質(zhì)量流量計(jì)的應(yīng)用與選擇：

1 固體質(zhì)量流量測(cè)量技術(shù)及產(chǎn)品 

1.1 電容式 

該測(cè)量技術(shù)應(yīng)用較為廣泛，從本質(zhì)上講，SWR的固體流量計(jì)的電容式固體質(zhì)量流量計(jì)是基于同一種技術(shù)的產(chǎn)品，在測(cè)量適用的壓力、濃度、靈敏度和精度上類似。 

1.1.1 測(cè)量原理 

將電容板安裝在流動(dòng)管道外，當(dāng)管道內(nèi)氣固相比例發(fā)生變化時(shí)，介電常數(shù)也會(huì)發(fā)生相應(yīng)變化，從而引起電容值改變。測(cè)量板間電容值，再通過數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換，即可得管道內(nèi)相濃度。

速度傳感器由2個(gè)電容傳感器構(gòu)成，兩傳感器間距為8mm，固體顆粒依次經(jīng)過2個(gè)傳感器，理想狀態(tài)下，固體物料流動(dòng)形態(tài)經(jīng)過較短距離不發(fā)生變化，兩傳感器可捕捉到相同的物料流動(dòng)形態(tài)信號(hào)，由信號(hào)間存在的時(shí)間差即可計(jì)算固體顆粒速度。 

依據(jù)物質(zhì)質(zhì)量與電容的比例關(guān)系，通過測(cè)量電容變化測(cè)量物料濃度，通過交相關(guān)模型測(cè)量物料的速度（測(cè)量基礎(chǔ)仍然是電容變化），物料質(zhì)量流量計(jì)算公式為： 

Q=CAVK 式中，Q為質(zhì)量流量，kg/s；C為固體質(zhì)量濃度，kg/m3；A為傳感器截面積，m2；V為平均固體流速，m/s；K為校正因子，無因次。 

固體質(zhì)量流量計(jì)由濃度計(jì)DC13、速度計(jì)DK13、二次儀表MT2109或MT2107（當(dāng)需要PID調(diào)節(jié)時(shí)選用）組成。 

儀表處理濃度、速度信號(hào)后輸出到用戶主機(jī)，其儀表直接輸出值為濃度、速度、瞬時(shí)流量、累計(jì)流量等主要參數(shù)，標(biāo)準(zhǔn)配置為兩路輸出。

SWR的固體流量計(jì)則是將速度計(jì)與密度計(jì)整合成一個(gè)模塊，長(zhǎng)度較短（400mm左右），二次儀表相對(duì)功能較少，因此外形小巧。 

1.1.2 應(yīng)用范圍 

應(yīng)用物料范圍：濃相輸送的固體物料，主要是煤粉等。

固氣質(zhì)量比（以下簡(jiǎn)稱固氣比）不小于5∶1的輸送狀態(tài)，在此基礎(chǔ)上，滿足其它使用條件精度可達(dá)0.5%～1%，國(guó)外用戶的普遍精度為1%～2%；固氣比介于4～5，精度降低，有可能到4%，甚至8%；固氣比介于3～4，精度進(jìn)一步降低；固氣比小于3，基本上難以滿足測(cè)量要求。 

應(yīng)用壓力/溫度范圍：12MPa/150℃（可選200℃，制）； 

應(yīng)用危險(xiǎn)場(chǎng)合：適用于ClassI，Division1，GroupsA、B、C、D； 

1.1.3 應(yīng)用情況 

電容式固體質(zhì)量流量測(cè)量技術(shù)主要用戶分布在煤化工和鋼鐵行業(yè)。國(guó)外煤氣化都是典型的濃相輸送，大多數(shù)采用非核的測(cè)量方式，即采用固體質(zhì)量流量計(jì)由DC13（濃度計(jì)）+DK13（速度計(jì)）直接測(cè)量煤粉的質(zhì)量流量，Shell在國(guó)外采用濃相輸送工藝時(shí)也會(huì)選用非核的測(cè)量方式；

