煤漿流量計在德士古氣化爐中的應用問題探討
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圖3 流速分布不均示意圖
由圖3（a）可知，權重函數高的地方流速快，而權重函數低的地方流速慢，這時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，這時轉換器輸出減小，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，轉換器輸出就會變大；如果淤積面超過了電極，轉換器輸出就會減小。由于這種淤積是不穩定的，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，橫管表現比較好，經過一段時間后，橫管才會波動。
2 解決方案
在此之前，多數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致的跳車問題。
經過上面的分析，我們認為引起流量計輸出波動的根本原因在于流場流態，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，就需要從傳感器結構設計著手。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。應用經驗表明，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，這樣設計的傳感器起到了關鍵性的作用。
為了解決流量計的異常波動，僅靠改變傳感器的結構是不夠的。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。縮徑后，如果采用方波勵磁轉換器，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致跳車。
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。據專業人士測算，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（防止誤跳車），而且反應速度快（一旦斷漿，快速激活安全聯鎖，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，所以應選用交流勵磁的轉換器。上海威爾泰生產的新一代交流勵磁轉換器，由于采用了高階帶通濾波器，能夠實現流量測量輸出既穩又快。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計并應用到橫管上，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。首先，該方案被應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。某企業因原進口流量計波動頻繁而引發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性遠優于其他同類產品，自投運以來，該企業從未因流量計波動而引起誤跳車。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，當位于橫管的進口流量計出現大幅度波動時，豎管威爾泰流量計輸出仍然保持平穩。同時，工藝人員利用爐溫等其他參數進行綜合判斷，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
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