第４７卷第２期　

２０１１年４月　石油化工　自　动化　

ＡＵＴＯＭＡＴＩＯＮ　ＩＮ　ＰＥＴＲ（）＿ＣＨＥＭＩＣＡＬ　ＩＮＤＵＳＴＲＹ　Ｖｏ１．４７，ＮＯ．２　Ａｐｒｉｌ，２０ｌ１　

煤粉流量测量技术及应用　

何德颂　

（中国五环工程有限公司，武汉４３０２２３）　

摘要：对于干煤粉气化工艺的密相输送系统来说，煤粉质量流量的测量非常重要。介绍几种当前常用或较为热门　的气　两相流同体质量流量测量方法，使用密度速度测量技术对国内某大型煤化工气化工艺中密度速度测量应１Ｆｆｊ方法　进行分析，给出系统的密度计、速度计及二次仪表选型和测试方法，最后对系统中的测量数据进行分析，确定该方法的优　越性。　关键词：密相输送；煤粉；流量测量；煤气化　中图分类号：ＴＨ８２　文献标志码：Ｂ　文章编号：１００７—７３２４（２０１１）０２～００５７—０３　

Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｃｏａｌ　Ｐｏｗｄｅｒ　Ｆｌｏｗｒａｔｅ　Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　

Ｈｅ　Ｄｅｓｏｎｇ　（Ｗｕｈｕａｎ　Ｅｎｇ．Ｃｏ．Ｉ　ｔｄ．，Ｗｕｈａｎ，４２０２２３，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｔｈｅ　ｄａｎｓｅ　ｐｈａｓｅ　ｃｏｎｖｅｙｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｄｒｙ　ｃｏａｌ　ｐｏｗｄｅｒ　ｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｔｈｅ　

ｐｕｌｖｅｒｉｚｅｄ　ｃｏａｌ　ｆｌｏｗｒａｔｅ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　ｉｓ　ｖｅｒｙ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ．Ｔｈｅ　ｃｏｍｍｏｎ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ　ｏｆ　ｓｏｌｉｄ　

ｍａｓｓ　ｆｌｏｗｒａｔｅ　ｆｏｒ　ｇａｓ—ｓｏｌｉｄ　ｔＷＯ　ｐｈａｓｅ　ｆｌｏｗ　ａｒｅ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｔｈｅ　ｄｅｎｓｉｔｙ—ｖｅｌｏｃｉｔｙ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ　

ｕｓｅｄ　ｉｎ　ａ　ｌａｒｇｅ　ｄｏｍｅｓｔｉｃ　ｃｏａｌ　ｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｉｓ　ｄｅｔａｉｌｅｄ　ａｎａｌｙｚｅｄ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｔｅｓｔ　ａｎｄ　ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ　ｍｅｈｔｏｄｓ　

ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｄｅｎｓｉｔｙ　ｍｅｔｅｒ　ａｎｄ　ｃｏｒｒｅ１ａｔｉｏｎ／ｉｎｔｅｇｒａｔｏｒ　ａｒｅ　ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ｔｈｅｎ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍｅａｓｕｒｉｎｇ　ｄａｔａ　ｏｆ　ｓｙｓｔｅｍ　ａｎｄ　ｓｕｐｅｒｉｏｒｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍｅｔｈｏｄ，ｉｔ　ｉｓ　ｃｏｎｃｌｕｄｅｄ　ｔｈａｔ　ｄｅｎｓｉｔｙ—ｖｅｌｏｃｉｔｙ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　ｉｓ　ｇｏｏｄ　

ａｐｐｌｉｃａｂｌｅ　ｆｏｒ　ｄｅｎｓｅ　ｃｏｎｖｅｙｉｎｇ．　

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｄｅｎｓｅ　ｐｈａｓｅ　ｃｏｎｖｅｙｉｎｇ；ｐｕｌｖｅｒｉｚｅｄ　ｃｏａｌ；ｆｌｏｗｒａｔｅ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ；ｃｏａｌ　ｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ　

