德士古气化炉水煤浆电磁流量计的使用

张军录，李凤莲

(内蒙古新能能源有限公司，内蒙古鄂尔多斯 014300)

德士古水煤浆加压气化技术是迄今为止工业化较好的气流床煤气化技术，气化炉采用水煤浆进料和纯氧气化工艺，具有碳转化率高、气体有效成分高、三废处理方便、可实现远程计算机控制和最优化操作等优点。但在生产中，水煤浆的测量是个难题，波动大，测量不准，一直对工艺安全稳定生产有较大影响。内蒙古新能能源有限公司年产60万t/a甲醇项目气化装置于2009年6月18日投料，9台水煤浆流量计全部采用开封仪表有限公司的EMAGE E型电磁流量计，使用情况较好，基本满足了工艺生产对流量计的要求。

1 水煤浆特性及选用电磁流量计的优点

由于水煤浆特殊的物理特性，使其测量难度很大。它含有65%左右的极细的煤固体颗粒，再加上辅助添加剂，在高压工况下，其动力黏度高达800～1 500 mPa·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1.0 m/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唯一可靠的方式。

电磁流量计是根据法拉第电磁感应定律原理进行流量测量的流量计。电磁流量计的优点是压损极小，可测流量范围大。最大流量与最小流量的比值一般为100∶1以上，适用的工艺管径范围宽，最大口径可达3 m，输出信号和被测流量成线性，精确度较高，可测量电导率≥1 μS/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流量计，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。

2 煤浆流量测量中的难点

水煤浆的主要成分是含有60%(质量分数)的固体颗粒，经过添加剂作用，正常黏度在800～1 500 mPa·s范围之间，介质中的固体颗粒对管道冲刷性强，对衬里的耐磨性要求高。

2.1 介质流速过低，测量信号弱，易受干扰

水煤浆流量的满负荷设计为86 t/h，管道直径为DN200 mm。在系统开车半负荷43 m3/h煤浆量时，管道流速只有0.38 m/s，即使在满负荷86 m3/h煤浆量时，介质的流速也只有0.76 m/s，一般电磁流量计的流速要求为1～10 m/s，本身电磁流量计的检测信号有几毫伏，而煤浆电磁流量计的流速要求为0.3～2 m/s，故煤浆流量计的检测信号只有零点几毫伏或更弱。这样在生产过程中，介质发生变化或者周围有大的磁场都会产生大的干扰。这就是电磁流量计波动的主要原因。

2.2 高压煤浆泵的影响

气化炉工作在6.5 MPa下，这样就要求煤浆管线压力在7.0 MPa左右，我公司采用的是德国菲鲁瓦的隔膜软管泵，该泵本身就是一个脉动流。这样对流量计来说就是一个大的波动。

水煤浆中成分不稳定，特别是铁屑含量的变化对电磁流量计的干扰非常大。如若煤浆中的铁屑含量较高，电磁流量计在工作时其传感器测量腔内产生的磁场会使金属颗粒磁化，促使煤浆内的金属颗粒吸附在测量电极附近，对电极形成极化电压，会加大电磁流量计的测量精度并造成增大波动量。

3 使用中的经验及改进措施

开封仪表有限公司的E-MAG型电磁流量计引进ABB-KENT TAYLOR电磁流量计技术，针对水煤浆特性，通过对电磁流量计传感器部分进行特殊设计、转换器软件的开发，对煤浆泵的脉动、管线的震动及煤浆成分变化等影响流量稳定的因素有了很好改变，以满足德士古气化炉对流量计要求。该流量计的流速检测范围最低可达到0.1 m/s，在气化炉最低负荷煤浆量43 m3/h时，流速0.38 m/s，对流量计影响也很小。电极结构的改变从源头降低了浆液噪声干扰，衬里采用了聚氨酯衬里，耐磨性增强，使用一年后对流量计的衬里几乎无磨损。

