磁浮球液位计等几种水煤浆浆位仪的测量性能比较研究　

　　　随着国家乃至对于低环保低碳排入的要求提高，各种新型能源逐渐出现在人们的生产与生活之中，传统煤碳的应用也有了新的突破，水煤浆就是其中重要一个分支类型。水煤浆是一种新型、高效、清洁的煤基燃料，是燃料家庭的新成员，它是由65%-70%不同粒度分布的煤，29-34%左右的水和约1%的化学添加剂制成的混合物。经过多道严密工序，筛去煤炭中无法燃烧的成分等杂质，仅将碳本质保留下来，成为水煤浆的精华。它具有石油一样的流动性，热值相当于油的一半，被称为液态煤炭产品。水煤浆技术包括水煤浆制备、储运、燃烧、添加剂等关键技术，是一项涉及多门学科的系统技术，水煤浆具有燃烧效率高、污染物排放低等特点，可用于电站锅炉、工业锅炉和工业窑炉代油、代气、代煤燃烧，是当今洁净煤技术的重要组成部分。水煤浆**用于电站锅炉、工业锅炉和工业窑炉代替油、气、煤燃烧以及宾馆、住宅、酒店、办公楼等各种建筑物供暖和生活热水。
　　由于水煤浆粘稠易干和搅拌时剧然波动, 使液位测量长期难以解决。通过对几种常用液位计进行的分析比较, 说明激光测量在水煤浆浆位测定中的技术地位。激光独特的性能用于水煤浆上恰到好处, 同时可兼作流量计。对磁浮球液位计提出了改进方案。　
　　在水煤浆制备工艺中, 浆位的测量是不可缺少的重要一环。由于水煤浆具有固液两相性、粘稠易干性和在搅拌时液面剧烈波动等特点, 目前能适应水煤浆液位测量仪表只有几种, 其中以激光测量为佳, 浮球液位计和集成压力表次之。本文通过对磁浮球液位计等几种常用仪表的分析对比和, 说明磁浮球液位计测量在水煤浆浆位测量中的应用。


