煤漿流量計在德士古氣化爐中的應(yīng)用問題探討
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圖3 流速分布不均示意圖
由圖3（a）可知，權(quán)重函數(shù)高的地方流速快，而權(quán)重函數(shù)低的地方流速慢，這時轉(zhuǎn)換器流量輸出增大；由圖3（b）可知，權(quán)重函數(shù)低的地方流速快，而權(quán)重高的地方流速慢，甚至電極被覆蓋，這時轉(zhuǎn)換器輸出減小，甚至接近于零。
橫管的波動原因與上述分析有所不同，其波動主要是由于淤積造成的。如果淤積面沒有超過電極，則由于測量管橫截面減小、流速提高，轉(zhuǎn)換器輸出就會變大；如果淤積面超過了電極，轉(zhuǎn)換器輸出就會減小。由于這種淤積是不穩(wěn)定的，淤積面時漲時消，所以引起流量輸出周期較長的波動。一般而言，在投料初期，橫管表現(xiàn)比較好，經(jīng)過一段時間后，橫管才會波動。
2 解決方案
在此之前，多數(shù)人認為流量計波動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，所以處理波動方法不外乎是加大阻尼時間。事實證明，這種方法不能從根本上解決流量計輸出波動所導(dǎo)致的跳車問題。
經(jīng)過上面的分析，我們認為引起流量計輸出波動的根本原因在于流場流態(tài)，其特點是波動周期比較長，周期為幾秒甚至幾十秒。要改善流場流態(tài)，就需要從傳感器結(jié)構(gòu)設(shè)計著手。因此，采用了類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(yīng)用經(jīng)驗表明，當流速為1m/s左右時，流場比較好，對于消除大幅度長周期的異常波動，這樣設(shè)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，僅靠改變傳感器的結(jié)構(gòu)是不夠的。由于原進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格較高的ETFE襯里，不能有效解決轉(zhuǎn)換器克服漿料噪聲先天不足問題。另外，漿料噪聲隨著流速的提高而增大?？s徑后，如果采用方波勵磁轉(zhuǎn)換器，雖然能夠避免大幅度長周期的波動，但仍然無法解決快周期的波動問題。更為嚴重的是，這種波動也有可能導(dǎo)致跳車。
為使轉(zhuǎn)換器輸出平穩(wěn)，采用方波勵磁轉(zhuǎn)換器只能加大阻尼時間。然而，德士古氣化爐的安全連鎖方案對流量計阻尼時間有嚴格的限制。據(jù)專業(yè)人士測算，如果煤漿管線被堵住，則切斷氧氣的時間只有8～10s。如果流量計阻尼時間過大，就會發(fā)生過氧爆炸的危險。
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(wěn)（防止誤跳車），而且反應(yīng)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(yīng)選用交流勵磁的轉(zhuǎn)換器。上海威爾泰生產(chǎn)的新一代交流勵磁轉(zhuǎn)換器，由于采用了高階帶通濾波器，能夠?qū)崿F(xiàn)流量測量輸出既穩(wěn)又快。在我們的實際項目中，曾使用0.2s的阻尼時間安全可靠運行了兩年多。
由于橫管波動的原因與豎管不同，所以處理方法也不同。國內(nèi)曾有電磁流量計廠家仿照威爾泰的豎管流量計進行了縮徑設(shè)計并應(yīng)用到橫管上，實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 橫管波動解決方案示意圖
3 應(yīng)用效果
本文所提的解決方案先后成功應(yīng)用于國內(nèi)兩家煤化工企業(yè)。首先，該方案被應(yīng)用于波動相對頻繁的豎管，橫管仍然采用原來的進口流量計。某企業(yè)因原進口流量計波動頻繁而引發(fā)跳車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(wěn)性遠優(yōu)于其他同類產(chǎn)品，自投運以來，該企業(yè)從未因流量計波動而引起誤跳車。圖5所示為監(jiān)控系統(tǒng)工作站屏幕截圖所得的流量輸出平穩(wěn)性對比圖。由圖5可以看出，當位于橫管的進口流量計出現(xiàn)大幅度波動時，豎管威爾泰流量計輸出仍然保持平穩(wěn)。同時，工藝人員利用爐溫等其他參數(shù)進行綜合判斷，同樣證明了該豎管流量計輸出的穩(wěn)定性。
圖5 流量輸出平穩(wěn)性對比圖
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