煤气化装置中流体煤粉的密度测量和标定.docVIP

煤气化装置中流体煤粉的密度测量和标定 　　【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】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（CO2或N2）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到65mm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ν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/cm3，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0.1%。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，50mm×50mm碘化钠晶体与50mm×750mm的PVT塑料晶体价格相当。 　　塑料：塑料晶体的密度大约在1g/cm3，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，即55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=I0×e-μρd 　　I：通过物料介质接收到的射线；I0：未通过物料介质发出的原始射线；μ：介质吸收系数；ρ：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到2m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1g）、温度计一个（测量范围0-100℃，精度0.1℃）、游标卡尺一个。 　　4.2标定步骤 　　4.2.1关闭管道下部的球阀，打开密度计并记录在空管条件下测得的计数率cps1。（在空管情况下测5次，每次所测得频次数应当为相同值，测量到的计数率所能达到的误差大约在+/-0.2%。） 　　4.2.2从管道上部入口处用漏斗向管道内加入煤粉，直至煤粉和管道入口相平（在添加煤粉过程尽量减小管道震动，使煤粉自然堆积）。 　　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m1。 　　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ρ1。 　　4.2.7对管