浆液型电磁流量计在煤化工行业中的应用经验

    水煤浆是由60%～70%具有一定粒度级配的煤粉和30%～40%的水及一定量添加剂组成的混合物。由于分散剂和稳定剂等添加剂的作用，使水煤浆成为一种具有较好流动性和稳定性的均匀的液固两相流，属于非牛顿流体中的宾汉塑性流体，俗称浆液。由于受参比流动条件（充分发展的速度分布、牛顿流体、均匀单相流体、稳定流等)的限制，绝大多数推理式流量计都不适于这种流体的流量测量。

    电磁流量计与其它流量计相比最显著的特点是：电磁流量计的原理是利用法拉第电磁感应定律，直接测量的是管道横截面内的面平均流速，因此，测量不受流体密度、粘度、温度、压力、电导率和雷诺数变化的影响；没有阻流件，几乎没有压力损失，也不会在高流速情况下因阻流件而产生气蚀，不但极易造成仪表的测量误差，严重时还会瞬间造成仪表损坏。因此，近年来电磁流量计在水煤浆测量中得以广泛应用。

    应当特别指出的是，由于不同浆液的流变学性质、化学性质和脉动流情况的不同，对电磁流量传感器的材料、结构和对电磁流量转换的信号处理能力的要求也不尽相同。如果选型或使用不当就会出现各种问题。

    1 电磁流量计（以下有时简称“仪表”）在水煤浆流量测量中的常见问题、产生原因和解决方法

    电磁流量计在水煤浆的流量测量中，最常见的问题是仪表的流量显示不稳定，其主要原因是：

    1.1 隔膜泵产生的脉动流及解决方法

    水煤浆向气化炉输送时的重要要求是流量的适度和稳定，以保证水煤浆的气化率。例如，根据“德士古”气化炉的工艺要求，水煤浆在喷嘴处的压力需达到6～9.6MPa以后甚至更高。所以，目前水煤浆都是用隔膜泵，通过活塞的冲程加压进行输送，只要使用活塞隔膜泵，打出的流体就必然会产生脉动，即使在满负荷高频率运行的情况下，加压打出的流体的脉动波动量也相当大，一般在6%～15%。可以根据具体管线条件，用以下方法（单用或混用）满足气化炉对水煤浆流量及速度分布的要求。

    （1）最好的方法是保证仪表上游必要的管段长度，在考虑按照电磁流量计的具体安装要求选择安装位置。

    （2）在工艺管道的适当部位扩径后加适用的流动调整器，可减少上述直管段长度至，但会产生一定的压力损失。

    （3）用多隔膜（目前最多为三腔）活塞泵替代单腔活塞泵，以增加脉动频率，减小脉动幅度。但是，若多隔膜活塞泵中的某一个工作腔出现故障，就会加大流体的脉动量，而且每一个工作腔的工作状态不能在中央控制室进行监控，只能反映在仪表的瞬时流量显示及输出信号的波动上，要及时检查泵的工作情况，发现异议后应及时排除。

    另外，在水煤浆制备及普通燃烧锅炉的加压输送环节采用的是“螺杆泵”，它在不同转速下所产生的脉动流的波动量很小，一般不会影响仪表对流量的测量和控制。

    1.2 极化现象的干扰及电磁流量计的选用

    在水煤浆等液固两相流的流量测量中，当固体颗粒和纤维擦过电极表面时，与电极表面的接触电化学电势（即极化电压）突然变化，造成从传感器输出的电极检测信号出现尖脉冲状的浆液噪声干扰，造成流量显示和输出信号的波动，波动量的大小与传感器的励磁电流频率成1/f的频谱特性关系。而金属颗粒对电极的摩擦会产生严重的瞬间尖脉冲干扰。

    1.3 水煤浆中掺杂金属物质及铁磁性物质产生的干扰和解决方法

    1.3.1 金属物质的来源

    （1）原煤本身含有金属物质成分；

    （2）开采过程：在煤炭的开采过程中难免与采掘设备摩擦、碰撞掺入各种金属残屑；

    （3）制浆过程：原煤通过输送带送至棒磨机或球磨机与造纸废液、甲醇废液等添加剂混合进行研磨，制成煤粉含量为60%～70%、密度为1250～1286kg/m3、动力粘度为700～3000cP的水煤浆。在水煤浆的磨制过程中，也会掺入与球磨机墨棒碰撞磨落的金属颗粒；

    （4）内管壁氧化：水煤浆向气化炉（或燃烧炉）的输送管道一般采用20号钢，在停机期间，内管壁会产生氧化层-铁锈，当再次开机时，由于水煤浆对管道内壁的摩擦作用使氧化层磨落为氧化铁屑混入水煤浆中。

    （5）其它原因。水煤浆中掺杂的这些金属颗粒不但会产生上述严重的瞬间尖脉冲干扰，还会造成活塞泵及其它设备的磨损。更为严重的是，其中的铁磁性物质会对仪表产生更加严重的干扰。

