摘要：水煤浆是一种新型的洁净能源，是在煤的基础上，与水和水煤浆的添加剂经过技术深加工而成的产品，水煤浆产品是象油一样的液体，又能 像油一样的燃烧，在燃烧值相同的情况下，两吨的水煤浆可替代一吨燃油， 可广泛的应用于各种工业锅炉和燃油锅炉以及煤化工行业，是燃油的理想替 代产品，在能源紧张的今天，具有十分重要的经济意义和战略意义。
　　本文通过国内应用实例和实践经验，分析了电磁流量计在新型能源一一 水煤浆的生产和使用过程中，电磁流量计做为计量和检测仪表，在测量控制 过程当中所起的重要作用，以及在应用中出现问题的一些应对措施和解决方案。
　　关键词：煤改油   水煤浆   电磁流量计   水煤浆测量和控制
　　一、水煤浆和应用水煤浆的现实意义
　　水煤浆是由 60%～70%的煤粉+39%～29%的水+1%的化学添加剂，经过一定的工艺流程加工而成的。它具有较好的流动性和稳定性，具有象燃料油一样的泵送、运输储存和雾化燃烧，是一种替代燃料油的新型低污染的燃料，它 与直接用煤燃烧相比，具有污染小，安全和劳动强度低的优点；与直接用燃 油和直接用天然气燃烧相比，具有成本低的优势，为称为液体煤炭产品。可 广泛的应用在工业锅炉和电力行业以及煤化工行业，已逐步跨入替代燃油、 天然气、煤气、煤粉等能源产品领域的新型燃料。从长远看，水煤浆的发展 潜力和市场需求量相当巨大。
　　5、水煤浆气化原理 水煤浆气化原理是部分氧化反应原理 主要反应过程是经过计量的水煤浆和氧气，在气化炉中高温（1300～1400℃高压（2.8～28.7MPa）条件下部分氧化，生成H2、CO、C2O和水CONTROL ENGINEERING China版权所有，除去灰渣， 得到合成气。这种合成气是化肥、甲醇等产品的原料，H2可用来加氢，直接或 间接制油，而H2和CO可作城市煤气，或作燃料气，用于联合循环发电。
　　6、水煤浆应用示意图：

　　二、水煤浆
　　1、水煤浆是由质量分数为 60%～70%的干煤粉、20%～39%的水和 1%添加剂 组成CONTROL ENGINEERING China版权所有，它即保持了煤炭原有的物理特性，又具有像石油一样的流动性和稳定 性，被称为液态煤炭产品。近年来，由于煤炭资源丰富，价格便宜，水煤浆 的加工方法又简单，与煤炭的气化、液化技术相比投资少，成本低，作为代 油燃料受到世界各国的普遍重视。
　　2、由于水煤浆具有较强的触变性，当其受到强烈的剪切作用时，内部结 构遭到破坏，粘度降低，输送阻力减小；而当其处于原始状态时，粘度较大， 输送阻力亦较大。故水煤浆在管内存放一段时间后再启动时，其启动压力较 大，经过一段时间输送后压力减小，并逐步趋于某一稳定数值，这个稳定数 值即稳定输送阻力。
　　3、水煤浆中煤的粒度 水煤浆中煤的粒度大小和级配关系到煤浆的粘度，直接影响煤浆的触变
　　性、稳定性和雾化燃烧效果，合格的水煤浆平均粒度应为 50～55μm，最大粒 度控制在 300μm 以内，且最大粒度不应超过总量的 2%，75%的粒度应当小于
　　74μm、10μm 的粒度含量应为 20%左右。
　　4、水煤浆添加剂是一类表面活性物质，能够使煤粒子在水中稳定、均匀 的分散，是制备水煤浆不可缺少的化学助剂。
　　水煤浆添加剂是水煤浆的核心技术之一，可提高煤浆的成浆浓度，减少水的用量，良好的分散性能，能使不同粒径的煤粉均匀地分布地水中，形成高度分散的煤水混合物，具有剪切变稀的流变性能，能象油一样具有流动性和稳定性。能使水煤浆不仅适合管道输送，而且还能适合不同运输工具的长 途运输。
　　三、电磁流量计
