德士古氣化爐水煤漿電磁流量計的使用

張軍錄，李鳳蓮

(內(nèi)蒙古新能能源有限公司，內(nèi)蒙古鄂爾多斯 014300)

德士古水煤漿加壓氣化技術是迄今為止工業(yè)化較好的氣流床煤氣化技術，氣化爐采用水煤漿進料和純氧氣化工藝，具有碳轉(zhuǎn)化率高、氣體有效成分高、三廢處理方便、可實現(xiàn)遠程計算機控制和最優(yōu)化操作等優(yōu)點。但在生產(chǎn)中，水煤漿的測量是個難題，波動大，測量不準，一直對工藝安全穩(wěn)定生產(chǎn)有較大影響。內(nèi)蒙古新能能源有限公司年產(chǎn)60萬t/a甲醇項目氣化裝置于2009年6月18日投料，9臺水煤漿流量計全部采用開封儀表有限公司的EMAGE E型電磁流量計，使用情況較好，基本滿足了工藝生產(chǎn)對流量計的要求。

1 水煤漿特性及選用電磁流量計的優(yōu)點

由于水煤漿特殊的物理特性，使其測量難度很大。它含有65%左右的極細的煤固體顆粒，再加上輔助添加劑，在高壓工況下，其動力黏度高達800～1 500 mPa·s，介質(zhì)對襯里的擠壓和對電極的沖刷環(huán)境要求電磁流量計傳感器的襯里與測量導管的附著性能以及電極的抗噪聲和防滲漏性能有著很高的要求，而且水煤漿是非牛頓流體，設計管道流速很低，在1.0 m/s左右，而且又有腐蝕性。經(jīng)多年煤化工裝置的運行比較經(jīng)驗證明，采用煤漿電磁流量計測量水煤漿流量是目前唯一可靠的方式。

電磁流量計是根據(jù)法拉第電磁感應定律原理進行流量測量的流量計。電磁流量計的優(yōu)點是壓損極小，可測流量范圍大。最大流量與最小流量的比值一般為100∶1以上，適用的工藝管徑范圍寬，最大口徑可達3 m，輸出信號和被測流量成線性，精確度較高，可測量電導率≥1 μS/cm的酸、堿、鹽溶液、水、污水、腐蝕性液體以及泥漿、礦漿的導電流體流量。目前的煤化工行業(yè)中德士古氣化爐中的煤漿流量計大部分設計和選型中都采用的是電磁流量計，但實際使用效果差異很大，這一問題一直是煤化工行業(yè)專業(yè)人員討論的難題。

2 煤漿流量測量中的難點

水煤漿的主要成分是含有60%(質(zhì)量分數(shù))的固體顆粒，經(jīng)過添加劑作用，正常黏度在800～1 500 mPa·s范圍之間，介質(zhì)中的固體顆粒對管道沖刷性強，對襯里的耐磨性要求高。

2.1 介質(zhì)流速過低，測量信號弱，易受干擾

水煤漿流量的滿負荷設計為86 t/h，管道直徑為DN200 mm。在系統(tǒng)開車半負荷43 m3/h煤漿量時，管道流速只有0.38 m/s，即使在滿負荷86 m3/h煤漿量時，介質(zhì)的流速也只有0.76 m/s，一般電磁流量計的流速要求為1～10 m/s，本身電磁流量計的檢測信號有幾毫伏，而煤漿電磁流量計的流速要求為0.3～2 m/s，故煤漿流量計的檢測信號只有零點幾毫伏或更弱。這樣在生產(chǎn)過程中，介質(zhì)發(fā)生變化或者周圍有大的磁場都會產(chǎn)生大的干擾。這就是電磁流量計波動的主要原因。

2.2 高壓煤漿泵的影響

氣化爐工作在6.5 MPa下，這樣就要求煤漿管線壓力在7.0 MPa左右，我公司采用的是德國菲魯瓦的隔膜軟管泵，該泵本身就是一個脈動流。這樣對流量計來說就是一個大的波動。

水煤漿中成分不穩(wěn)定，特別是鐵屑含量的變化對電磁流量計的干擾非常大。如若煤漿中的鐵屑含量較高，電磁流量計在工作時其傳感器測量腔內(nèi)產(chǎn)生的磁場會使金屬顆粒磁化，促使煤漿內(nèi)的金屬顆粒吸附在測量電極附近，對電極形成極化電壓，會加大電磁流量計的測量精度并造成增大波動量。

3 使用中的經(jīng)驗及改進措施

開封儀表有限公司的E-MAG型電磁流量計引進ABB-KENT TAYLOR電磁流量計技術，針對水煤漿特性，通過對電磁流量計傳感器部分進行特殊設計、轉(zhuǎn)換器軟件的開發(fā)，對煤漿泵的脈動、管線的震動及煤漿成分變化等影響流量穩(wěn)定的因素有了很好改變，以滿足德士古氣化爐對流量計要求。該流量計的流速檢測范圍最低可達到0.1 m/s，在氣化爐最低負荷煤漿量43 m3/h時，流速0.38 m/s，對流量計影響也很小。電極結(jié)構(gòu)的改變從源頭降低了漿液噪聲干擾，襯里采用了聚氨酯襯里，耐磨性增強，使用一年后對流量計的襯里幾乎無磨損。