    1.3.2 铁磁性物质产生的干扰

    电磁流量计工作时，传感器测量管内产生的磁场会使金属颗粒中的铁磁性物质磁化，单独或与污垢及其它金属成分混合贴附在传感器电极及周围的衬里上，影响电磁流量计工作磁场的稳定。金属成分会使两电极间的绝缘电阻发生变化，绝缘电阻减小则信号减弱；若金属物质导通两个电极就会产生短路而没有信号；当吸附在电极和衬里上的铁磁性物质被流体冲刷脱落时，又会使极化电压突然减少，造成仪表显示的突然波动；若铁磁性物质及其它金属物质掺杂在流体中，则会使磁场增强信号增大。

    1.3.3 解决方法

    （1）最好在水煤浆制做的末道工序进行磁过滤；

    （2）最好采用不锈钢输送管道；

    （3）根据具体情况定期或不定期的对电磁流量传感器进行检查清理；

    （4）选用适合的原煤或水煤浆。

    1.4 绝缘性沉积结垢对测量的影响及解决方法

    若绝缘性沉积结垢覆盖电极表面，则测量信号会被断路。可根据具体情况定期或不定期的对电极表面进行检查清理。

    1.5 气泡对测量的影响及解决方法

    水煤浆中若含有气泡会对测量造成影响，严重的还会造成空管报警，促使4～20mA信号回零。

    长期实用表明，E-Mag浆液型电磁流量计具有解决这一问题的明显优势，它具有以下特点：

    （1）E-Mag浆液型电磁流量计的SMART（智能）转换器采用专有的浆液型E-MagMaster电磁流量计校验设置数据软件；采用新颖的励磁方式，功耗低，零点稳定，精确度高，反应速度快；具有自检和自诊断功能；流量范围可达1500：1；采用SMT（表面安装）技术等优点。

    （2）新颖的励磁方式：高频励磁具有很强的抑制“浆液噪声”的能力，低频励磁又有零点稳定等优点。因此，E-Mag浆液型电磁流量计能够有效地解决在测量水煤浆等导电性液固两相流中造成的瞬时流量显示及输出信号波动的问题。

    （3）检测电极采用不锈钢涂覆碳化钨。该材质即耐磨又能解决“电化学干扰噪声”造成的流量信号波动问题。对于工作压力小于4MPa的电极结构采用内插式，对于工作压力大于4MPa的电极结构采用外插式。

    （4）衬里采用耐磨的聚氨脂材料并经过特殊工艺处理成型。

    （5）采用进/出口保护法兰：流量计本体法兰和工艺管道法兰安装夹紧后，水煤浆对聚氨脂衬里在流量计本体法兰外密封面上“翻边拐角”处的变形部分产生磨损，10～20天聚氨脂衬里将逐步撕裂脱落造成传感器报废。而采用在流量计本体法兰内安装特殊结构的进/出口保护法兰的方法就能完全解决这一问题。

    （6）传感器内壁采取燕尾槽结构设计，以避免气化炉停车后形成的负压造成衬里鼓泡甚至撕裂。

    （7）传感器经多次打压检查电极绝缘强度。

    （8）根据气化炉的工艺特点采取三台电磁流量计配组串联校验。以保证其精确度的一致性。

    需要说明的是，流量是否稳定是由仪表显示的，仪表显示的流量不稳定除上述原因外，时间常数的设定只是一个非实质性原因。电磁流量计的时间常数可在1~100秒的范围内分段设定，时间常数设定的越短，仪表对流体的脉动就越敏感，只要流体的脉动量能够满足气化炉工艺条件的要求，就可以把仪表的时间常数设定在适当范围，消除或减少脉动显示，以便进行脉动变化的监测。

    2 E-mag浆液型电磁流量计在水煤浆行业的应用

    2.1 安装要求

    严格按照电磁流量计使用说明书中的要求安装，并且尽可能地将三台电磁流量计安装在气化炉顶部。

    2.2 使用建议

    （1）在单机试车阶段不要对电磁流量计送电，先用水煤浆对管道内壁进行循环磨擦除锈，否则铁锈会被传感器内壁的磁场吸附在电极附近，对电极形成极化电压干扰而造成流量计的波动。气化炉停车后先将电磁流量计停电，然后再清洗管道，避免因通电使传感器内形成磁场，使吸附在电极附近的铁磁性物质不能被冲洗干净。

    （2）若多隔膜活塞泵的某一个工作腔出现异常，流量值的变化可能不大，但流体脉动的波动量会加大。应及时监视活塞泵每一个工作腔压力表的指示是否均衡，并及时进行故障排除。

    （3）若水煤浆中所含的大金属颗粒或气泡摩擦、碰撞电极而产生的瞬间尖脉冲干扰频繁出现时，应检查水煤浆的质量。

    （4）由于传感器衬里受适用温度的限制，不能用蒸汽冲洗水煤浆管线。

    2.3 流量计的参数设定

    当电磁流量传感器不能按照最佳的安装条件安装使用时，可以调整流量计的时间常数，以牺牲灵敏度为代价弥补脉动流造成的波动，建议阻尼时间调整不要超过30秒，以5～15秒为最佳。