德士古气化炉中电磁流量计的应用

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依据法拉第电磁感应定律进行流量测量的流量计就是恒辉电磁流量计。电磁流量计的优点是可测流量范围大，压损极小。zui大流量与zui小流量的比值一般为 100：1以上，适用的工业管径范围宽，zui大口径可达3m，输出信号和被测流量成线性，度较高，可测量电导率≥1μs/cm的酸、碱、盐溶液、水、污水、腐蚀性液体以及泥浆、矿浆的导电流体流量。目前的煤化工行业中德士古气化炉中的煤浆流量计大部分设计和选型中都采用的是电磁恒辉流量计厂，但实际使用效果差异很大，这一问题一直是煤化工行业专业人员讨论的难题。
　　陕西神木化学工业有限公司是年产60万t甲醇的大型国有企业，有6台德士古气化炉，共有15台煤浆电磁流量计，经过多年的探索，整体使用效果良好。尤其是科隆电磁流量计自04年投用以来，流量计运行稳定，衬里采用ETFE（增强聚四氟乙烯），运行近5年来，没有任何磨损，与其他单位生产的煤浆流量计相比，质量优良，运行稳定。
　　水煤浆电磁流量计的工作原理
　　由于水煤浆特殊的物理特性，使其测量难度很大。它含有60%以上的极细的煤固体颗粒，再加上辅助添加剂，在高压工况下，其动力粘度高达 800~1500mPa.s，介质对衬里的挤压和对电极的冲刷环境要求电磁流量计传感器的衬里与测量导管的附着性能以及电极的抗噪声和防渗漏性能有着很高的要求，而且水煤浆是非牛顿流体，设计管道流速很低，在1.0m/s左右，而且又有腐蚀性。经多年煤化工装置的运行比较经验证明，采用煤浆电磁流量计测量水煤浆流量是目前惟一可靠的方式。
　　电磁流量计测量的基本原理是法拉第电磁感应原理（见图1）。导体在磁场中作相对运动感应出电动势由Ex=kBDv计算。感应电势E的大小正比于导体的运行速度v、导体宽度D及磁场强度B。电磁流量计两个测量电极间的距离是由流动介质形成的导体宽度D，置于管道两侧的电磁线圈通电后产生电磁场，强度为 B。当被测的导电流体以平均流速v通过磁场时，电极感应出一定的电动势E。转换器将所测的电动势E转换成4-20mA标准信号传送至控制室。


图1 电磁流量计原理图
 

　　结构及各部分的作用
　　电磁流量计的结构主要由磁路系统、测量导管、电极、外壳、衬里和转换器等部分组成。
　　磁路系统的作用是产生均匀的直流或交流磁场。电磁流量计一般采用交变磁场。
　　测量导管的作用是让被测导电性液体通过。测量导管必须采用不导磁、低导磁率、低导热率和具有一定机械强度的材料制成，可选用不导磁的不锈钢、玻璃钢、高强度塑料、铝等。
 