3.1 安裝時嚴格按照規(guī)范安裝

直管段的要求為前5后2，每臺氣化爐3臺流量計，兩臺安裝在去氣化爐爐頭豎直管段上，一個安裝在氣化爐爐頭煤漿管線水平管道上，其前后直管段均達到了要求;電磁流量計信號比較弱，滿量程時僅幾毫伏，且流量很小時，僅幾微伏，外界稍有干擾就會影響到測量精度。因此，流量計的外殼、屏蔽線、測量導管按規(guī)范要求進行了接地，并且要單獨設置接地點，不要連接在電機或上、下管道上。流量計傳感器的法蘭須與管道跨接，并可靠接地，保證接地電阻值在10 Ω以下，防爆型在1 Ω以下;電磁流量計周圍不應有大功率電器等，遠離一切磁源。

我公司高壓煤漿泵是德國菲魯瓦公司生產(chǎn)的雙重軟管三缸式隔膜泵，泵本身比雙缸式穩(wěn)定性要高，出口設置了兩個軟管隔膜緩沖器，這對消除煤漿量的本身波動非常重要，在調(diào)節(jié)緩沖罐壓力時將緩沖罐壓力調(diào)整為煤漿管線系統(tǒng)壓力的80%，盡量減少煤漿泵對流量波動的影響，出口管線上有一個出口壓力表，如果波動很小，就說明煤漿量本身波動很小，如若振幅很大，就應及時調(diào)整緩沖罐，查看是否氮氣壓力不合適或存在一個缸不打量等情況，應該及時處理。

3.2 水煤漿中鐵屑含量高的處理辦法

水煤漿從煤制成水煤漿再進入氣化爐經(jīng)過如下途徑:煤經(jīng)過輸送皮帶送入氣化煤倉，煤稱重給料機進行計量，和水、添加劑進行一定配比后研磨，生成的水煤漿流入磨機出料槽通過小煤漿泵送入大煤漿槽待用，在開車時通過高壓煤漿泵送入氣化爐。產(chǎn)生鐵屑的主要途徑有煤礦采煤時產(chǎn)生的磁性金屬、磨煤機磨煤時鋼棒脫落產(chǎn)生的鐵屑、煤漿槽產(chǎn)生的鐵銹及煤漿輸送管線產(chǎn)生的鐵銹，鐵質(zhì)物體在通過流量計電極時，會有鐵磁性物質(zhì)附著在電極附近造成磁場的紊亂，就會產(chǎn)生大的高頻噪聲干擾，造成流量顯示的大幅波動。采取的主要辦法有:在煤輸送皮帶進入氣化煤倉前加磁性除鐵器，并按規(guī)定定時清理減少進入氣化煤倉的大鐵塊;磨煤機滾筒篩加強巡檢及清洗，避免大的金屬顆粒進入煤漿槽;在每次停車進行煤漿管線沖洗時，首先對電磁流量計停電，以便沖洗掉黏附在電極上的金屬顆粒，開車時首先對煤漿管線沖洗，將煤漿輸送管線上的鐵銹沖洗干凈，再對煤漿流量計送電。煤漿流量計的波動主要出現(xiàn)在第一次開車和系統(tǒng)停車檢修后的一周時間內(nèi)，分析主要原因是煤漿中的金屬固體含量高造成的，在系統(tǒng)運行一周以后，流量計趨于穩(wěn)定。

3.3 關于阻尼時間的調(diào)整

在較長時間停車后進行開車就應該加強對煤漿流量計的巡檢和維護力度，可對儀表相關參數(shù)進行調(diào)整，如儀表波動太大可適當延長阻尼時間，避免誤跳車，在水煤漿成分比較穩(wěn)定后，可將阻尼時間調(diào)整回正常。煤漿流量計出現(xiàn)問題應該查找引起故障的各種原因，直至消除波動。不要一味地延長阻尼時間，有些單位將煤漿流量計阻尼時間調(diào)整到30 s甚至60 s，在煤漿泵發(fā)生故障時煤漿流量不能及時反映就會造成氣化爐過氧甚至爆炸，這就對安全生產(chǎn)留下了極大的隱患。我公司3臺氣化爐9臺煤漿電磁流量計的阻尼時間均在8～15 s之間，能及時反映實際工況，滿足了生產(chǎn)的要求。

4 結(jié)語

雖然使用電磁流量計測量煤漿有很多難點，假如使用不當，輕者會造成流量計在使用過程中顯示波動過大，重者就會造成氣化爐頻繁跳車，甚至生產(chǎn)不能正常進行。我們根據(jù)現(xiàn)場介質(zhì)情況對相關儀表參數(shù)調(diào)整，并對影響流量測量的因素進行了整改，這樣流量計的使用情況就非常好，3臺氣化爐儀表趨勢顯示儀表流量比較平穩(wěn)，流量接近于煤漿泵轉(zhuǎn)速流量，基本滿足了生產(chǎn)的要求。