橫河電磁流量計在煤制甲醇項目中的應用探析

橫河電磁流量計由直接接觸管道介質(zhì)的傳感器和上端信號轉(zhuǎn)換器兩部分構(gòu)成。其工作原理以法拉第電磁感應定律為基礎(chǔ)，可用來測量電導率大于5mm/cm的導電液體的流量，是一種測量導電介質(zhì)流量的儀表。兗州煤業(yè)榆林能化一期年產(chǎn)60萬噸煤制甲醇項目中煤漿及渣水管道的設(shè)計和選型采用的是電磁流量計，但各個公司研發(fā)的電磁流量計的實際使用效果差別較大，給工程項目的統(tǒng)一管理帶來很大困難，這一問題也成為煤化工行業(yè)專業(yè)人員不斷改進的課題。

一、水煤漿特性

兗州煤業(yè)榆林能化一期年產(chǎn)60萬噸煤制甲醇項目中的德士古氣化爐采用濃度為65%的水煤漿。這種水煤漿是由大約65%的煤、34%的水和1%的添加劑通過物理加工得到的一種低污染、率、可管道輸送的代油煤基流體燃料。它改變了煤的傳統(tǒng)燃燒方式，顯示出巨大的環(huán)保節(jié)能優(yōu)勢。尤其是近幾年來采用廢物資源化的技術(shù)路線后，研制成功的環(huán)保水煤漿可以在不增加費用的前提下大大提高其環(huán)保效益。

二、電磁流量計的原理和結(jié)構(gòu)

橫河電磁流量計的工作原理以法拉第電磁感應定律為基礎(chǔ)。在電磁流量計中，測量管內(nèi)的導電介質(zhì)相當于法拉第電磁感應實驗中的導電金屬桿，上下兩端的兩個電磁線圈產(chǎn)生恒定磁場。當其中有導電介質(zhì)流過時，兩端會產(chǎn)生感應電壓，其大小可通過管道內(nèi)部的兩個電極測量得到。測量管道通過不導電的內(nèi)襯（橡膠、特氟龍等）實現(xiàn)與流體和測量電極的電磁隔離。電磁流量計由流量傳感器和轉(zhuǎn)換器（又稱為換能器）兩部分組成。測量管上下裝有激磁線圈，通激磁電流后產(chǎn)生的磁場穿過測量管，產(chǎn)生的感應電壓由一對裝在測量管內(nèi)壁、與液體相接觸的電極檢出并送到轉(zhuǎn)換器。激磁電流則由轉(zhuǎn)換器提供。

三、電磁流量計的安裝

電磁流量計在安裝過程中應注意以下兩點：

（1）電磁流量計信號比較弱，滿量程時只有幾毫伏，特別是當流量很小時，只有幾微伏，外界稍有干擾就會影響測量精度。因此，流量計的安裝應該遠離強磁場設(shè)備，傳感器的測量管、外殼、引線的屏蔽線以及傳感器兩端的管道都必須單獨接地，決不能與其他電器設(shè)備的接地共用，這是電磁流量計的特殊安裝要求。

（2）電磁流量計的測量對工藝介質(zhì)震動和流體擾動非常敏感。因此，流量計安裝時應避開強震動、強腐蝕性的場所。同時，在工藝不允許流量中斷的管道中安裝流量計時應加裝截止閥。流量計傳感器上游也應該預留一定長度的直管段，一般為5~10D。電磁流量計可以水平、垂直或傾斜安裝，但要保證測量管與工藝管道同軸，并保證測量管內(nèi)始終充滿液體。

四、橫河電磁流量計的應用

本文以開封電磁流量計在本公司的應用為例，探討了其在使用過程中出現(xiàn)的問題，并提出了相應的解決方法。

1.流速問題

兗州煤業(yè)榆林能化一期年產(chǎn)60萬噸煤制甲醇項目中的煤漿泵選用的是Feluwa隔膜式活塞泵，煤漿管線為DN200，電磁流量計設(shè)計壓力為6.0MPa，正常流量為60m3/h，流速低于0.5m/s。流速是流量計運行不穩(wěn)定的重要原因之一。開封電磁流量計在實際使用中，流速大小對流量的影響很小，zui適流速為0.3m/s。

