粉煤气化装置中黑水流量计的选型及应用 流量计技术指标

摘 要： 介绍楔形流量计在粉煤加压气化装置（航天炉）改造中的应用，经过生产实践证明，楔形流量计具有精度高、耐冲刷、使用周期长的特点。
关键字： 粉煤气化 测量 楔形流量计 改造 应用

引言

濮阳龙宇化工有限责任公司20万t/a甲醇装置是国内首套粉煤加压气化装置航天第一炉的发源地，是在引进、消化吸收壳牌公司的Shell粉煤加压技术和GE公司的德士古水煤浆加压气化技术基础上的再创新。该技术在备煤、输煤、燃烧调节系统、气化炉辐射段均采用先进的粉煤气流床气化技术；灰渣水系统、洗涤、净化则采用气体急冷流程技术。

1 系统改造背景

由磨煤系统生产的合格粉煤经加压与空分生产的氧气与蒸汽由粉煤烧嘴喷入气化炉，在3.5MPa压力、1400～1700℃高温下充分混合，进行部分氧化反应，生成以H2、CO、CO2为主要成分的合成气。在整个气化流程中，黑水流量计13FT0008、13FT0041A/B、13FT0016、13FT0018检测整个气化装置重要的物料平衡参数和保护气化炉设备的重要参数，其参数的精确与稳定关系着装置的优化控制和ESD联锁跳车的发生。几台流量计原设计采用文丘里管作为节流件，结合两年多的运行发现，该节流件不适合煤气化工艺介质，因介质较脏容易使环室堵死，造成测量误差和测量值的突变引起ESD联锁停车的发生。为了彻底消除测量误差，避免因仪表原因引起停车事件的发生，对几台黑水流量计进行改造，传感器由原来设计的文丘里节流元件改为楔形流量传感器。

2 楔形流量计

2.1 原理

当充满管道的流体流经楔形孔板时，在楔形孔板上游侧和下游侧测到流体的差压，差压变送器将差压信号转为4~20mADC信号输出，此信号经人工智能流量运算器处理或DCS处理后，得到瞬时流量值。

楔形流量传感器的检测件是楔形孔板，它是一块V形节流件，圆形顶角朝下，含悬浮颗粒（粉尘、泥沙及其它固体颗粒）流体和高粘度液体流过时在节流件上游侧不会产生滞流，也不会在节流体上、下游侧发生固体颗粒或粘稠物的积存，确保了楔形流量传感器长期运行稳定性。楔形流量计测量原理如图1所示。

图1 楔形流量计测量原理

2.2 特点

（1）长期现场运行精度高。在液体流量测量中，精度可达0.2级；在气体测量中，精度可达0.5级。楔形流量计长期稳定性好，被誉为零故障率仪表。

（2）流量范围度宽。精度0.2级时，流量范围可达1∶25；精度0.5级时，流量范围高达1∶33。这是其它差压式流量计无法比拟的。

（3）适用范围极广。不仅适用于单相流体，也适用于气液、气固和液固等双相流体。其雷诺数最小达300，最高可达1×106以上。因此，楔形流量计既可工作在层流状态，也可工作在紊流状态，其最低流速达0.01m/s。而且楔形流量传感器无沉积、不堵塞，可适用于高温、高压、高粘度、强腐蚀的各种液体和高含尘气体的流量测量。

（4）防粘附楔形传感器。楔形流量计采用“V”型体节流件，可消除滞留区，防止系统出现堵塞现象。传感器测量管与节流件防粘附，是流量测量技术的重大突破。它消除被测量介质中的泥沙、粉尘、悬浮物、纤维等对流量传感器测量管的粘附、堆积，同时也防止了测量管的腐蚀，是准确测量流量的基础与保证。

2.3 安装及维护

（1）一次表分体式，更换楔形件（中间）可扩展量程。

（2）差压变送器可输出4～20mA的电信号，便于配用各种仪表。

（3）楔形流量计附有前后测量管，可水平或垂直安装，当垂直安装时，流体应自上而下流动。测量液体时应注意使差压变送器方便排除气泡，以免引起仪表零点漂移。

（4）楔形流量计上下游侧应配置管段（上游5倍管道直径，下游2倍管道直径），管道内部应光滑、清洁、无附着物。

（5）水平安装时，楔形差压元件应与管道中心线成90°；对于垂直安装，由于取压点之间轻微的静压影响，必须注意差压变送器调零。

3 实际应用

根据濮阳龙宇化工有限责任公司的实际运行情况，结合生产需要，首先改造激冷水泵出口黑水流量13FT0008，经过近半年的运行，效果很好。随后对以下介质较脏、易出故障的流量计分别进行了楔形流量计改造：去气化炉循环水流量13FT0041、合成气洗涤塔变换冷凝液流量13FT0016、合成气洗涤塔工艺气流量13FT0018。经过近一年的开车运行，几套流量计指示准确平稳、参数可靠，达到了预期的目的。

4 结语

楔形流量计是一种新型流量计，其设计解决了炼焦、炼油、化工等企业中的焦油、沥青、残渣油、石蜡油、易结晶萘油等各种高粘度液体介质的流量测量难题。

1.提供正确的流量和管道数据。
    差压式均速管流量计的机械尺寸是根据要安装的管道尺寸量身定制的，其测量范围是根据工艺提供的流量数据计算和标定。选用时，一定要正确提供给制造商流量数据和管道尺寸，管道尺寸包括外径和壁厚。

2.正确选择检测杆。
    差压式均速管流量计其主要结构是一根插入的检测杆，它有各种形式，其截面形状不一，有圆管,菱形管，Delta形等，由于各种形状的检测杆对应了不同的流体理论

3.要选用高精度的微差压变送器。
    差压式均速管流量计是通过测总静压来推算流量，常用于大口径测气体流量，它产生差压一般都比较小，小的时候可能只有20-30帕，要尽量避免使用引压管，选用高精度的微差压变送器，如3051等，zui直接的方案是采用均速管、三阀组、差压变送器一体化的直接安装方式，这样不但可以减少使用引压管而引起的泄漏，还可补偿受温度、压力的变化而变动的差压信号失真等问题。

4.保证一定的直管段长度。
    差压式均速管流量计前部管道必须确保有7~9倍管道直径的直管道长度，此数据各资料不一，从3倍到30倍全有，才能使大管道内气体的流速尽量对称分布于轴线，只有这样，仅测几点的流速就能推算流经整个截面的流量，否则大管道内气体的流速分布将会很复杂，流量系数K的波动将会很大，不能保证测量的准确度。
    
5.重复性和度。
    在一些工厂中，均速管流量计只是在某一工艺点提供信息源的检测环节，它输出所反映的气体流量信息，并不要求是某一确切值，而应是正确无误地反映流量的变化，这就要求均速管工作可靠，其输出与流量存在的单值函数关系不随意变化，即重复性较高。如果直管段达不到要求的情况下，重复性可做到0.5%，而误差就可能超过6%。在自动化系统中作为调节和监控，采用结构简单的差压式均速管流量计就有其优势。

6.加装必要的粉尘过滤装置。
    如果工艺过程比较特殊，例如粉尘较大，建议加装必要的附属设备，如粉尘过滤装置等，保障均速管不堵塞，以确保仪表正常工作。

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