3.1 安装时严格按照规范安装

直管段的要求为前5后2，每台气化炉3台流量计，两台安装在去气化炉炉头竖直管段上，一个安装在气化炉炉头煤浆管线水平管道上，其前后直管段均达到了要求;电磁流量计信号比较弱，满量程时仅几毫伏，且流量很小时，仅几微伏，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、测量导管按规范要求进行了接地，并且要单独设置接地点，不要连接在电机或上、下管道上。流量计传感器的法兰须与管道跨接，并可靠接地，保证接地电阻值在10 Ω以下，防爆型在1 Ω以下;电磁流量计周围不应有大功率电器等，远离一切磁源。

我公司高压煤浆泵是德国菲鲁瓦公司生产的双重软管三缸式隔膜泵，泵本身比双缸式稳定性要高，出口设置了两个软管隔膜缓冲器，这对消除煤浆量的本身波动非常重要，在调节缓冲罐压力时将缓冲罐压力调整为煤浆管线系统压力的80%，尽量减少煤浆泵对流量波动的影响，出口管线上有一个出口压力表，如果波动很小，就说明煤浆量本身波动很小，如若振幅很大，就应及时调整缓冲罐，查看是否氮气压力不合适或存在一个缸不打量等情况，应该及时处理。

3.2 水煤浆中铁屑含量高的处理办法

水煤浆从煤制成水煤浆再进入气化炉经过如下途径:煤经过输送皮带送入气化煤仓，煤称重给料机进行计量，和水、添加剂进行一定配比后研磨，生成的水煤浆流入磨机出料槽通过小煤浆泵送入大煤浆槽待用，在开车时通过高压煤浆泵送入气化炉。产生铁屑的主要途径有煤矿采煤时产生的磁性金属、磨煤机磨煤时钢棒脱落产生的铁屑、煤浆槽产生的铁锈及煤浆输送管线产生的铁锈，铁质物体在通过流量计电极时，会有铁磁性物质附着在电极附近造成磁场的紊乱，就会产生大的高频噪声干扰，造成流量显示的大幅波动。采取的主要办法有:在煤输送皮带进入气化煤仓前加磁性除铁器，并按规定定时清理减少进入气化煤仓的大铁块;磨煤机滚筒筛加强巡检及清洗，避免大的金属颗粒进入煤浆槽;在每次停车进行煤浆管线冲洗时，首先对电磁流量计停电，以便冲洗掉黏附在电极上的金属颗粒，开车时首先对煤浆管线冲洗，将煤浆输送管线上的铁锈冲洗干净，再对煤浆流量计送电。煤浆流量计的波动主要出现在第一次开车和系统停车检修后的一周时间内，分析主要原因是煤浆中的金属固体含量高造成的，在系统运行一周以后，流量计趋于稳定。

3.3 关于阻尼时间的调整

在较长时间停车后进行开车就应该加强对煤浆流量计的巡检和维护力度，可对仪表相关参数进行调整，如仪表波动太大可适当延长阻尼时间，避免误跳车，在水煤浆成分比较稳定后，可将阻尼时间调整回正常。煤浆流量计出现问题应该查找引起故障的各种原因，直至消除波动。不要一味地延长阻尼时间，有些单位将煤浆流量计阻尼时间调整到30 s甚至60 s，在煤浆泵发生故障时煤浆流量不能及时反映就会造成气化炉过氧甚至爆炸，这就对安全生产留下了极大的隐患。我公司3台气化炉9台煤浆电磁流量计的阻尼时间均在8～15 s之间，能及时反映实际工况，满足了生产的要求。

4 结语

虽然使用电磁流量计测量煤浆有很多难点，假如使用不当，轻者会造成流量计在使用过程中显示波动过大，重者就会造成气化炉频繁跳车，甚至生产不能正常进行。我们根据现场介质情况对相关仪表参数调整，并对影响流量测量的因素进行了整改，这样流量计的使用情况就非常好，3台气化炉仪表趋势显示仪表流量比较平稳，流量接近于煤浆泵转速流量，基本满足了生产的要求。