　　电磁流量计是一种应用法拉第电磁感应定律的流量计，菲格瑞思产品系 引进国外电磁流量计最新技术制造。
　　1、工作原理（图 1）
　　电磁流量计测量原理乃基于法拉第电磁 感应定律。流量计的测量管是一内衬绝缘材料的非导磁合金短管。两只电极沿管径方向穿通管壁固定的在测量管上，其电极头与衬里内表面基本齐平。励磁线圈 向方波脉冲励磁时，将在与测量管轴线垂直的方向上产生一磁通量密度为 B 的工作磁场。此时，如果具有一定电导率的流体流经测量管，将切割磁力线感应 出电动势 E。电动势 E 正比于磁通量密度 B、测量管内径 d 与平均流速 V 的乘积，电动势 E（流量信号）由电极检出并通过电缆送至转换器。转换器将流量信号放大处理后，可显示流量、总量，并能输出脉冲、模拟电流等信号，用于流量的控制或调节。

图1

　　2、产品特点
　　1）测量不受流体密度、粘度、温度、压力和电导率变化的影响；
　　2）测量管内无阻碍流动部件，无压损，直管段要求较低；
　　3）传感器衬里和电极材料有多种选择控制工程网版权所有，适合多种液体和浆液测量；
　　4）转换器彩用新颖励磁方式，功耗低、零点稳定、精确度高。转换器可与传感器组成一体型或分离型；
　　5）转换器采用高性能微处理器，参数设定方便，编程可靠；
　　6）流量计为双向测量系统，可显示正、反流量，具有多种输出：电流、脉冲、数字通讯、HART；
　　7）转换器采用表面安装技术（SMT），具有自检和自诊断功能；
　　8）防爆型仪表可用于相应的防爆场所。
　　3、电磁流量计以其高精度、无压损的特点深受市场的欢迎，电子技术的 发展和应用使电磁流量计采用了高性能的 CPU  微处理器为核心进行流量信号 的采样处理，转换器采用新颖的励磁方式，功耗底，零点稳定，测量精确度 高，且具有智能化的自检和自诊断功能。我公司采用引进国外公司的 先进流量计技术，在我公司进行大批量生产，广泛应用于国内的 冶金、化工和供排水系统以及其它领域的我公司电磁流量计累计已达数万台 套，产生了很好的社会效益和经济效益。
　　4、保证电磁流量计测量精度的必需条件
　　1）被测流体必须具有导电性；流体电导率不低于 5μs/cm；
　　2）被测流体介质必须充满管道；
　　3）被测流体介质必须均匀；
　　4）电磁流量计测量系统必须良好接地；
　　5）流量计入口直管段至少 5 倍的测量管内径长，出口直管段至少 2 倍；
　　5）在流量计附近，应避免强电磁场干扰。
　　四、水煤浆的测量和控制
　　1、测量原理 由于水煤浆特殊的物理特性，使其流量测量难度很大，它含有 60%以上的
　　煤浆颗粒以及 1%的添加剂，其动力粘度仍在 500-3000MPa·S 之间，工业用水煤浆常用动力粘度一般控制为 800-1500MPa·S，而且它是非牛顿流体，设计管道流速较低，一般低于 1m/s 流速，根据国内外水煤浆测量的经验，采用浆液型电磁计测量水煤浆的流量是目前广泛采用的成熟方法。
　　2、电磁流量计在水煤浆气化炉装置的应用
　　1）用电磁流量计测量水煤浆流量时，对水煤浆的导电性能和流体流场的稳定性有一定要求，导率必须＞5μs/cmCONTROL ENGINEERING China版权所有，因为水煤浆是气化装置的主要原料， 进料流量参与气化炉安全联锁，控制气化炉氧气进气比例，故其作用是非常重要。
　　2）德士古气化炉 德士古气化炉是美国德士古公司开发的一种气化煤的一种工业炉型，适