在滿足工藝要求的同時(shí)，也驗(yàn)證了在同樣工況下，2個(gè)廠家的流量計(jì)在煤粉流量計(jì)量上的準(zhǔn)確度和可靠性。

1.2 核輻射測(cè)量方式 

利用核密度計(jì)和速度計(jì)配合測(cè)量煤粉質(zhì)量的技術(shù)是20世紀(jì)90年代美國(guó)公司開發(fā)并成功應(yīng)用到煤氣化工藝上的。 

1.2.1 測(cè)量原理 

核輻射密度計(jì)也稱為核密度計(jì)、伽馬密度計(jì)等，其測(cè)量原理是利用能量衰減法對(duì)密度進(jìn)行測(cè)量。核密度計(jì)的放射源（137Cs或60Co）置入一個(gè)鉛罐內(nèi)，安裝在被測(cè)管道的一側(cè)，核密度計(jì)的探測(cè)器安裝在被測(cè)管道的另一側(cè)（對(duì)稱），放射源發(fā)出的伽馬射線穿過被測(cè)容器的管壁及介質(zhì)到達(dá)探測(cè)器，當(dāng)管內(nèi)介質(zhì)的密度發(fā)生改變時(shí)，伽馬密度計(jì)探測(cè)器接收的射線能量也發(fā)生變化。核密度計(jì)將檢測(cè)到的射線能量的變化電量轉(zhuǎn)換成用戶需要的物理量———密度。利用這種技術(shù)，核輻射密度計(jì)能夠進(jìn)行高精度的密度測(cè)量及快速反映被測(cè)密度的變化。密度計(jì)測(cè)量濃度之后輸出測(cè)量值給用戶主機(jī)，采用速度計(jì)測(cè)量速度輸出速度信號(hào)給總控系統(tǒng)，質(zhì)量計(jì)算由用戶主系統(tǒng)完成。 

質(zhì)量流量計(jì)，密度計(jì)包括2個(gè)主要部分：一是放射源及鉛罐；二是一體化變送器/探測(cè)器。密度計(jì)所用放射源一般情況下使用密封型的放射源137Cs，殊情況下使用60Co。PRO核密度計(jì)基本測(cè)量提供一個(gè)立環(huán)路供電4～20mA輸出，輸出可設(shè)置為8個(gè)立數(shù)據(jù)或范圍通道，單位可由用戶選擇，包括密度、固體質(zhì)量百分比、BRIX°、API°等。 

核密度計(jì)具有測(cè)量精度高、響應(yīng)速度快及核密度計(jì)*的非接觸測(cè)量方式等優(yōu)點(diǎn)，滿足粉煤氣化在線介質(zhì)密度測(cè)量要求，在國(guó)內(nèi)殼牌裝置上應(yīng)用較為廣泛。采用放射性密度計(jì)+靜電式速度計(jì)+計(jì)算及補(bǔ)償?shù)姆绞竭M(jìn)行計(jì)量。速度計(jì)為靜電感應(yīng)式，原理為粉煤在氣力輸送過程中，顆粒之間互相碰撞、摩擦，產(chǎn)生靜電，經(jīng)過速度計(jì)時(shí)引起靜電場(chǎng)的波動(dòng)，感應(yīng)出一個(gè)電壓信號(hào)；相鄰的一些粉煤顆粒相繼經(jīng)過速度計(jì)，感應(yīng)出一個(gè)電壓波形。根據(jù)速度計(jì)內(nèi)部2個(gè)一定距離的電接收到同一信號(hào)的時(shí)間差，計(jì)算出粉煤的流動(dòng)速度。速度主要影響因素有煤粉粒徑、水分含量、溫度等。 

1.2.2 應(yīng)用范圍 

應(yīng)用物料范圍：稀相或者濃相輸送的所有固體物料包括煤粉，在固氣比不小于5∶1的輸送狀態(tài)，滿足其它使用條件，精度可達(dá)0.5%～1%，國(guó)外用戶的普遍精度為1%～2%；固氣比小于4∶1，則以密度測(cè)量值為主要控制依據(jù)。 

應(yīng)用壓力/溫度范圍：12MPa/150℃（可選200℃，制）； 

應(yīng)用危險(xiǎn)場(chǎng)合：適用于ClassI，Division1，GroupsA、B、C、D； 

1.2.3 應(yīng)用情況 

核輻射式質(zhì)量流量計(jì)主要在國(guó)內(nèi)裝置應(yīng)用。 

 

