煤气化装置中流体煤粉的密度测量和标定

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科援专论煤气化装置中流体煤粉的密度测量和标定张新民神华宁煤集团煤化工分公司烯烃公司 宁夏银川 75041 1【摘要】本文对煤气化中测量煤粉密度计的工作原理、测量与标定方法进行探讨，着重讨论标定方法。

【关键词l煤粉密度；测量原理；标定方法1、引言在煤气化装置中，高压气体 (CO 或N：)将干煤粉通过管道向气化炉输送，要求对管线中的密度进行测量和控制，便于实时测量煤粉质量，用于控制氧煤量配比，密度测量要求精确稳定、响应及时。常规仪表对高速流体煤粉的密度目前无法进行测量，在现有的技术条件下，放射性密度计可以满足测量要求，优点在于：一、使用了配套的抱夹支架，直接抱在管线外，安装简单。二、与物料非接触，仪表寿命长，免维护。

由于没有合适的、标准密度的介质来对密度计进行标定，因此其校准方法一直是个难题。采用水和钢板可以标定密度计，但标定精度较差。本文所采用的标定方法是使用干煤粉来进行定量定性标定，可以达到较高的精度，因此在实际操作中具有借鉴意义。

2 测量原理密度计由放射源与探测器组成，放射源通常采用Cs-137。铯源相比钴源来说，在穿透相同的物料时衰减速度更快，仪表灵敏。而煤气化中的管道尺寸相对较小，管道内径从38mm~J65mm不等，射线的作用距离比较短，铯源是更佳的选择。

探测器由晶体、光电倍增管、前置放大器与高压单元、供电单元与信号处理单元构成。关键元部件是晶体，直接接收放射源发出的 v射线。晶体的材料主要为两种，一种是碘化钠 (NaI)，另一种是塑料晶体(PVT)。从灵敏度、稳定性、温度、震动、价格各方面比较碘化钠晶体更适合做为高精度的密度计晶体来使用：碘化钠：碘化钠晶体的密度大约是3．7g／cm ，所以更多的射线会被吸收并且转换成光脉冲。带碘化钠晶体的探测器有非常高的长期稳定性 ，为总射线量的0．I％。温度稳定性较高。碘化钠晶体设计为最大50。C，实际使用中最大可在60。C下工作而不出现问题。当温度超出60度后，会对晶体的寿命产生一些影响。碘化钠是一种晶体，所以对于震动比塑料晶体更加敏感 晶体的价格与体积成正比，碘化钠晶体成本要高，50ram×50ram碘化钠晶体与50ram x 750ram的PVT塑料晶体价格相当。

塑料：塑料晶体的密度大约在lg／cm ，所以其长度至少达到碘化钠晶体的3．7倍才会得到相同的灵敏度。带塑料晶体 (PVT)的探测器长期稳定性为总射线量的0．5-1％。塑料晶体设计为50。C，当温度大于55。c时这种材料将会变软，gp55度以上为此探测器的禁区。塑料晶体抗振动能力相对较强。塑料晶体成本低。

2．1放射源在物质中的衰减程度主要由物质的密度决定，密度越大，衰减越明显。通过对放射源的衰减程度大小的测量，就能计算出介质的密度。

2．2放射源的衰减呈现指数关系，这也是放射源的基本物理原理，公式为：I=10xe 阳I：通过物料介质接收到的射线；I。：未通过物料介质发出的原始射线， ：介质吸收系数；p：介质密度；d：介质的有效路径3 安装要求与方式3．1安装要求：放射源、管道中心与探测器中心要成一条直线，以保证放射源穿透物料后准确到达接收晶体。

3．2对于垂直管道，没有安装上的特殊要求。对于水平管道，通常采用水平安装，而不建议采用垂直或斜角方式。原因是水平管道的顶部气泡相对较多，而底部则易生沉淀。

3．2密度计型号通常有两种：分体式与一体式。分体式为探测器加二次显示仪表 一体式为探测器，带HART协议，使用手操器进行通讯操作。

4、密度计的标定4．1标定要求4．1．1密度计应连同所在管道 (1．5m~lJ2m长的短管)及法兰一起被拆下，垂直悬挂，管道下部法兰处应安装一个临时球阀；应保证管道内壁干净。 ’4．1．2所需设备漏斗 (用于从管道上部入口处向管道内加入煤粉)、样本容器 (包括连接管线，球阀(临时连接于管道下部出口)，过滤器)、天平一台(测量范围大约5kg，精度

4．2．3打开密度检测设备并记录此时所测得的计数率cps2。

4．2．4打开管道下部球阀，将煤粉排入预设的容器内，并称量出煤粉的质量ml。

4．2．5重复操作2-4步5次，记录所测得的数据。

4．2．6根据密度检测设备计数率可计算出密度 p 1。

4．2．7对管道加水进行冲洗，保证管道内壁无杂质；关闭阀门，从管道上部入口加入水，加满为止；打开管道下部球阀，将水排入预设的容器内，并称量出水的质量in ；测量出排出水的水温；4．2-8重复操作7步3次，记录所测得的数据。

4．2．8查出当前水温下的水的密度P 。

4．2．9测量出管道的内径d。

4．3密度曲线计算4．4根据公~V=ml／p水可计算出管道的体积v1。根据公式p=ml／vl可计算煤粉的密度p煤。根据五组空管计数率计算出平均计数率cpl=I。，加煤后平均计数率cp2=I。

依据以上已知项，根据下列公式可以得到煤粉的吸收系数= Ln(I／10)／p／d使用得出的吸收系数“，计算出不同密度下的计数率，得出一条标定数据，将标定数据依次输入到密度计中，即完成了标定过程。如表1密度 [g／cm。】 计数率 (cps) 修正0．0012 103016 1099990．1 98484 105160O．2 94100 1004790．3 89911 960060．4 85909 917320．5 82085 87649O．6 78431 837470．7 74940 800200．8 71604 764581 65371 698025 综述密度计属于煤气化装置中的核心测量仪表，对煤气化的开车安全，生产稳定，产品质量都起着不可替代的作用。在第一次标定结束后，经过约一年时间的管壁磨损、煤种变化、仪表部件老化及其它干扰因素，需要对密度计进行重新标定。

参考文献【1]肖玲，刘连景．德l$1sw~(斯威尔)流量计在粉煤气化装置一航天炉中的应用．化工自动化及仪表，2010，s7(5)：II2-1I3.