煤浆流量计在德士古气化炉中的应用问题探讨
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图3 流速分布不均示意图
由图3（a）可知，权重函数高的地方流速快，而权重函数低的地方流速慢，这时转换器流量输出增大；由图3（b）可知，权重函数低的地方流速快，而权重高的地方流速慢，甚至电极被覆盖，这时转换器输出减小，甚至接近于零。
横管的波动原因与上述分析有所不同，其波动主要是由于淤积造成的。如果淤积面没有超过电极，则由于测量管横截面减小、流速提高，转换器输出就会变大；如果淤积面超过了电极，转换器输出就会减小。由于这种淤积是不稳定的，淤积面时涨时消，所以引起流量输出周期较长的波动。一般而言，在投料初期，横管表现比较好，经过一段时间后，横管才会波动。
2 解决方案
在此之前，多数人认为流量计波动的原因在于浆料噪声，甚至是电极噪声。由于浆料噪声和电极噪声的周期比较短，所以处理波动方法不外乎是加大阻尼时间。事实证明，这种方法不能从根本上解决流量计输出波动所导致的跳车问题。
经过上面的分析，我们认为引起流量计输出波动的根本原因在于流场流态，其特点是波动周期比较长，周期为几秒甚至几十秒。要改善流场流态，就需要从传感器结构设计着手。因此，采用了类文丘里管形状的传感器，这样不但提高了流速，而且能起到一定程度的整流作用。应用经验表明，当流速为1m/s左右时，流场比较好，对于消除大幅度长周期的异常波动，这样设计的传感器起到了关键性的作用。
为了解决流量计的异常波动，仅靠改变传感器的结构是不够的。由于原进口电磁流量计是方波励磁，所以采用所谓的低噪声电极和价格较高的ETFE衬里，不能有效解决转换器克服浆料噪声先天不足问题。另外，浆料噪声随着流速的提高而增大。缩径后，如果采用方波励磁转换器，虽然能够避免大幅度长周期的波动，但仍然无法解决快周期的波动问题。更为严重的是，这种波动也有可能导致跳车。
为使转换器输出平稳，采用方波励磁转换器只能加大阻尼时间。然而，德士古气化炉的安全连锁方案对流量计阻尼时间有严格的限制。据专业人士测算，如果煤浆管线被堵住，则切断氧气的时间只有8～10s。如果流量计阻尼时间过大，就会发生过氧爆炸的危险。
由上述分析可知，德士古工艺要求煤浆流量计不仅输出平稳（防止误跳车），而且反应速度快（一旦断浆，快速激活安全联锁，切断氧气，防止炉砖烧损或过氧爆炸）。由于方波励磁电磁流量计在测量浆料方面本身就存在缺陷，所以应选用交流励磁的转换器。上海威尔泰生产的新一代交流励磁转换器，由于采用了高阶带通滤波器，能够实现流量测量输出既稳又快。在我们的实际项目中，曾使用0.2s的阻尼时间安全可靠运行了两年多。
由于横管波动的原因与竖管不同，所以处理方法也不同。国内曾有电磁流量计厂家仿照威尔泰的竖管流量计进行了缩径设计并应用到横管上，实际使用的效果却不够理想。威尔泰提供的横管解决方案如图4所示。
图4 横管波动解决方案示意图
3 应用效果
本文所提的解决方案先后成功应用于国内两家煤化工企业。首先，该方案被应用于波动相对频繁的竖管，横管仍然采用原来的进口流量计。某企业因原进口流量计波动频繁而引发跳车事故一年多达几十次。由于威尔泰所提供的煤浆流量计平稳性远优于其他同类产品，自投运以来，该企业从未因流量计波动而引起误跳车。图5所示为监控系统工作站屏幕截图所得的流量输出平稳性对比图。由图5可以看出，当位于横管的进口流量计出现大幅度波动时，竖管威尔泰流量计输出仍然保持平稳。同时，工艺人员利用炉温等其他参数进行综合判断，同样证明了该竖管流量计输出的稳定性。
图5 流量输出平稳性对比图
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