两种煤粉流量计测量技术对比及应用

摘要：工艺在运行中通过两种流量的相互参考进行煤量给定, 可以精准的控制总氧煤比在0.8, 粉煤在此工况下能够充分燃烧, 使得甲烷指标在500ppm以下, 炉温低于600℃, 为装置长周期稳定运行提供了有力保障。

  内蒙古世林化工分公司煤制甲醇主装置技改为航天炉, 炉内为水冷壁结构, 炉膛温度可达1500~1700℃, 具有较高的热效率和碳转换率, 有效气体成分也很高。煤线保留原来的四条线, 氧线改为主氧和环氧两条线, 四条煤线采用的流量计为前端分体式的伯托密度计和DYNA速度计4套, 后端为一体式的SWR流量计4台。工艺流程如图1

图1 工艺流程图

分体式流量计是由伯托核密度计、DYNA速度计和二次仪表构成, 具体配置如图2所示。

图2 分体式流量计配置示意图

图3 DYNA速度计

伯托核密度计由放射源Cs137和检测器组成, 其工作原理是:放射性同位素铯137从密度计的铅罐中发出γ射线, 横穿过粉煤管线后, 被对面密度计的射线检测器接受, 粉煤的密度越大, 其吸收的射线剂量越多, 射线检测器接收到的射线信号越弱。通过检测射线检测器接受的信号得到粉煤的密度。

德国伯托公司的DYNA速度计, 其工作原理是:气体输送的粉煤颗粒之间互相摩擦碰撞产生静电, 带静电电荷的粉煤颗粒通过速度计时, 感应出一个电压波形, 这个波形是的特定的, 速度计内筒上有两个固定距离的圆环电极, 检测出同一电压波形经过两个圆环电极的时间差, 就能得到粉煤的流速, 如图3所示。

粉煤的质量流量是将粉煤的密度值, 用温度压力值校正后与速度值和管道截面积相乘, 得数再用“K”值和“C”值修正而得到。霍尼韦尔EPKS控制系统里的辅助计算块AUXCALCA里的公式以1号煤线为例:

粉煤流量的计算公式:

  一体式SWR流量计是由传感器和中央处理单元组成。SWR流量计是针对气固两相流而开发的测量仪表, 它的工作原理是通过传感器探头在管道横截面内激励出均匀交变的电磁场, 粉煤流经该电磁场时, 引起电磁场的变化, 依据此变化计算出粉煤运动速度 (m/s) 、密度 (kg/m3) 、实时粉煤流量 (kg/h) , 并且输出对应上述测量值的三路独立的4~20mA电流信号。

  它是采用一点法进行零点取值, 要求工艺把氮气压力升到4.5Mpa, 并处于流动状态, 通过二次表的面板进行零点计数率的采集, 把面板上显示I-mean的值设置到zero countrate I0下的value里。

  它是对零点、小流量、正常流量都要进行标定, 同时要求称重仓的料位指示准确, 标定循环的累计时间为12小时, 通过称重仓煤量的增减变化, 计算出相对应密度的标定系数。

  气化压力在4.0Mpa, 煤线压力是4.3Mpa, 投煤量是46t/h, 氧煤比控制在0.8左右, 此时两种流量的显示如图4 (以一号线的速度、密度、流量为例) , 前端伯托密度比后端SWR密度大30~50kg/m3, 后端SWR速度比伯托DYNA速度大0.4~0.6m/s, 符合气固两相流的特点。

图4 速度、密度、流量曲线 (蓝线-伯托、红线-SWR) 

  由于流量是由密度、速度以及管道截面积计算出的, 速度在测量过程中不需要做任何修正, 输煤管线直径一旦确定, 可以视为速度和截面积都是常数, 此时对于流量影响较大就是密度了, 通过对密度的历史趋势进行查看, 发现伯托密度计阻尼时间较长, 曲线比较圆滑, 峰值不突出, 不能真实的反应管道内的流态, 而SWR的密度计和管道内的压力曲线完全一致, 可以较好的反应实时工况, 在工艺调整工况时, SWR密度计跟踪迅速, 很快就能达到稳态, SWR流量的变化趋势和伯托的流量相一致。

  通过每天的流量累计证明, 在同样工况下, 伯托分体式流量计和SWR一体式流量计累计量的差值在允许误差范围内, 可以得出SWR流量计也能满足工艺的要求, 在运行中可以和伯托流量计相互参考, 同时它还具有以下优点:

(1) SWR流量计属于非核仪表, 现场维护简单, 没有核辐射伤害;

(2) 传感器采用陶瓷内衬, 耐磨、防腐, 延长了仪表的使用寿命, 仪表出厂质保三年;

(3) 瞬时流量在工况大幅度调整时能及时跟踪;

(4) 采用一体式仪表完成了流量、密度、速度三路独立的4~20mA电流输出信号;

(5) 不涉及到射源衰减的问题, 在后期使用中不会降低测量精度。