煤漿泵是一種活塞式的漿液泵，可通過改變泵的行程來改變泵流量。其輸送的流量為脈動流量，脈動大，穩(wěn)定性差。與常見的離心泵相比，流體的流場非常不穩(wěn)定，對電磁流量計的在線測量影響較大。由于流體內(nèi)脈動流的流場變化大且不穩(wěn)定，使電磁流量計測量信號不穩(wěn)定，電磁流量轉(zhuǎn)換器輸出的電流控制信號變化大，對整個水煤漿氣化爐系統(tǒng)的控制造成很大的影響。

2.襯里和電極問題

針對煤漿管線高達6.0MPa的壓力，濃度為60%的煤漿中固體顆粒對管壁的沖刷相當嚴重，開封電磁流量計選擇了耐沖刷、耐磨損的增強聚四氟乙烯（ETFE）材料。自兗州煤業(yè)榆林能化一期年產(chǎn)60萬噸煤制甲醇項目投投產(chǎn)4年以來，襯里基本完好。

水煤漿的測量電極一般選用不銹鋼涂覆碳化鎢電極，它的特點是電極前端涂覆碳化鎢，耐磨好性，使用時間長，同時由于電極是由兩種不同的金屬材料組成的，電極間會產(chǎn)生直流電壓，稱為極化電壓。極化電壓的大小取決于電極材料的“極化電位”，不同的液體和金屬電極之間也會產(chǎn)生極化電壓，一般為幾毫伏至幾百毫伏，在水煤漿測量中，水煤漿的電導率一般為20ms/cm且不穩(wěn)定，接近電磁流量計測量介質(zhì)的電導率下限，會造成電磁流量計信號出現(xiàn)較大波動，嚴重時甚至造成系統(tǒng)跳車停產(chǎn)事故。解決的辦法為，在傳感器生產(chǎn)過程中對不銹鋼碳化鎢電極進行預處理以減輕或消除極化電壓，或改用其他適合水煤漿測量的金屬電極，如果是管道內(nèi)測量介質(zhì)污染電極，則必須清理電磁傳感器管壁和電極表面的垢狀物體和鐵磁性物質(zhì)，避免其對水煤漿測量產(chǎn)生的影響。

3.阻尼問題

在流量計的運行過程中，儀表的穩(wěn)定指示與安全運行是一對長期存在的矛盾。德士古氣化爐煤漿電磁流量計一般設(shè)計為三選二低聯(lián)鎖跳車。在流量計的運行過程中，阻尼時間設(shè)置短，流量計運行勢必不穩(wěn)定，波動較大；如果阻尼時間設(shè)置較長，儀表表面看起來運行穩(wěn)定，但當煤漿泵停運或煤漿管線堵塞時，流量計示數(shù)不能快速下降，無法及時反映實際生產(chǎn)狀況，甚至可能造成過氧爆炸。開封電磁流量計是采用低噪音電極和抗噪音轉(zhuǎn)換器來降低流量顯示波動的，因此，只有合理設(shè)置阻尼時間，才能既保證安全生產(chǎn)，又保證儀表的穩(wěn)定運行。

近年來，以煤炭為原料制備甲醇及相關(guān)的化工項目不斷深入發(fā)展，以電磁流量計作為測量煤漿等砂漿型介質(zhì)的流量測量儀表的應用范圍不斷擴大。橫河電磁流量計作為流量計廠家在兗州煤業(yè)榆林能化一期60萬噸甲醇項目煤漿流量監(jiān)測的實際應用中相對可靠，通過這幾年的不斷改進，攻克了很多技術(shù)難關(guān)，保證了整個生產(chǎn)的安全穩(wěn)定運行。