1.3 微波固體流量測(cè)量 

1.3.1 測(cè)量原理 

微波固體流量測(cè)量?jī)x適用于金屬管道內(nèi)固體物料流量的測(cè)量。利用微波能量場(chǎng)和固體顆粒對(duì)微波的反射和多普勒性，通過傳感器和管道之間電磁場(chǎng)的殊耦合，產(chǎn)生一個(gè)測(cè)量場(chǎng)。傳感器向金屬輸料管道固體顆粒發(fā)射低能量微波信號(hào)，信號(hào)被固體反射后又被傳感器接收到，這些信號(hào)的頻率和振幅被處理單元處理利用。通過移動(dòng)物料的微波反射能量來測(cè)量物料的密度，相當(dāng)于一個(gè)微波計(jì)數(shù)器，記錄單位時(shí)間內(nèi)流動(dòng)的物料顆粒數(shù)量，從而測(cè)量出物料的流量。由于采用定的頻率，故僅流動(dòng)的微粒數(shù)量能被測(cè)量，堆積的微粒數(shù)量不被測(cè)量。傳感器的標(biāo)定在安裝完成后進(jìn)行，簡(jiǎn)單地按鍵并輸入?yún)⒖紨?shù)量即可。

1.3.2 系統(tǒng)構(gòu)成 

一套完整的微波固體測(cè)量系統(tǒng)包括：傳感器及安裝底座、處理單元FME、C－Box接線盒（連接傳感器與處理單元）。

1.3.3 應(yīng)用情況 

微波固體測(cè)量系統(tǒng)主要應(yīng)用于電廠鍋爐系統(tǒng)中的大型燃煤機(jī)組、煉鋼廠高爐粉煤的輸送。粉塵狀燃料被輸送到鍋爐中作二次燃料，在每根送料管上采用1臺(tái)固體流量探測(cè)儀測(cè)量流量，優(yōu)化燃燒；高爐粉煤的輸送應(yīng)用情況與之類似。 

目前應(yīng)用較多的為法國(guó)EDIT固體流量計(jì)。該流量計(jì)采用的是微波式測(cè)量原理，精度可達(dá)到1%～2%，產(chǎn)品樣本上注明的測(cè)量精度為1%。該流量計(jì)在粉煤氣化工況中沒有應(yīng)用業(yè)績(jī)，國(guó)內(nèi)所有業(yè)績(jī)均在電廠、煉鋼廠高爐粉煤的輸送管道上取得。 

2 電容式與核輻射測(cè)量方式的差別 

2.1 濃度測(cè)量技術(shù)不同 

核測(cè)量技術(shù)使用核密度計(jì)來測(cè)量煤粉濃度，用DK13測(cè)量速度。非核技術(shù)*使用電容式的密度計(jì)測(cè)量濃度和速度計(jì)測(cè)量速度。

2.2 設(shè)備承擔(dān)的任務(wù)不同 

核輻射測(cè)量技術(shù)并不直接提供質(zhì)量流量的計(jì)算和顯示，而由用戶主系統(tǒng)根據(jù)工藝商模型計(jì)算得出，儀表只提供濃度，速度測(cè)量值；非核測(cè)量技術(shù)直接計(jì)算出瞬時(shí)流量、累積流量、濃度、速度，如果必要可以直接控制相關(guān)的給料設(shè)備（PID控制）。 

2.3 測(cè)量精度不同 

使用的核密度計(jì)+速度計(jì)的測(cè)量方式（核測(cè)量技術(shù)），核密度計(jì)用于測(cè)量濃度時(shí)標(biāo)稱的精度等級(jí)為0.2%，速度計(jì)一般利用電容式測(cè)量原理，精度等級(jí)1%。 

