粉煤气化装置中流量测量仪表的选型

李冰，郭宏远，李健，高原

(航天长征化学工程股份有限公司，北京 101111)

煤化工行业流量测量涉及工艺介质多、工况复杂、测量条件苛刻、测量准确度要求高，需要针对不同情况选用最佳的流量测量仪表。以粉煤加压气化装置为例，需要测量的工艺介质有粉煤、灰渣水、黑水、高温高压蒸汽、汽柴油、化学品剂等；工作压力从超高压、高压到微负压均有测量需求，工况变化大；部分仪表安装条件恶劣，现场管道所能提供直管段距离有限；少数流量仪表测量参数作为流程开停车、顺控程序重要联锁点，要求测量精度高。下面对粉煤加压气化装置在不同测量要求下的流量标准仪表进行选型比对及技术分析。

1 流量仪表选型基本原则

1．1 仪表性能

粉煤加压气化装置所需流量参数虽不必达到商贸储运测量的高精度，但流量参数作为过程控制回路最基本的测量变量和控制变量，对一些关键操作和控制逻辑具有十分重要的意义。粉煤气化项目的流量参数基本要求精度达到量程范围内的1%以内，同时要求有较高的可靠性和重复度。

量程比是流量仪表选型中必须关注的另一个重要参数，粉煤加压气化项目由于实际开车、试车、运行过程中的负荷波动导致了一些介质的流量变动范围很大，有的工况最大流量和最小流量之比甚至达到30∶1，常规差压开方型仪表无法满足全范围测量。

大量流量仪表测量引起的压损在粉煤加压气化项目的长周期运行中所导致的泵送能耗是不可忽视的。一般差压仪表的压损是跟传感器的输出差压呈线性相关的，而对于一些高精度测量工况，较高的输出差压又是必须的。因此，在仪表选型时要综合考虑其应用性能和运行经济性。

1．2 工艺管道条件

各种流量仪表采用的测量原理不同，选用材料的物性也各不相同，流体介质成分、黏度、电导率、脏污程度、温度、压力等都会影响到流量仪表的选型。如对含有颗粒或脏污程度比较高的介质，差压式流量仪表中的喷嘴和文丘里管是不合适的；大部分差压流量仪表对于小流量测量是无能为力的；电磁流量计在介质电导率过低的场合和介质温度超过衬里材料耐受温度的场合都是不能使用的。

同样，流量计所在管道和空间提供的安装条件也决定了仪表的选型。传统差压流量计的安装对上下游直管段都有最低的要求，若不能满足会严重影响其测量精度；涡街流量计在高频振动场合不宜使用；电磁流量计在有电磁干扰的场合不推荐使用。

1．3 经济性

流量仪表的经济性除了首先考虑仪表的购置费外，还需综合考虑仪表的安装费、运行费、维护费，其中尤以长周期运行费为突出。比如一般孔板流量计的购置费比较低，但实际运行中的泵送能耗是比较高的，长时间运行后性价比并不占有优势(孔板、内锥、均速管流量计在不同口径下的能耗成本见表1所列)；在粉煤加压气化装置中的粉煤流量测量的调试周期会影响开车工期。因此选型时须综合考虑性价比，选择整体性能最适宜的仪表。

表1 孔板、内锥、均速管流量计在不同口径下的能耗成本[1]

2 粉煤气化流量仪表选型

2．1 粉煤流量计

粉煤气化工艺中煤粉质量流量是非常重要的参数，对于气化炉和整个气化装置的稳定长周期运行举足轻重。目前，干煤粉密相输送的计量大体可以分为电容式与放射线式两种。

以航天粉煤气化为例，1套航天粉煤加压气化装置配备3路粉煤输送管路，工艺条件要求3路粉煤输送粉煤流量保持相等才能达到粉煤气化最佳效果。该加压气化装置所采用的煤粉流量计为SWR浓相固体流量测量仪DensFlow，具有安装方便、不受流速限制、免维护、调试快捷等特点，能够满足粉煤气化测量控制和开车工期要求。

2．2 多孔平衡流量计

粉煤加压气化装置中的烧嘴氧气流量测量、点火氧气流量测量、开工柴油流量测量、烧嘴冷却水流量测量等测量点要求测量精度高、量程比宽、重复性好、现场安装条件提供的直管段比较短，因而在这些场合均选用了多孔平衡流量计。结合多孔整流器和标准孔板测量原理的多孔平衡流量计采用对称平衡设计，减少了紊流剪切力和涡流的形成，具有精度高、重复性好、压损小、节能、直管段要求低、量程比宽等优点。

2．3 均速管流量计

粉煤加压气化装置的磨煤及粉煤输送单元采用惰性气体输送粉煤，该类工况测量点的特点： 管径大、操作压力较小、介质含有粉煤颗粒。对于该类测量点选用均速管流量计是非常合适的。不论是威力巴、阿牛巴、德尔塔巴均具有结构简单、压损小、安装维护方便的特点，特别适用于低静压、大口径场合。

2．4 楔形流量计

粉煤气化工艺的气化炉激冷段产生的黑水、灰水以及灰渣水处理工段产生的工艺水等介质都含有一定量的固体杂质，温度、压力都较高。传统差压节流元件在这些场合工作容易发生阻塞，这为楔形流量计的使用提供了可能。楔形流量计采用实心楔块作为核心测量元件，特别适用于低雷诺数流体的流量测量，尤其在测量高黏度流体、含固体颗粒流体、脏污介质、高压蒸汽时，具有明显的优势。

2．5 标准节流元件和电磁流量计

标准孔板具有精度高、结构简单、制造成本低、无需实流标定等优点，在粉煤气化工艺中被大量采用。尤其是近年来标准节流装置在量程比、压损等技术参数方面取得了很大进展。粉煤加压气化装置中，在量程比较小的中小管径场合，输送介质为氮气、驰放气、冷却水时选用标准孔板；输送介质为高温高压蒸汽的场合选用标准喷嘴节流装置；测量导电性能比较好的碱液、灰水等脏污介质且温度不高的工况选用电磁流量计。该类传统流量测量仪表的选用不仅满足了工艺要求，同时大幅降低了工程采购费用。

3 使用效果分析

仪表选型以工艺要求为基本出发点，以工艺运行状况为反馈点，综合了多个项目运行经验而选型的粉煤加压气化装置流量测量仪表在现场实际运行中发挥了越来越好的作用。在此基础上，根据项目实际运行情况进行了几种典型流量计的技术性能对比(见表2所列)和经济性能对比(见表3所列)。

表2 几种典型流量计技术性能对比

表3 几种典型流量计经济性能对比

4 结束语

煤化工行业流量仪表选型是一个系统工程，要考虑的因素是多方面的。只有综合各方面的因素之后作出的选型才可能是较合理的、性价比较高的。每一种流量计都有其适用的场合和工况，因而流量计选型工作必须依据客观条件和流量计本身特性并结合现场使用经验进行。

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