粉煤氣化裝置中流量測量儀表的選型

李冰，郭宏遠，李健，高原

(航天長征化學工程股份有限公司，北京 101111)

煤化工行業流量測量涉及工藝介質多、工況復雜、測量條件苛刻、測量準確度要求高，需要針對不同情況選用最佳的流量測量儀表。以粉煤加壓氣化裝置為例，需要測量的工藝介質有粉煤、灰渣水、黑水、高溫高壓蒸汽、汽柴油、化學品劑等；工作壓力從超高壓、高壓到微負壓均有測量需求，工況變化大；部分儀表安裝條件惡劣，現場管道所能提供直管段距離有限；少數流量儀表測量參數作為流程開停車、順控程序重要聯鎖點，要求測量精度高。下面對粉煤加壓氣化裝置在不同測量要求下的流量標準儀表進行選型比對及技術分析。

1 流量儀表選型基本原則

1．1 儀表性能

粉煤加壓氣化裝置所需流量參數雖不必達到商貿儲運測量的高精度，但流量參數作為過程控制回路最基本的測量變量和控制變量，對一些關鍵操作和控制邏輯具有十分重要的意義。粉煤氣化項目的流量參數基本要求精度達到量程范圍內的1%以內，同時要求有較高的可靠性和重復度。

量程比是流量儀表選型中必須關注的另一個重要參數，粉煤加壓氣化項目由于實際開車、試車、運行過程中的負荷波動導致了一些介質的流量變動范圍很大，有的工況最大流量和最小流量之比甚至達到30∶1，常規差壓開方型儀表無法滿足全范圍測量。

大量流量儀表測量引起的壓損在粉煤加壓氣化項目的長周期運行中所導致的泵送能耗是不可忽視的。一般差壓儀表的壓損是跟傳感器的輸出差壓呈線性相關的，而對于一些高精度測量工況，較高的輸出差壓又是必須的。因此，在儀表選型時要綜合考慮其應用性能和運行經濟性。

1．2 工藝管道條件

各種流量儀表采用的測量原理不同，選用材料的物性也各不相同，流體介質成分、黏度、電導率、臟污程度、溫度、壓力等都會影響到流量儀表的選型。如對含有顆粒或臟污程度比較高的介質，差壓式流量儀表中的噴嘴和文丘里管是不合適的；大部分差壓流量儀表對于小流量測量是無能為力的；電磁流量計在介質電導率過低的場合和介質溫度超過襯里材料耐受溫度的場合都是不能使用的。

同樣，流量計所在管道和空間提供的安裝條件也決定了儀表的選型。傳統差壓流量計的安裝對上下游直管段都有最低的要求，若不能滿足會嚴重影響其測量精度；渦街流量計在高頻振動場合不宜使用；電磁流量計在有電磁干擾的場合不推薦使用。

1．3 經濟性

流量儀表的經濟性除了首先考慮儀表的購置費外，還需綜合考慮儀表的安裝費、運行費、維護費，其中尤以長周期運行費為突出。比如一般孔板流量計的購置費比較低，但實際運行中的泵送能耗是比較高的，長時間運行后性價比并不占有優勢(孔板、內錐、均速管流量計在不同口徑下的能耗成本見表1所列)；在粉煤加壓氣化裝置中的粉煤流量測量的調試周期會影響開車工期。因此選型時須綜合考慮性價比，選擇整體性能最適宜的儀表。

表1 孔板、內錐、均速管流量計在不同口徑下的能耗成本[1]

2 粉煤氣化流量儀表選型

2．1 粉煤流量計

粉煤氣化工藝中煤粉質量流量是非常重要的參數，對于氣化爐和整個氣化裝置的穩定長周期運行舉足輕重。目前，干煤粉密相輸送的計量大體可以分為電容式與放射線式兩種。

以航天粉煤氣化為例，1套航天粉煤加壓氣化裝置配備3路粉煤輸送管路，工藝條件要求3路粉煤輸送粉煤流量保持相等才能達到粉煤氣化最佳效果。該加壓氣化裝置所采用的煤粉流量計為SWR濃相固體流量測量儀DensFlow，具有安裝方便、不受流速限制、免維護、調試快捷等特點，能夠滿足粉煤氣化測量控制和開車工期要求。

2．2 多孔平衡流量計

粉煤加壓氣化裝置中的燒嘴氧氣流量測量、點火氧氣流量測量、開工柴油流量測量、燒嘴冷卻水流量測量等測量點要求測量精度高、量程比寬、重復性好、現場安裝條件提供的直管段比較短，因而在這些場合均選用了多孔平衡流量計。結合多孔整流器和標準孔板測量原理的多孔平衡流量計采用對稱平衡設計，減少了紊流剪切力和渦流的形成，具有精度高、重復性好、壓損小、節能、直管段要求低、量程比寬等優點。

2．3 均速管流量計

粉煤加壓氣化裝置的磨煤及粉煤輸送單元采用惰性氣體輸送粉煤，該類工況測量點的特點： 管徑大、操作壓力較小、介質含有粉煤顆粒。對于該類測量點選用均速管流量計是非常合適的。不論是威力巴、阿牛巴、德爾塔巴均具有結構簡單、壓損小、安裝維護方便的特點，特別適用于低靜壓、大口徑場合。

2．4 楔形流量計

粉煤氣化工藝的氣化爐激冷段產生的黑水、灰水以及灰渣水處理工段產生的工藝水等介質都含有一定量的固體雜質，溫度、壓力都較高。傳統差壓節流元件在這些場合工作容易發生阻塞，這為楔形流量計的使用提供了可能。楔形流量計采用實心楔塊作為核心測量元件，特別適用于低雷諾數流體的流量測量，尤其在測量高黏度流體、含固體顆粒流體、臟污介質、高壓蒸汽時，具有明顯的優勢。

2．5 標準節流元件和電磁流量計

標準孔板具有精度高、結構簡單、制造成本低、無需實流標定等優點，在粉煤氣化工藝中被大量采用。尤其是近年來標準節流裝置在量程比、壓損等技術參數方面取得了很大進展。粉煤加壓氣化裝置中，在量程比較小的中小管徑場合，輸送介質為氮氣、馳放氣、冷卻水時選用標準孔板；輸送介質為高溫高壓蒸汽的場合選用標準噴嘴節流裝置；測量導電性能比較好的堿液、灰水等臟污介質且溫度不高的工況選用電磁流量計。該類傳統流量測量儀表的選用不僅滿足了工藝要求，同時大幅降低了工程采購費用。

3 使用效果分析

儀表選型以工藝要求為基本出發點，以工藝運行狀況為反饋點，綜合了多個項目運行經驗而選型的粉煤加壓氣化裝置流量測量儀表在現場實際運行中發揮了越來越好的作用。在此基礎上，根據項目實際運行情況進行了幾種典型流量計的技術性能對比(見表2所列)和經濟性能對比(見表3所列)。

表2 幾種典型流量計技術性能對比

表3 幾種典型流量計經濟性能對比

4 結束語

煤化工行業流量儀表選型是一個系統工程，要考慮的因素是多方面的。只有綜合各方面的因素之后作出的選型才可能是較合理的、性價比較高的。每一種流量計都有其適用的場合和工況，因而流量計選型工作必須依據客觀條件和流量計本身特性并結合現場使用經驗進行。

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