　　1　磁浮球液位计
　　该液位计直观、可靠、经济、实用, 不仅适应静态测量, 也适应动态测量。地矿部率先将其应用在大同浆厂上。如果制浆现场不需要精确数据, 而更强调能用、够用、好用, 那么选择浮球液位计是佳的选择。磁浮球液位计存在的问题及其改进方案如下。(1)滑块显示位置与液位呈相反状态, 可通过标尺标定实际位置。
　　(2)该仪器误差大, 浮球在护栏中被搅动的水煤浆冲击上下起伏扭动摇摆, 此时滑块在标尺上波动范围±3cm 左右。
　　(3)用普通纤维绳牵引, 绳与滑轮没有充分旷量。水煤浆溅到绳上使绳逐渐变粗, 在滑轮上通行受阻, 形成较大误差。应该选择 1 .5mm 的多股钢丝绳或尼龙绳, 滑槽宽度应有充分的旷量。(4)如果需要回控信号, 应采用非接触位移开关代替行程开关, 这样不会发生误信号。因为吊绳的摆动量较大(±1 .5cm), 所以应在标尺某一个平面上多安装2 个光电管, 按逻辑或相关的关系输出信号, 只要滑块经过这个平面便会有信号输出。
　　2　皮膜压力表和集成压力表
　　2.1　皮膜压力表
　　皮膜压力表通过测量压力转换成液位。其结构是用皮膜作受力面, 经密封介质把皮膜上的压力传递到电阻应变片上。这种传感器虽然存在由皮膜、传导介质、应变片3 个环节所产生的误差, 但通过电路调整能够达到一定的重复性。
　　2.2　集成压力表
　　集成压力表是一种完全无粘挂无沉积的测量仪表, 可以用来测量输浆管道的压差, 安装于罐底部也可取得液位信号。该传感器受力面 5 .8cm , 在受力面涂一层聚四氟乙烯(特弗龙), 其背面贴应变片。传感器、变送器、温度补偿电路以及防沉积外形集于一体。该集成压力表具有以下特征。
　　(1)解决了受力端面的沉积问题。受力面与外壳为一整体无缝连接, 克服了常规安装膜片不可避免出现棱角缝隙的现象, 从而取消了水煤浆沉积。
　　(2)面涂不粘层解决不沾挂问题。该涂层化学性质十分稳定并且不与任何物质粘黏。用这种材料涂在传感器表面上, 各种性能测量如下:非线性±0 .02 % FS ;迟滞±0 .02 %FS ;重复性0 .03 % FS ;精度±0 .5 %FS ;输出灵敏度25 .07V/MPa 。与无涂层的传感器相比性能完全一样, 因为0 .01mm 的有机涂层不会影响传感器的机械性能。
　　(3)受力端面应适当地加大, 以减少粘稠介质的影响。水煤浆的粘度一般为900 ～ 1000 厘泊, 实践证明 5 .8cm 就可以忽略介质粘度的影响。(4)这种通过压力转换液位的仪表只能用于静态测量, 不能用于动态测量。
　　3　超声波液位计
　　超声波液位计适应条件应以能否收到反射波为准。对于动态液面要计算由于液面波动造成反射线的偏移后, 能否落到接收探测器上。我们曾用超声波测液位, 平静液面还可以, 略有波动便找不到回波。而实际上被搅拌的水煤浆液面呈旋涡状, 没有直接反射波。虽然在众多反射波中总有被收到的,但我们无法确定该回波是几次回波, 这个回波是从哪一点反射回来的。所以我们无法找到1 个数学模型作统一处理, 实践证明超声波测液位使用面太窄。　
　　4　微波测量
　　微波频率范围300MHz ～ 300GHz , 微波测量液位的原理与超声波类似, 即测发射波返回的时间。另一种是测反射波的衰减量, 依据衰减量换算液位。通过以下分析可知其频率特性不适应于水煤浆测试环境。
　　(1)微波具有定向幅射, 遇到各种障碍物易于反射, 当其波长远小于被测物体时, 绕射能力差, 这是我们所希望的。因为目前微波测量液位均在其低频段范围, 所以仍然存在一个找反射波的问题。
　　(2)测器的张角小为40°～ 60°, 如果探测器安装于4m 高的浆罐顶部, 那么连罐外面的物体也一起被检测, 显然信号不真实。
　　(3)介质对微波的吸收与介质的介电常数成正比, 水煤浆含有30 %的水分, 水的介电常数为80 。由于水分子极易极化, 所以水对微波的吸收作用非常强烈, 将使反射波非常微弱。
　　5　激光测量的优越性
　　(1)激光的方向性强, 具有高度平行度, 在十几千米处的扩散范围不到几个厘米。由此可以制出3mm 的激光束, 发射到液面上也是这样大的小圆点, 并以此作为测量参数。
　　(2)激光束射到剧烈旋转的水煤浆斜面上任何位置, 只要斜度不超过90°便能正常工作。水煤浆对于光而言是粗糙黑色流体, 并且在线度上远远大于激光波长, 能充分吸收激光能量。激光的强度与发射距离的平方成反比, 能克服较长距离的衰减。
　　(3)单色性好, 波长范围Δλ<10-7A°;相干性好,相干长度达几十厘米, 而普通光的相干长度只有零点几毫米。由这2 个特点形成的时间相干具有明显、准确和理想的干涉条纹。
　　(4)相位测量法是检测干涉条纹数量, 以λ/4 作为长度单位(λ=634nm), 适于近距离测量。测量范围在1 ～ 60m , 浆位测量在此范围。仪器测量精度±1mm 。
　　(5)测量现场浆罐有时蒸汽弥漫, 红色的激光柱能够克服这一点。激光发射到蒸汽中的小颗粒上能够绕射达到液面。
　　6　水煤浆浆位仪的特点
　　激光水煤浆浆位仪除具有一般智能仪表的功能外, 还具有如下功能。
　　(1)具有检测流量的功能, 可省去电磁流量计。因为从液位的高度可以折算浆的总储量, 从液位的瞬时变化量可以折算瞬时流量, 从液位的某时间段的积分可以得到累积流量。
　　(2)兼作流量计的测量误差分析。激光测量误差是一个读数单位, 测量误差在整个量程内不变。测量精度±1mm ;电磁流量计测量误差随时间增加**误差增大, 测量误差2 %。
　　对于正在搅拌的水煤浆测量分析比较麻烦。其原因, 一是被搅拌的水煤浆由2 个分运动(水平旋转和上下运动)合成, 形成1 个漏斗状漩涡, 漩涡的斜度随液面升高而减少, 并且漩涡的斜度还与水煤浆的粘度、浓度有关。二是激光光柱射在漩涡的斜面上, 斜率不稳定, 造成一定的误差。三是搅拌叶轮之间的距离形成漩涡斜面上的互相间的波动造成的误差, 通过软件滤波能够减少一些误差。也可以通过测液位升降的相对变化率以确定瞬时流量, 减轻漩涡斜率不稳定带来的影响。
　　电磁流量计测动态水煤浆, 由于压力变化读数也不稳定, 但是测量精度并没有变化, 这一点优于激光水煤浆浆位仪。两种不同性质测量仪器在其各自范围的优越性可起互补作用。
　　(3)可根据液位情况设定上下限报警。
　　(4)可用大屏幕多窗口显示数据。
　　(5)激光从浆罐顶部1 个 2cm 的圆孔通过, 探测器在罐外1 ～ 2m 处, 能够有效地保护探测器。

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