　　用煤的原料范围宽，可用各种煤为原料，气化效率高，适合生产合成气，制 取合成氨、甲醇、发电和其它煤化工领域。我国引进的化工装置基本上采用 美国德士古气化炉工艺。在国内山东兖矿集团鲁南化肥厂，国泰、国宏化工 集团，山东德州华鲁恒升集团，南京金陵石化、南化集团、浙江衢化集团、 安徽淮北集团等国内大型企业均有运用，本文的现场仪表的设置和经验来自上述企业的工作实践。
　　3、煤浆泵的脉动流量对测量的影响
　　1）煤浆泵是一种活塞式的浆液泵，靠改变泵的行程而改变泵流量大小的 变化，输送的流量为脉动流量，脉动大，稳定性差。这是与我们常见的离心泵相比，流体的流场非常不稳定，对电磁流量计的在线测量产生较大的影响。 由于流体内脉动流，流场变化大且不稳定，使电磁流量计测量信号不稳定， 电磁流量转换器输出的电流控制信号变化大，对整个水煤浆气化炉系统的控 制造成很大的影响。一般解决办法是将电磁流量传感器远离煤浆泵安装。现 场实践经验证明：一般传感器与煤浆泵的距离为 30m 以上，最好达到 50-60m， 靠管道的长度对水煤浆的脉动状态进行整流，使流场平稳，满足电磁流量计 测量的基本要求。山东德州华鲁恒升集团大氮肥项目 A、B、C、D、E 5 个德 士古工艺水煤浆气化炉就是采用此种方式，相同的应用国内有南京金陵石化，南化集团、山东兖矿集团国泰、国宏和鲁南化肥厂等国内企业。
　　2）提高管内水煤浆的流动速度也是解决流体脉动影响的办法，对电磁流 量计和管线进行缩径设计，提高管道内的水煤浆流速至 0.8m-1.2m/s 以上。 另外，提高煤浆泵的转速，使煤浆泵输出的脉动减小，使流体流场平稳，电 磁流量计的测量稳定性和测量精度提高。山东德州华鲁恒升集团采用华东理 工大学创新设计的对置式四喷嘴新型气化炉“。绕开了美国德士古公司单喷 嘴气化炉的专利，在不用给外国公司交专利费的同时，技术上有所创新进步， 即采用了菲格瑞思 DN80 的 8 台浆液型高压电磁流量计，每条管道各两台电磁流量计，流速在 0.8m/s-1m/s 之间，电磁流量计工作可靠稳定。
　　4、煤浆颗粒大小和浆液噪声对测量的影响
　　浆液噪声是液固两相流导电液体测量时，固体颗粒（或液体中气泡）摩 擦电极表面，电极表面接触电化学电势突然变化，输出流量信号出现尖峰脉 冲状噪声。如果两个电极材质、结构表面状态存在差异，所产生的共模干扰 变为差模干扰。流量信号送到转换器差分放大器输入端放大，于是出现了流 量计输出信号的大幅波动。尽量控制煤浆颗粒在 50μm  -55μm，减小颗粒噪 声对测量稳定性的影响。同时在工艺上控制水煤浆的浓度比例使其稳定。
　　5、传感器电极的极化电压对测量的影响
　　水煤浆的测量电极一般选用不锈钢涂覆碳化钨电极，它的特点是电极前端涂覆碳化钨，耐磨好性，使用时间长，同时由于电极是由两种不同的金属 材料组成CONTROL ENGINEERING China版权所有，电极间将会产生直流电压，这个电压称为极化电压。极化电压的 大小决定于电极材料的“极化电位”，不同的液体和金属电极之间也会产生极 生电压，一般在几毫伏至几百毫伏之间，在水煤浆测量中，水煤浆的电导率一般为 20μs/cmCONTROL ENGINEERING China版权所有，且不稳定，已接近电磁流量计测量介质的电导率下限，所以会造成电磁流量计出现信号较大波动，严重时造成系统跳车停产事故。解 决的办法，为在传感器生产过程中对不锈钢碳化钨电极进行预处理，减轻或 消除极化电压，改用其它适合水煤浆测量的金属电极，如果是管道内测量介 质的原因污染电极，则必须清理电磁传感器管壁和电极表面垢状物体和铁磁 性物质，避免其对水煤浆测量产生的影响。这一点非常重要，必须切记。大 量的工作实践证明了这一点.