　　电极的作用是引出和被测量流量成正比的感应电势信号。电极一般用非导磁的不锈钢制成，且被要求与衬里齐平，以便流体通过时不受阻碍。它的安装位置宜在管道的水平轴线方向，以防止沉淀物堆积在其上面而影响测量精度。而在水煤浆场合，由于高压煤浆对电极的冲刷会产生信号噪声，通常有技术经验的制造厂会采用低噪声电极来降低冲刷噪声。
　　外壳应用铁磁材料制成，是励磁线圈的外罩，并隔离外磁场的干扰。
　　在测量导管的内侧及法兰密封面上，有一层完整的电绝缘衬里。它直接接触被测液体，其作用是防止感应电势被金属测量导管管壁短路，并可适应测量导管的抗腐蚀性和耐磨性。                                  　　在水煤浆场合衬里材料多为耐腐蚀、耐磨的工程橡胶和聚四氟乙烯塑料），但近几年发展起来的增强聚四氟乙烯被得到广泛应用，其耐磨性、耐挤压性能、耐腐蚀性非常优异，并与测量导管有很好的附着性能，不会发生衬里起壳或脱落现象。
　　由液体流动产生的感应电势信号十分微弱，受各种干扰因素的影响很大，转换器的作用就是将感应电势信号放大并转换成统一的标准信号并抑制主要的干扰信号。
　　电磁流量计的选型
　　电磁流量计的合理选用及正确安装对提高流量计的测量精度和延长仪表寿命，都是极其重要的。其选用原则有以下四点：
　　被测流体必须是导电液体，它不能测量气体、蒸汽、石油制品、甘油、酒精等物质，传感器的衬里很重要，必需稳定、耐压、耐磨。
　　口径与量程的选择。流量计的量程根据不低于预计的zui大流量值的原则选择满量程刻度，常用流量超过满量程的50%，这样可获得较高的测量精度。常用流速为2~4m/s zui合适。电极要有降噪功能的低噪声电极。
　　压力的选择：使用压力必须低于潜水电磁流量计额定工作压力，一般不超过16×105Pa，衬里的耐压也很关键，衬里在挤压后不能使电*出衬里表面。
　　温度的选择。被测介质温度不能超过衬里材料的容许使用温度，在高压状态下，一般≤120℃。
　　电磁流量计的安装
　　安装位置。电磁流量计可以垂直、水平安装，但推荐垂直安装，且被测流体是自下而上流动。也可以水平安装，但要使两电极在同一水平面上。水平安装时要保证在何时测量导管都充满液体。
　　电磁流量计信号比较弱，满量程时只有几毫伏，且流量很小时，只有几微伏，外界稍有干扰就会影响到测量精度。因此，流量计的外壳、屏蔽线、测量导管都要接地。要单独设置接地点，千万不要连接在电机或上、下管道上。
　　流量计的安装地点要远离一切磁源。
　　电磁流量计是速度式流量计。当流线分布不符合设定条件时，将产生测量误差。因此，在电磁流量计前必须有5~10D左右的直管段，以消除各种局部阻力对流线分布对称性的影响。
　　电磁流量计在德士古气化炉中的应用
　　流速问题
　　在现场实际运行过程中，德士古气化炉所用的煤浆泵多是FELUWA软管隔膜式活塞泵，我公司电磁流量计的工作压力为6.0MPa，正常流量为25 m3/h，煤浆管线是DN150，根据此管径及流量计算，流速达不到0.5m/s，这是通常流量计运行不稳定的重要原因之一。恒辉电磁流量计在实际使用中，流速大小对流量的影响很小，适用0.3m/s的流速。
　　衬里问题
　　由于煤浆管线压力达6.0MPa，煤浆固体颗粒冲刷比较严重，所以在衬里的材料选择中应慎重考虑。恒辉电磁流量计选择了耐冲刷，耐磨损的增强聚四氟乙烯（ETFE）材料。自投用5年以来，衬里完好无损。
　　阻尼问题
　　在流量计的运行过程中，仪表稳定指示与安全运行是长期存在的一对矛盾。在德士古气化炉煤浆电磁流量计的设计中，一般设计为三选二低联锁跳车。在流量计的运行过程中，阻尼时间设置短，流量计运行势必不稳定，波动较大；如果将阻尼时间设置较长，仪表本身表面看起来稳定运行，但当煤浆泵停或煤浆管线堵塞时，流量计不能快速降下来，不能及时反映实际生产状况，更可怕的是会造成过氧爆炸的危险。恒辉仪表是采用低噪音电极和抗噪音转换器来降低流量显示的波动，所以在阻尼时间的设置上比较合理，既保证了安全生产，又保证了仪表的稳定运行。
　　安装问题
　　从电磁流量计的测量原理及安装注意事项里看，电磁流量计的安装可以选择水平安装，也可以选择竖直安装。我公司煤浆流量计在水平管道和竖直管道均有使用，但从整体运行情况来看，水平管道运行效果良好。
　　从电磁流量安装的直管段要求上看，电磁流量的安装直管段通常是10D，但科隆电磁流量计的直管段安装要求简单，只需要前5D、后2D，基本上就可满足运行要求。
　　结语
　　随着煤化工的发展与应用，化工工艺千变万化，使电磁流量计扩大了应用范围。在实际使用中会遇到各种各样的技术难题，在流量计的厂家选择中会更谨慎，建议能选择在同类行业中有使用业绩的生产厂家，以保证整个生产的安全稳定运行。