使用的電容式固體質(zhì)量流量計(jì)（非核測(cè)量技術(shù)密度），稀相輸送狀況時(shí)因?yàn)镈C13測(cè)量誤差較大（5%或更大），超濃相時(shí)煤粉由于發(fā)生柱塞、停滯、倒流，流動(dòng)性偏離理想狀況很多，DC13的速度測(cè)量值會(huì)偏差較大，尤其當(dāng)DC13被安裝在水平管道甚至是物料從下往上流動(dòng)的管道時(shí)誤差可以達(dá)到6%甚至更大；不過賽默飛世爾公司已經(jīng)更新了DC13的硬件和相應(yīng)的測(cè)量軟件（基于交相關(guān)原理）。 

2.4 標(biāo)定方法不同 

核輻射測(cè)量技術(shù)測(cè)量的準(zhǔn)確性需要靠實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)來調(diào)整，需要在輸送工況下先用輸送載氣進(jìn)行標(biāo)定，而后通過循環(huán)輸送對(duì)煤粉進(jìn)行標(biāo)定。 

非核測(cè)量技術(shù)根據(jù)水煤漿氣化及煤化工工程研究中心中試使用經(jīng)驗(yàn)，不需單對(duì)載氣進(jìn)行標(biāo)定，而是在輸送工況下進(jìn)行標(biāo)定。標(biāo)定完成后，僅在化工投料前簡(jiǎn)單驗(yàn)證即可。 

3 電容式固體質(zhì)量流量計(jì)使用研究 

早在2004年，水煤漿氣化及煤化工工程研究中心、在承擔(dān)“十五”科技攻關(guān)重點(diǎn)課題“粉煤加壓氣化制備合成氣研究與開發(fā)”時(shí)就購(gòu)置了8臺(tái)美國(guó)熱電（原美國(guó)拉姆齊）固體質(zhì)量流量計(jì)Model2109進(jìn)行煤粉輸送與計(jì)量。使用過程表明，質(zhì)量流量計(jì)的測(cè)量已經(jīng)達(dá)到了一定的精度，*可以滿足工業(yè)應(yīng)用的要求；流量計(jì)的測(cè)量精度不僅與儀器本身的硬件及軟件設(shè)置有關(guān)，還與煤粉在管道中的流動(dòng)形態(tài)有著密切的關(guān)系。華東理工大學(xué)和水煤漿氣化及煤化工工程研究中心對(duì)DC13與DK13組合用于煤粉密相氣力輸送質(zhì)量流率測(cè)量性能系統(tǒng)開展了固氣比、穩(wěn)定性、物料流向、物料濕含量等影響因素的研究。結(jié)果表明，密相穩(wěn)定輸送條件下的總體測(cè)量偏差在10%以內(nèi)，優(yōu)化條件下可達(dá)5%以內(nèi)，并成功應(yīng)用于粉煤氣化中試裝置，*粉煤氣流床氣化的工藝要求。 測(cè)量結(jié)果表明該固體質(zhì)量流量計(jì)的測(cè)量偏差可控制在7%以內(nèi)。 

4 結(jié)論與建議 

（1）從使用業(yè)績(jī)上看，電容式主要應(yīng)用在鋼鐵行業(yè)，主要在兗礦中試及殼牌云南大維裝置中使用；

（2）熱電的電容式流量計(jì)和流量計(jì)技術(shù)來源相同，測(cè)量原理相似，技術(shù)上沒有本質(zhì)區(qū)別。近年來的工業(yè)應(yīng)用實(shí)踐表明，對(duì)于粉煤加壓氣化裝置中的煤粉流量的計(jì)量都是有效的。 

（3）由于煤粉的密相輸送為氣固兩相流，測(cè)量和控制為復(fù)雜，流量計(jì)由于測(cè)量原理的限制，對(duì)濃度的測(cè)量均存在局限性，在煤粉流型等發(fā)生變化時(shí)，均存在濃度測(cè)量的較大誤差。 

（4）對(duì)于進(jìn)行粉煤加壓氣化應(yīng)用的企業(yè)，建議在每臺(tái)氣化爐的煤粉管線上設(shè)置至少1臺(tái)核密度計(jì)，在開車初期準(zhǔn)確測(cè)量煤粉流量，積累運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。 

（5）上述儀表對(duì)工藝要求比較苛刻，設(shè)計(jì)、施工應(yīng)嚴(yán)格按照儀表的要求進(jìn)行，運(yùn)行時(shí)也應(yīng)從工藝上盡量滿足儀表的要求。

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