì )減小。由于這種淤積是不穩定的，淤積面時(shí)漲時(shí)消，所以引起流量輸出周期較長(cháng)的波動(dòng)。一般而言，在投料初期，橫管表現比較好，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，橫管才會(huì )波動(dòng)。
2 解決方案
在此之前，多數人認為流量計波動(dòng)的原因在于漿料噪聲，甚至是電極噪聲。由于漿料噪聲和電極噪聲的周期比較短，所以處理波動(dòng)方法不外乎是加大阻尼時(shí)間。事實(shí)證明，這種方法不能從根本上解決流量計輸出波動(dòng)所導致的跳車(chē)問(wèn)題。
經(jīng)過(guò)上面的分析，我們認為引起流量計輸出波動(dòng)的根本原因在于流場(chǎng)流態(tài)，其特點(diǎn)是波動(dòng)周期比較長(cháng)，周期為幾秒甚至幾十秒。要改善流場(chǎng)流態(tài)，就需要從傳感器結構設計著(zhù)手。因此，采用了類(lèi)文丘里管形狀的傳感器，這樣不但提高了流速，而且能起到一定程度的整流作用。應用經(jīng)驗表明，當流速為1m/s左右時(shí)，流場(chǎng)比較好，對于消除大幅度長(cháng)周期的異常波動(dòng)，這樣設計的傳感器起到了關(guān)鍵性的作用。
為了解決流量計的異常波動(dòng)，僅靠改變傳感器的結構是不夠的。由于原進(jìn)口電磁流量計是方波勵磁，所以采用所謂的低噪聲電極和價(jià)格較高的ETFE襯里，不能有效解決轉換器克服漿料噪聲先天不足問(wèn)題。另外，漿料噪聲隨著(zhù)流速的提高而增大?？s徑后，如果采用方波勵磁轉換器，雖然能夠避免大幅度長(cháng)周期的波動(dòng)，但仍然無(wú)法解決快周期的波動(dòng)問(wèn)題。更為嚴重的是，這種波動(dòng)也有可能導致跳車(chē)。
為使轉換器輸出平穩，采用方波勵磁轉換器只能加大阻尼時(shí)間。然而，德士古氣化爐的安全連鎖方案對流量計阻尼時(shí)間有嚴格的限制。據專(zhuān)業(yè)人士測算，如果煤漿管線(xiàn)被堵住，則切斷氧氣的時(shí)間只有8～10s。如果流量計阻尼時(shí)間過(guò)大，就會(huì )發(fā)生過(guò)氧爆炸的危險。
由上述分析可知，德士古工藝要求煤漿流量計不僅輸出平穩（防止誤跳車(chē)），而且反應速度快（一旦斷漿，快速激活安全聯(lián)鎖，切斷氧氣，防止爐磚燒損或過(guò)氧爆炸）。由于方波勵磁電磁流量計在測量漿料方面本身就存在缺陷，所以應選用交流勵磁的轉換器。上海威爾泰生產(chǎn)的新一代交流勵磁轉換器，由于采用了高階帶通濾波器，能夠實(shí)現流量測量輸出既穩又快。在我們的實(shí)際項目中，曾使用0.2s的阻尼時(shí)間安全可靠運行了兩年多。
由于橫管波動(dòng)的原因與豎管不同，所以處理方法也不同。國內曾有電磁流量計廠(chǎng)家仿照威爾泰的豎管流量計進(jìn)行了縮徑設計并應用到橫管上，實(shí)際使用的效果卻不夠理想。威爾泰提供的橫管解決方案如圖4所示。 
圖4 橫管波動(dòng)解決方案示意圖
從圖4可知，流量計的測量管呈半月形，上半部是堵住的，這主要是為了防止下邊截流引起管線(xiàn)堵塞。為了改善流場(chǎng)，在流量計的上游和下游還設計了導流板。轉換器仍采用第二代交流勵磁技術(shù)。
3 應用效果
本文所提的解決方案先后成功應用于國內兩家煤化工企業(yè)。首先，該方案被應用于波動(dòng)相對頻繁的豎管，橫管仍然采用原來(lái)的進(jìn)口流量計。某企業(yè)因原進(jìn)口流量計波動(dòng)頻繁而引發(fā)跳車(chē)事故一年多達幾十次。由于威爾泰所提供的煤漿流量計平穩性遠優(yōu)于其他同類(lèi)產(chǎn)品，自投運以來(lái)，該企業(yè)從未因流量計波動(dòng)而引起誤跳車(chē)。圖5所示為監控系統工作站屏幕截圖所得的流量輸出平穩性對比圖。由圖5可以看出，當位于橫管的進(jìn)口流量計出現大幅度波動(dòng)時(shí)，豎管威爾泰流量計輸出仍然保持平穩。同時(shí)，工藝人員利用爐溫等其他參數進(jìn)行綜合判斷，同樣證明了該豎管流量計輸出的穩定性。 
圖5 流量輸出平穩性對比圖
為了準確對比不同電磁流量計的輸出快速性，將兩臺電磁流量計安裝于同一管道進(jìn)行測試，橫管是進(jìn)口流量計，豎管是威爾泰流量計。測試時(shí)，將煤漿泵突然關(guān)閉，隔一段時(shí)間再開(kāi)啟，并逐步提高煤漿泵轉速。圖6所示為DI-730型數據采集器截圖所得的、同時(shí)記錄的兩臺電磁流量計的電流輸出結果，圖6中橫坐標每格為3s。由圖6可以看出，威爾泰流量計從斷漿到流量輸出為零的時(shí)間總計約6s，由下降過(guò)程可以估算出濾波時(shí)間常數不到2s，完全滿(mǎn)足安全聯(lián)鎖要求；而另一臺進(jìn)口流量計反應時(shí)間超過(guò)30s。
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