超声波密度计在脱硫系统浆液密度测量的应用

郭行义

（大唐环境产业集团股份有限公司特许分公司，江苏 南京210000）

1 概述

在火电厂脱硫系统中，浆液密度是一个比较重要的参数，其中至少有两处浆液需进行密度实时检测：石灰石浆液密度和吸收塔浆池浆液密度。两种浆液的浓度对湿法脱硫工艺有着重要影响，石灰石浆液密度测量关系到浆液制备质量，影响脱硫系统石耗以及效率，吸收塔浆液密度测量影响运行人员对系统的运行调整，会影响到脱硫效率和污染物排放，增加脱硫剂的消耗，降低石膏的品质，对脱硫系统的稳定运行造成很大的影响，因此需保证实时测量精确。在实际运用中，各脱硫系统工程科根据各自的情况，选择不同的测量方式。

2 常用典型密度测量方式比较：

2.1 压力密度计

压力密度计则是一种间接测量流体密度方案，通过测量一段液柱产生的压强，利用公式P=ρgh，在自动控制系统中进行编程计算从而获得流体密度值[1]。

优点：在采用此种安装方式吸收塔石膏浆液排出泵在不外排石膏浆液时完全可以停运，降低了能耗；结构简单，容易实施，有用没有浆液流速，测量管理耐磨、耐腐蚀，早期的吸收塔系统应用较多，总体价格较低。缺点是:a.测量误差大，且易受干扰。所测密度只是吸收塔中上部和下部压力测点之间范围内的浆液密度，对整个吸收塔的浆液密度需要通过DCS 进行修正计算，准确度不高。b.测量探头易堵塞，严重时会造成仪器数据不变，失去监视作用。

2.2 质量流量计

质量流量计又称科氏力质量密度计，是目前应用较广的密度测量仪器，在烟气脱硫系统中，有较多的系统设计时采用进行浆液密度测量。质量密度计的工作原理是，密度计内部的测量管在流体的作用下，连续地以一定的共振频率进行振动，振动频率随流体的密度变化而改变，共振频率是流体密度的函数，通过测量管的共振频率计算即可获得吸收塔内浆液的密度[2]。主要品牌有E+H、Rosement、SIMENS 等。 一般情况是安装于吸收塔石膏浆液排出泵出口回流至吸收塔的管道上，或者采用直流式浆液排至地坑回收。

优点:测量精确可靠。适应浆液密度范围宽。

缺点:a.浆液流速均相对较高，加剧了密度计测量管内衬的磨损，内衬若磨损坏就需要更换仪表，而密度计价格相对较高，且采购周期长，影响了使用的经济性；b.密度计安装于泵出口，测量是泵不能停止运行，不节能。c.长期运行会产生系统误差，需定期校准。

2.3 核密度计

核密度计测量原理是由核放射源发射的核辐射线（通常为γ 射线）穿过被测量管道中的浆液，被安装在管道另一端的探测接收器接收，由于一部分射线被测量浆液散射、吸收，一部分被接收器接收，吸收的射线量和被测浆液的密度呈指数吸收规律，即射线的投射强度随浆液中固体物质浓度的增加呈指数规律衰减，因此，当核辐射源射出的射线强度和被测量浆液吸收系数已知的情况下，只要通过射线接受器检测透过后的射线强度，就可以检测出流经管道的浆液密度。当核密度计用于用于脱硫系统测量浆液密度时，由于密度计安装于测量管道之外，与被测浆液不直接接触，因此不会发生管道磨损腐蚀和压力损失，并且安装方便。 优点：维护量小；不受压力、温度、流速影响，能区分悬浮固体和溶解固体。缺点：管道内壁结垢厚度增加会引起测量误差；放射性仪器审批程序繁琐，放射源管理严格，安全检查次数繁多。

2.4 音叉密度计

音叉密度计测量原理是，利用振动元件，类似于两齿的音叉齿根的一个压电晶体而产生振动，另一个压电晶体检测出来。将音叉深入被测浆液，当浆液流经叉体时，会引起谐振频率的变化。通过流体密度与谐振频率之间的特定函数关系，实现直接测量流体密度。目前脱硫系统中，音叉密度计性能不太稳定，测量误差较大，且价格较高，使用较少。

2.5 超声波密度计

超声波密度计测量原理，是用超声波传感器发射一定频率和强度的超声波，由于浆液中晶体颗粒对超声波具有吸收和散射作用，使超声波信号发生一定程度衰减，而衰减程度与浆液中晶体颗粒的浓度、粒度呈一定的线性关系。据此利用接收到衰减后超声波信号的幅值，通过建立的数学模型计算出浆液的固含量即浆液密度[3]。

常见的超声波浓度计分类有：插入式和对夹式。（采用夹装探头时，通常需要进行标定）。

优点：用超声检测技术的密度计，使用安全可靠、快速灵敏、节能环保；减少管路堵塞及磨损，增加使用寿命；非接触式测量，传感器不受介质腐蚀性影响；密度计测量不受被测浆液的流态和环境影响；可实现实时测量；没有可动部件，低维护和长寿命。

缺点：易受到浆液中气泡含量、管道结垢、对夹式管径和管壁厚度影响；需内置温度和测量精度补偿；价格较贵等。

目前，有超声波密度测量仪器生产厂商根据脱硫系统浆液密度的特点，对以上两种超声波密度计进行了改进，制造了一种适宜在脱硫系统使用的管段式超声波密度计，形成了标准化的产品，克服了对夹式超声波密度计易受到管径、壁厚、管段结垢的影响，克服了插入式超声波密度计受到浆液磨损的影响，便于测量和检修更换。同时，由于国内电子元器件的产本下降，超声波密度计小口径管段式仪表的价格较以前有了大幅下降，已低于进口质量密度计的价格，且使用寿命将远高于质量密度计。

以上几种常用的浆液密度计的优缺点比较如下表：

序号 类型 优点 缺点 1 差压密度计 成本较低 测量误差大；易堵塞；受环境影响大。 2 质量密度计 测量精度高。 易磨损、价格高。 3 音叉密度计 安装简单，适合测量单纯液体。 测量稳定性差，价格高，己磨损。 4 核密度计 精度高，寿命长。 核管理手续繁杂。 5 超声波密度计 安全可靠、节能环保；减少管路堵塞及磨损，增加使用寿命；非接触式测量，传感器不受介质腐蚀性影响 新技术，需根据脱硫浆液特点，进行改进。

3 结论

通过以上分析以及脱硫系统实际的应用情况来看，在早期设计的脱硫系统，常用采用差压式密度计进行浆液密度测量，以后，随着仪器仪表的技术进步和价格下降，以及对石灰石湿法脱硫系统对浆液密度测量的要求准确度越来越高，现在脱硫系统在投资允许的情况下，多设计采用质量密度计进行浆液密度测量，少量脱硫系统采用核密度计和超声波密度计进行浆液密度测量，通过各种密度计的使用，以及测量安装位置的实际使用经验，以上几种密度测量装置均能满足浆液密度测量的要求。结合仪器仪表的经济性和使用的寿命周期，个人认为，今后的脱硫系统中，超声波密度测量装置将会因为较高的性价比和耐用性，以及测量的精确性，在脱硫系统中越来越多的进行运用。