　　6.电磁传感器的安装位置和接地要求
　　1)电磁流量计传感器安装位置应远离煤浆泵，减小煤浆泵脉动输出的影响，垂直管道安装的电磁流量计尽量提高安装位置，一般提高到垂直管道的 最高层安装。
　　2)浆液型电磁流量计的接地要求非常严格，一定要把系统的地线接到传 感器法兰两端和电磁转换器外壳接地端，保持良好的接地，提高电磁流量计抗电磁干扰的能力。系统的接地电阻要求小于 10 欧姆。
　　7.浆液型电磁流量计的设置
　　由于水煤浆的特性可知它是一种固液二相液流。液体时的固体成分高， 粘度大，流动性较差，关键是它的电导率为约 20μs/cmCONTROL ENGINEERING China版权所有，且不稳定。接近电 磁流量计测量电导率的下限，测量过程中，水煤浆在瞬间的不均匀性，造成 煤浆浓度过高，介质电导率下降，就可能使电磁流量计在线测量时流量信号 控制的大幅波动，造成转换器显示和输出电流信号大幅跳变，严重时电磁转换器信号回零的情况，引起装置 DCS控制的互动联锁机构误认为管道内没有水煤浆而跳车，造成重大的生产事故。这是我们必须避免出现的，保护措施，一般来说，提高联锁保护的可靠性。一台水煤浆气化炉的每一条水煤浆测量 管道上安装三台电磁流量计，或在一条测量管道上安装二台电磁流量计外加 一台煤浆泵，根据煤浆泵转速换算出的流量参考值。采用三选二的保护方式。 即：一台电磁流量计波动超过设定的流量值不跳车保护，而二台电磁流量计（或煤浆泵流量）同时低于设定的下限值（一般为工艺流量下限的 40%），水 煤浆气化炉的互动联锁机构动作跳车，断开氧气喷嘴的氧气，避免汽化炉爆 炸事故的发生。电磁流量计的工作原理为法拉第电磁感应原理，用于测量密闭管道内的
　　导电液体。所以测量介质的导电率高低是一项最重要的指标， 测量灵敏度高。它的浆液型转换器独具特点，采用新颖多频励磁方式，励磁 频率根据传感器口径可以调整，使测量时的电磁流量计零点稳定，测量准确，反映速度快的优点。电磁传感器采用开仪公司独特的不锈钢涂覆碳化钨电极结构，导管内衬改进的聚氨脂衬里材料，耐磨性能更好，工作压力≤6.3MPa 时电极采用内插 式结构，工作压力＞6.3MPa 时电极采用外插式结构控制工程网版权所有，耐磨性和耐压性更好。浆液型电磁流量计内置浆液测量 专用软件，在 浆液测量时程序对浆液测量进行运算和补偿。
　　8.水煤浆测量时浆液型电磁流量计转换器的设置用带有串行接口的个人计算机连接 E-magE 型浆液型转换器的 RS232C 串行通讯接口（9 针）插座进行通讯，对转换器的工作参数进行编程。
　　1、运行菲格瑞思自主研发软件。
　　2、打开浆液型电磁转换器浆液测量工作程序。程序在浆液测量过程中进行运算和补偿，提高了浆液测量可靠性和稳定性。
　　3、按水煤浆的测量优化设置流量菜单“时常常数”（Flow Pesp）的数值，使显示和输出更加稳定。
　　4、设置模拟输出菜单的“模拟输出反向”为禁止输出，只允许电磁流量 计测正向流量时，有电流输出，防止因系统故障造成水煤浆在管道内回流，电磁转换器继续有电流输出造成系统 DCS  误判断而出事故。因为电磁流量计是一个双向测量仪表，而电磁流量计输出的电流不分测量方向，是一个方向 的信号输出。所以设置禁止“模拟输出反向”输出后，当反向流量时电流输 出只有零点 4mA 输出。
　　5、按水煤浆液体电导率的现场实测值优化设置空管检测菜单的“空管阀 值”项的参数，提高测量的灵敏度。
　　6、正确按浆液型电磁传感器的口径设置传感器菜单的浆液系数（snsrFact4）的数值，使浆液测量状态更加稳定。