摘要:通過對煤化工生產中水煤漿計量難的分析,有針對性地解決了水煤漿電磁流量計在具體應用中存在的問題。為煤化工設計院、水煤漿電磁流量計制造廠家、化工生產企業的工作改進提供可靠的依據。
0引言
1990年,山東魯南化肥廠在中國第一次成功引進了“德士古”型氣化爐制煤氣技術,隨之“對置式四噴嘴新型氣化爐”、“魯奇BGL氣化爐”、“西門子GSP氣化爐”、“GE高壓氣化爐”等氣化爐制煤氣技術很快在中國得到了廣泛應用。
新型的煤化工工藝和惡劣多變的現場條件,導致水煤漿流量監測不穩定問題始終困擾著各個煤化工企業與流量計廠家。
經眾多流量計廠家和煤化工企業共同開發的基于速度式測量原理的“漿液型電磁流量計”是測量煤化工水煤漿流量的首選流量計。
但是,在電磁流量計實際應用中由于工頻干擾、流體介質產生的電化學干擾等,仍存在計量難的問題。
1水煤漿的計量難點
1.1水煤漿成分復雜導致計量相關設備易損壞
因煤炭在采掘過程中常有各種金屬物輸送到棒磨機或球磨機里,和造紙廢液、甲醇廢水等添加劑進行研磨,生成含水量為60%～70%、操作密度為1250～1286kg/m3、動力黏度為700～3000cp的水煤漿。棒磨機或球磨機在研磨煤炭時碰撞會進一步脫落部分金屬顆粒,后續設備不可能完全濾除,計量過程中的沖擊容易造成加壓泵及其計量設備的損壞。
1.2水煤漿介質的特性造成的計量難
在測量水煤漿、泥漿等液、固兩相混合導電性介質流量時,在固體顆粒或者纖維介質擦過電極表面時,電極表面的接觸電化學電勢突然變化,造成從傳感器輸出的電極檢測信號出現尖脈沖干擾,金屬顆粒的摩擦會產生更加嚴重的尖脈沖干擾,從而導致測量不穩定。
1.3加壓泵方面造成的計量難
加壓泵工作時存在脈動流是必然的。一般水煤漿制造及普通鍋爐燃燒的加壓環節基本上采用“螺桿泵”,因其結構及工作方式在不同的轉速下脈動流的波動量很小(波動量一般在0.5%～5%),一般情況下不影響計量和控制應用。而“德士古”氣化爐因其工藝要求,水煤漿噴嘴需要加壓泵將水煤漿加壓至6～9.6MPa才能達到最佳的霧化效果,今后甚至更高,所以采用“活塞泵”或“隔膜泵”,即使在滿負荷工作的情況下加壓液體的脈動流的波動量一般在6%～15%,經長期工作后若某一個工作腔出現故障,會進一步加大其脈動量,而且每一個工作腔的工作狀態不能在中央控制室進行監控,只能反映在流量計的瞬時顯示及信號輸出波動上。
1.4煤漿輸送管線因素造成的計量難
氣化爐裝置水煤漿的輸送管線一般采用20號碳鋼材質。在停止輸送煤漿階段時,管線內壁會氧化;因水煤漿對管線內壁的摩擦會脫落細小的碳鋼顆粒,裹含在煤漿中。電磁流量計在工作時其傳感器測量腔內產生的磁場會使金屬顆粒磁化,促使煤漿內的金屬顆粒吸附在測量電極附近,對電極形成極化電壓,會降低電磁流量計的測量精度和進一步增大波動量。若采用不銹鋼管線基本不存在此問題。
2漿液型電磁流量計在水煤漿行業中的應用
2.1特別安裝要求
嚴格按照電磁流量計安裝要求安裝,并且盡可能地將3臺電磁流量計安裝在汽化爐頂部。加長流量計的前直管段是解決煤漿加壓泵工作時造成脈動的最佳辦法。
2.2特殊加工
用316錳鉻合金等特殊材質加工成接口法蘭的防護沖刷磨損套。對電磁流量計的腔室鍍碳化硅(對電磁干擾有防護作用)防護沖刷磨損膜。對電磁流量計感應電極鍍碳化鎢防護沖刷磨損膜。
2.3建議
1)在單機試車階段嚴禁對電磁流量計送電,利用水煤漿對煤漿管線內壁除銹;氣化爐停車后清洗管線時必須將電磁流量計停電,避免因電磁流量計傳感器內勵磁形成的磁場使吸附在電極附近的鐵銹不能被沖洗干凈。電磁流量計的傳感器襯里受耐溫的限制,不能使用蒸汽沖洗煤漿管線。
2)在正常運行階段,突然發現流量波動有以下可能:
①可能是泵引起的波動
煤漿泵的某一個隔膜工作腔出現異常,流量變化可能不大,但流場變化較大而引起的脈動加大。此時應觀察煤漿泵各隔膜工作腔體的監測壓力表是否均衡。
②可能是煤漿引起的波動
煤漿含金屬顆粒量增多,造成流量計波動,及時停車拆檢或沖洗。
③瞬間尖脈沖干擾
煤漿中的大顆粒金屬或氣泡摩擦,碰撞電極而產生的瞬間尖脈沖干擾,若頻繁地出現,需檢查煤漿質量。
④參數整定
電磁流量傳感器在不能按照最佳的安裝條件安裝使用時,可以調整流量計的阻尼時間,以犧牲靈敏度為代價去彌補脈動流造成的波動,建議阻尼時間不要超過30s,以5～15s為最佳。特別是電磁流量計經長時間高壓沖刷使用后,需用角向磨光機對襯里碳化硅防護膜進行整形,特別是對感應電極的碳化鎢防護膜的整形。但是防護膜整形后一定要進行標定,才能再次投運該電磁流量計。
表1是以目前國內應用最廣的水煤漿電磁流量計為例的標定參數。
B51、B53為電極的頻率系數;B54為漿液系數。
這3臺流量計經使用18個月后,于2010-04-15因計量誤差太大導致氣化爐跳車。經拆體檢查,和原數據比較,發現3臺漿液型電磁流量計防護襯里整體平均磨損了0.8mm,但感應電極因出廠加裝了碳化鎢防護膜而保護很好,導致了流量計電極與襯里性能不匹配。經廠家確認:要求用角向磨光機將碳化鎢防護膜平均打磨0.8mm后對流量計重新標定參數,現將標定參數列于表2,以供參考。
經過為期3個月的運行,驗證了該維護方法可行。從而有力地保證了氣化爐運行的穩定,節約了大約40萬元的生產維檢費。值得同行企業借鑒。
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