０　引　言　在工业生产过程中，两相流量是一个极为重要　且测量难度较大的参数。特别对于干煤粉气化工　艺的密相输送系统来说，煤粉质量流量的测量尤为　

重要，不仅关系磨煤工序的控制参数，更直接参与　

气化过程的氧煤比，直接影响气化效率及工艺安全　

和工艺指标。目前市场上主要有差压测量、微波测　量、密度速度测量等手段，对于煤化工来说，主要采　

用密度速度测量技术。　

１　测量技术　１．１　差压测量技术　差压法的原理是将气固两相流看做是一个“均　

匀”的流体，当流体经过管道或文丘里装置时，会产　生相应压力降，根据流动过程中产生的差压与质　

量流量的关系即可测量两相流中的固体质量　

流量。　１．２微波测量技术　

微波固体流量测量仪采用雷达原理和多普勒　特性来进行固体质量流量的测量。传感器采用微　

波技术，通过和管道的特别连接，产生一个测量场，　并向被测固体微粒发射低能量微波信号，信号散射　回来并被传感器接收。传感器工作就像粒子计数　

器，记录每个单位时问内流动的微粒数量。由于采　用特定的频率，故仅流动的微粒能被测量而堆积的　

微粒不被测量，从而保证测量的精确性。　

１．３密度速度测量技术　在气固两相流中，固体颗粒的质量流量是气固　

两相流速度和密度的函数，所以密度速度测量技术　原理即为将流体速度和密度分开检测，然后计算质　

量流量。　

）一　㈩　（ｆ）触一　可以　

式中ｑ　（ｆ）——平均质量流量，ｋｇ／ｓ；Ａ——煤粉　

管道截面积，ｍ。；　（￡）　一煤粉瞬时速度，ｍ／ｓ；　

收稿日期：２０１１—０ｌ一３０（修改稿）。　作者简介：何德颂（１９７９～），男，２００２年毕业于武汉工程大学　

自动化专业，硕士学位，现工作于中国五环工程有限公司电控　，　任高级＿Ｔ程师。

　５８　石油化工自动化　第４７卷　

ｌ０ｓ　（￡）——煤粉瞬时密度，ｋｇ／ｍ。。　

２密度速度测量系统配置及应用　依据国内某大型煤化工气化』＝艺中的应用实例，　对密度速度测量系统配置进行说明：工况为测量煤　粉质量流量，介质形态为气固两相，温度为８０℃，压　

