超聲波密度計在脫硫系統漿液密度測量的應用

郭行義

（大唐環境產業集團股份有限公司特許分公司，江蘇 南京210000）

1 概述

在火電廠脫硫系統中，漿液密度是一個比較重要的參數，其中至少有兩處漿液需進行密度實時檢測：石灰石漿液密度和吸收塔漿池漿液密度。兩種漿液的濃度對濕法脫硫工藝有著重要影響，石灰石漿液密度測量關系到漿液制備質量，影響脫硫系統石耗以及效率，吸收塔漿液密度測量影響運行人員對系統的運行調整，會影響到脫硫效率和污染物排放，增加脫硫劑的消耗，降低石膏的品質，對脫硫系統的穩定運行造成很大的影響，因此需保證實時測量精確。在實際運用中，各脫硫系統工程科根據各自的情況，選擇不同的測量方式。

2 常用典型密度測量方式比較：

2.1 壓力密度計

壓力密度計則是一種間接測量流體密度方案，通過測量一段液柱產生的壓強，利用公式P=ρgh，在自動控制系統中進行編程計算從而獲得流體密度值[1]。

優點：在采用此種安裝方式吸收塔石膏漿液排出泵在不外排石膏漿液時完全可以停運，降低了能耗；結構簡單，容易實施，有用沒有漿液流速，測量管理耐磨、耐腐蝕，早期的吸收塔系統應用較多，總體價格較低。缺點是:a.測量誤差大，且易受干擾。所測密度只是吸收塔中上部和下部壓力測點之間范圍內的漿液密度，對整個吸收塔的漿液密度需要通過DCS 進行修正計算，準確度不高。b.測量探頭易堵塞，嚴重時會造成儀器數據不變，失去監視作用。

2.2 質量流量計

質量流量計又稱科氏力質量密度計，是目前應用較廣的密度測量儀器，在煙氣脫硫系統中，有較多的系統設計時采用進行漿液密度測量。質量密度計的工作原理是，密度計內部的測量管在流體的作用下，連續地以一定的共振頻率進行振動，振動頻率隨流體的密度變化而改變，共振頻率是流體密度的函數，通過測量管的共振頻率計算即可獲得吸收塔內漿液的密度[2]。主要品牌有E+H、Rosement、SIMENS 等。 一般情況是安裝于吸收塔石膏漿液排出泵出口回流至吸收塔的管道上，或者采用直流式漿液排至地坑回收。

優點:測量精確可靠。適應漿液密度范圍寬。

缺點:a.漿液流速均相對較高，加劇了密度計測量管內襯的磨損，內襯若磨損壞就需要更換儀表，而密度計價格相對較高，且采購周期長，影響了使用的經濟性；b.密度計安裝于泵出口，測量是泵不能停止運行，不節能。c.長期運行會產生系統誤差，需定期校準。

2.3 核密度計

核密度計測量原理是由核放射源發射的核輻射線（通常為γ 射線）穿過被測量管道中的漿液，被安裝在管道另一端的探測接收器接收，由于一部分射線被測量漿液散射、吸收，一部分被接收器接收，吸收的射線量和被測漿液的密度呈指數吸收規律，即射線的投射強度隨漿液中固體物質濃度的增加呈指數規律衰減，因此，當核輻射源射出的射線強度和被測量漿液吸收系數已知的情況下，只要通過射線接受器檢測透過后的射線強度，就可以檢測出流經管道的漿液密度。當核密度計用于用于脫硫系統測量漿液密度時，由于密度計安裝于測量管道之外，與被測漿液不直接接觸，因此不會發生管道磨損腐蝕和壓力損失，并且安裝方便。 優點：維護量小；不受壓力、溫度、流速影響，能區分懸浮固體和溶解固體。缺點：管道內壁結垢厚度增加會引起測量誤差；放射性儀器審批程序繁瑣，放射源管理嚴格，安全檢查次數繁多。

2.4 音叉密度計

音叉密度計測量原理是，利用振動元件，類似于兩齒的音叉齒根的一個壓電晶體而產生振動，另一個壓電晶體檢測出來。將音叉深入被測漿液，當漿液流經叉體時，會引起諧振頻率的變化。通過流體密度與諧振頻率之間的特定函數關系，實現直接測量流體密度。目前脫硫系統中，音叉密度計性能不太穩定，測量誤差較大，且價格較高，使用較少。

2.5 超聲波密度計

超聲波密度計測量原理，是用超聲波傳感器發射一定頻率和強度的超聲波，由于漿液中晶體顆粒對超聲波具有吸收和散射作用，使超聲波信號發生一定程度衰減，而衰減程度與漿液中晶體顆粒的濃度、粒度呈一定的線性關系。據此利用接收到衰減后超聲波信號的幅值，通過建立的數學模型計算出漿液的固含量即漿液密度[3]。

常見的超聲波濃度計分類有：插入式和對夾式。（采用夾裝探頭時，通常需要進行標定）。

優點：用超聲檢測技術的密度計，使用安全可靠、快速靈敏、節能環保；減少管路堵塞及磨損，增加使用壽命；非接觸式測量，傳感器不受介質腐蝕性影響；密度計測量不受被測漿液的流態和環境影響；可實現實時測量；沒有可動部件，低維護和長壽命。

缺點：易受到漿液中氣泡含量、管道結垢、對夾式管徑和管壁厚度影響；需內置溫度和測量精度補償；價格較貴等。

目前，有超聲波密度測量儀器生產廠商根據脫硫系統漿液密度的特點，對以上兩種超聲波密度計進行了改進，制造了一種適宜在脫硫系統使用的管段式超聲波密度計，形成了標準化的產品，克服了對夾式超聲波密度計易受到管徑、壁厚、管段結垢的影響，克服了插入式超聲波密度計受到漿液磨損的影響，便于測量和檢修更換。同時，由于國內電子元器件的產本下降，超聲波密度計小口徑管段式儀表的價格較以前有了大幅下降，已低于進口質量密度計的價格，且使用壽命將遠高于質量密度計。

以上幾種常用的漿液密度計的優缺點比較如下表：

序號 類型 優點 缺點 1 差壓密度計 成本較低 測量誤差大；易堵塞；受環境影響大。 2 質量密度計 測量精度高。 易磨損、價格高。 3 音叉密度計 安裝簡單，適合測量單純液體。 測量穩定性差，價格高，己磨損。 4 核密度計 精度高，壽命長。 核管理手續繁雜。 5 超聲波密度計 安全可靠、節能環保；減少管路堵塞及磨損，增加使用壽命；非接觸式測量，傳感器不受介質腐蝕性影響 新技術，需根據脫硫漿液特點，進行改進。

3 結論

通過以上分析以及脫硫系統實際的應用情況來看，在早期設計的脫硫系統，常用采用差壓式密度計進行漿液密度測量，以后，隨著儀器儀表的技術進步和價格下降，以及對石灰石濕法脫硫系統對漿液密度測量的要求準確度越來越高，現在脫硫系統在投資允許的情況下，多設計采用質量密度計進行漿液密度測量，少量脫硫系統采用核密度計和超聲波密度計進行漿液密度測量，通過各種密度計的使用，以及測量安裝位置的實際使用經驗，以上幾種密度測量裝置均能滿足漿液密度測量的要求。結合儀器儀表的經濟性和使用的壽命周期，個人認為，今后的脫硫系統中，超聲波密度測量裝置將會因為較高的性價比和耐用性，以及測量的精確性，在脫硫系統中越來越多的進行運用。