力为４．３　ＭＰａ（Ｇ），介质密度为０～６００　ｋｇ／ｍ　，速度　

为Ｏ～１２　ｍ／ｓ。　

该系统由核密度计、电容式速度计、二次仪表　组成，具体配置如图１所示。　

图１　密度速度测量统配置示意　系统　总线　

２．１　核密度计　

核密度计由放射源和检测器组成，测量管道中　

物料的密度值。　放射源在大部分应用场合可选用Ｃｓｌ　３７，但　

当需要高能量场合时，需选用放射源Ｃｏ６０。同　时因为放射源的辐射性，放射源被双层密封在　铅罐中，以满足美国核管制委员会（ＮＲＣ）的安　

全要求。　

核密度计使用闪烁型探测器来测量放射源的　辐射到达量。该探测器由一个特殊的塑料闪烁体　材料、光电倍增管及相关电子器件组成。当闪烁　

器接收到射源辐射时，会发出微小光闪烁。一定　厚度的样品对射线的吸收量与该样品的密度有　

关，而射线检测器的信号则与该吸收量有关。当　管道内介质密度发生改变时，更多的７射线被介　

质吸收，到达检测器的能量随之改变从而引起闪　烁器的光脉冲减少，利用动态追踪处理技术和光　电倍增管检测器将光脉冲转变为电脉冲，便可测　

出介质的密度。　

２．２电容式速度计　电容式速度计由内置两个电容传感器构成，　用来测量管道中物料的速度值。理想状态下，煤　粉经较短距离流动形态不会发生改变，通过计算　

两传感器捕捉到相同形态的煤粉时间差，即可计　

算煤粉颗粒速度。　２。３　二次仪表　

二次仪表用来处理速度传感器信号。质量流　量即通过测量的速度和密度的乘积，经仪表处理　

后，可用以下任意一种方式输出到用户主机：４～　

２０　ｉｎＡ；Ｐｒｏｆｉｂｕｓ　ＤＰ；Ｍｏｄｂｕｓ；ＤｅｖｉｃｅＮｅｔ；　

Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（ＴＣＰ／ＩＰ）。　

３系统的安装　测量系统应安装在垂直管道上，从而避免悬浮　

介质沉淀引起的误差。根据测量原理，射源和检测　

器通常要求被安装在管道的相对面，并确保两条中　心线处于一条直线。密度计是非接触安装，通常选　

用链条捆绑安装形式。需要注意的是通常煤粉管　线是需要保温的，所以密度计与管道问有保温材料　隔离，如果直接将密度计捆绑在管道用的保温棉　

上，会出现保温棉进水变形从而引起密度计中心线　倾斜的危险，所以当有管道保温工况的时候，应在　安装仪表处采用保温绳等不易变形的材料进行保　

温。如果工艺管道未考虑此处的应力，还应加装支　

撑以支持探头和安装组件。　

４系统标定及修正　

４．１密度标定　

现场采用安装粉煤管线的剩余管材约２　ｍ　（保证与实际安装的粉煤管线材料、管径壁厚等　

参数相同），吹扫干净后，两端焊上封头，并装上　

压力表及进气、排气截止阀。然后将密度计按要　求装至直管段，先行空管标定。然后进行低量程　

标定：采用氮气瓶（密度５０　ｋｇ／ｍ　）对管内充压，　

当高压稳定２　ｒａｉｎ后将理论值与密度值对比后标　定。高量程标定选用水充满管道标定。测量数　

据见表１所列。　

表１　密度标定数据　

４．２系统标定　由于速度计是无法调校的，所以该项目只能采　

用该煤粉管道煤粉循环时煤粉密度和速度的计算　值剔除Ｎ。密度与煤粉仓的累积量进行对比校准。　但由于粉煤仓的重量是依据称重仪表测量，本身存　

在一定误差，同时煤粉管道管径为２．５　ｉｎ（１　ｉｎ一　２．５４　ｃｍ），而速度仪表的管径为２　ｉｎ，所以整个系　

统需要重新标定，见表２所列。

　第２期　何德颂．煤粉流量测量技术及应用　５９　

根据表２的实测值分析，修正曲线如图２　

所示。　

６．０００　５．０００　４．０００　３．０００　２．０００　１．０００　０．０００　

图２　系统流量测量修正曲线　Ｏ　

修正后参数误差见表２所列。分析数值可以　

看到流量计误差和流速有关，同时取决于安装及物　料条件等因素。通过系统分析，对煤粉质量系统进　行了精确可靠的验证，也为随后煤气化装置的顺利　

稳定投产所需的氧煤控制提供了可靠的保证。　

５　结束语　

目前密度速度测量系统在Ｓｈｅｌｌ粉煤气化炉　的密相输送中得到广泛应用，有非侵入、易于安装、　

牢固耐用和响应速度快等优点，与微波技术相比缺　

点为需要核辐射源，需定期更换核源，购买核源手　续繁琐，要求用户配备专有维护操作人员，还要处　

理核废料，用户维护成本高。微波测量技术主要以　

德国ＳＷＲ公司技术为代表，但微波固体流量计必　

须采用实际被测介质进行标定，较为麻烦。差压测　量技术虽然在理论及实验中取得较好的效果，但由　于瞬时流量受到颗粒摩擦系统、速度比及悬浮速度　等参数影响，目前未取得较好的应用。另外，还有　光学法、热力学法、核磁共振法等其他检测技术，具　

体可根据实际工况加以分析选用。　参考文献：　［１］徐苓安．相关流量测量技术［Ｍ］．天津：科学技术出版　社，２００８．　［２］　董群．气同两相流固体质量流量测量技术［Ｊ］．测量与设　备，２００７，（１　２）：３６—３９．　［３］韩丽，归柯庭，施明恒，等．电容式气固两相流浓度传感器　的研究［Ｊ］．热科学与技术，２００２，（２）：３０９—３２１．　［４］　袁竹林，卢作基．用传热法测量燃煤锅炉气力输送中煤流量　的研究［Ｊ］．燃烧科学与技术，１　９９９，５（１）：５２—５６．　［５］蔡武昌．流量仪表应用的发展若干动态［Ｊ］．自动化仪表，　２００６，２７（７）：１　７．　［６］蒋泰毅．气固两相流速度及质量流餐的静电测量法研究　［Ｄ］．华中科技大学，２００５．　［７］　黄志尧，李海青．气同两相流中基于神经网络的固相质量流　量检测方法的研究［Ｊ］．仪器仪表学报，１　９９６，１　７（５）：　４６５—４６９．　［８］　ＶＡＭＶＵＫＡ　Ｄ，ＷＯＯＤＢＵＭ　Ｅ　Ｔ，ＳＥＮＩＯＲ．Ｍｏｄｅｌｉｎｇ　ｏｆ　ａｎ　Ｅｎｔｒａｉｎｅｄ　Ｆｌｏｗ　Ｃｏａｌ　Ｇａｓｉｆｉｅｒ，１．Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｍｏｄｅｌ　ａｎｄ　Ｇｅｎｅｒａｌ　Ｐｒｅｄｉｅｉｔｉｏｎ［Ｊ］．ＦＵＥＩ　，１　９９５，７４：　１４５２—１４６５．　［９］　陆德民，张振基，黄步余．石油化工自动控制设计手册ｒＭ］．　３版．北京：化学工业出版社，２０００．　［１ｏ］　江华东．微波固体流量计在煤粉测量中的应用［Ｊ］．石油化　工自动化，２００９，４５（３）：５４—５５．　

（上接第５６页）　

［３］陆培文，孙晓霞，吴国熙，等．调节阀实用技术［Ｍ］．北京：机　械工业出版利．，２００６．　［４］顾文卿．调节阀选型设计实用手册［Ｍ］．北京：北方工、　出　版社，２００８．　［５］　乐嘉谦，方卫东，蔡亚吉，等．仪表工手册［Ｍ］．北京：化学工　业出版社，２００４．　［６］房汝洲．新编调节阀设计及应用实务全书［Ｍ］．北京：巾国　知识出版社，２００６．　［７］邢新刚．阀的保位方法分析［Ｊ］．医药工程设计，２００３，（４）：　１　８—２０．　［８］　刘志勇．ＳＩＰＡＲＴ　ＰＳ２智能型电气阀门定位器的使用和维护　［Ｊ］．中华纸业，２００２，（３）：１７—１　９．　［９］童秋阶，宋之熊．Ｉ　熙明，等．ＨＧ／Ｔ　２０６３８　１９９８化工装置　自控工程设计规定Ｉｓ］．北京：化工工程编辑中心，１９９８．　［１Ｏ］　王子平，周懋忠．ＳＨ３１ｏ４—２０００石油化工仪表安装设计规　范［Ｓ］．北京：中国石油化工集团公司，２０００．　［１１］哈奇森Ｊ　ｗ．调节阀手册［Ｍ］．２版．林秋鸿，泽．北京：化学　工业出版社，１　９８４．　［１２］黄步余，李丽华．ＳＨ３００５—１９９９石油化工自动化仪表选型　设计规范［Ｓ］．北京：中围石油化工集团公司，１　９９９．　［１３］陈洪全，岳智．仪表工程施工手册［Ｍ］．北京：化学工业出　版社，２００５．