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                    渦街流量計

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                    電導率對電磁流量計測試精度的影響

                    來源:作者:發表時間:2016-04-15 10:04:46

                            高濃度黏稠固體廢棄物,是指工業生產及市政污水處理過程中產生的含固量高、粘度大、顆粒細的固-液兩相廢棄物或副產品,由于其常溫常壓下流動性較差,在高壓管道輸送時為“不沉降似均質濃密膏體",因此亦稱濃密膏體。包括煤炭行業的煤泥、給排水行業的脫水污泥、制造行業的工業污泥、石化行業的油渣和油泥等,涉及二十余個行業。就上述濃密膏體而言,目前較常用的無害化、資源化處置方式有焚燒、燃燒發電、土地資源化利用以及填埋等。無論采用哪種無害化、資源化處置方法,輸送均為必不可少的環節,新發展的輸送工藝技術為管道輸送。不管在工業現場還是實驗室管道輸送時,流量均是關鍵參數,其大小決定了管道輸送的效率。
                     
                        濃密膏體管道輸送的流量測試是一個尚待解決的難題,管道輸送實驗中一般采用稱重法測量,但該方法測試步驟繁瑣。而電磁流量計的測量不因流體密度、粘度、溫度、壓力、電導率和雷諾數變化,沒有阻流件,也不會在高流速情況下產生氣蝕,近年來在流體流量測試中被廣泛應用。隨著電磁流量計的發展,現已可測量電導率閾值更低的液體,而當濃密膏體濃度較高時不可行,其原因現有文獻中尚沒有準確的解釋,筆者推測這可能與其濃度過大時電導率太低有關。本實驗先使用電磁流量計測量一定電導率范圍的煤泥在管道輸送時的流量,并與稱重法測量結果相對比,得到煤泥在管道輸送時電導率及濃度的閾值,為今后電磁流量計應用于其它濃密膏體管道輸送的流量測量提供依據,對其現場應用也具有很重要的指導意義。
                     
                        1 測試原理及實驗步驟
                        1.1 電磁流量計原理
                     
                        本文選用不同質量濃度的煤泥在裝有電磁流量計的液壓與流變試驗臺上(實驗原理如圖1)進行管道輸送實驗。電磁流量計根據電磁感應原理測量流過管道中導電流體的流量,故使用電磁流量計的前提是被測流體必須導電,且電導率不能低于閾值(即下限值)。通用型電磁流量計的閾值在(5×10-6)S/cm~10-4 S/cm之間,若電導率低于閾值會產生誤差甚至不能測量。根據電磁感應原理(如圖2),當導電流體在磁場強度為B的磁場中切割磁力線時,在線形長度為L的a和b兩點之間會產生感應電動勢,為
                    QQ截圖20160415100616.jpg
                    液壓與流變試驗臺實驗原理圖
                    圖1 液壓與流變試驗臺實驗原理圖
                    圖2 電磁流量計測量原理示意圖
                    電磁流量計測量原理示意圖
                     
                    兩接收電極之間的距離L為已知常數,B為已知的磁場強度,故εab是單調函數,隨υ的變化而變化。而瞬時流量Q等于流速υ與導管截面積S(常數)的乘積,故有
                    QQ截圖20160415100803.jpg
                    式中:K為儀器常數。因此,只要測得εab,即可求得對應的流量Q。
                        1.2 煤泥電導率測試原理及方法
                        在定制的圓柱狀絕緣料筒中裝入煤泥,利用參比電阻法測量不同質量濃度下煤泥的電阻率。首先分別測出定值電阻R的兩端電壓U0和絕緣料筒兩端的電壓U。由式(3)求得該長度管道內煤泥的電阻,并代入式(4)求得煤泥的電阻率,再由k=1/ρ求得煤泥的電導率,即
                    QQ截圖20160415100829.jpg
                    式中:ρ為電阻率;U為裝有煤泥的圓柱狀絕緣料筒兩端電壓;U0為定值電阻兩端的電壓;A為橫截面積;L為兩電極之間的距離。
                     
                        采用四相電極參比電阻法測量煤泥電阻率,設計實驗電路如圖3所示。實驗步驟如下:①首先測量絕緣料筒內徑及長度。用游標卡尺多次從不同角度測量絕緣料筒的內徑及長度并記錄,分別取平均值。②測量室內溫度并記錄。③取適量煤泥加入一定的水,充分攪拌,用含水率儀測量含水率并記錄,使含水率為32%左右,將配好的煤泥裝入絕緣料筒中,然后接通實驗電路。④利用萬用表分別測量500Ψ電阻兩端和絕緣料筒兩端的電壓,待電壓穩定后讀數并記錄。⑤分別改變電源電壓和煤泥含水率,重復上述實驗步驟。
                    四相電極參比電阻法測量煤泥電阻率實驗電路
                    圖3 四相電極參比電阻法測量煤泥電阻率實驗電路
                     
                     2 實驗數據及分析
                        2.1 煤泥電導率實驗數據及分析
                        根據測量得到的數據,以煤泥的質量濃度作橫坐標,相應質量濃度煤泥的電導率作縱坐標,繪出煤泥電導率與其質量濃度的關系圖(如圖4)。再以電壓為橫坐標,相應電壓下煤泥的電導率為縱坐標,繪出電壓與電導率的關系圖(如圖5)。
                    不同電壓下煤泥電導率隨質量濃度的變化曲線
                    圖4 不同電壓下煤泥電導率隨質量濃度的變化曲線
                    圖5 不同質量濃度下煤泥電導率隨電壓的變化曲線
                    不同質量濃度下煤泥電導率隨電壓的變化曲線
                    圖4的電導率變化曲線表明,隨著煤泥質量濃度的增大,其電導率逐漸降低,并在質量濃度為66%時相交于一點;圖5的電導率變化曲線表明,隨著電壓的增大,電導率有逐漸增大趨勢。分析圖4與圖5可得到以下結論:①圖4曲線整體呈下降趨勢,說明電導率隨著煤泥質量濃度的增大而減小。當質量濃度低于63%時,不同電壓下電導率隨質量濃度變化基本成平行關系,說明電導率與質量濃度和電壓成一定的線性關系;當質量濃度為63%~66%時,電導率與質量濃度成一定線性關系,而與電壓不成線性關系,仍有一定的下降梯度;當質量濃度大于66%時,電導率隨其增加顯著下降,但是曲線較為復雜,不易判斷其相互關系,將用稱重法進行相應的驗證。②圖5曲線整體呈上升趨勢,說明電導率隨電壓的增大而增大。相比電導率隨質量濃度的變化,其增大幅度較小。當質量濃度由61.38%上升到63.20%即增大了1.82%時,電導率增大了0.03mS/cm,而當質量濃度由63.20%增大到66.25%即增大了3.05%時,電導率卻增加了不到0.01mS/cm。說明質量濃度低于63.20%時,電導率變化較明顯;當質量濃度為66.25%時,電導率為恒定值0.033mS/cm。
                     
                    2.2 電磁流量計實驗數據及分析
                     
                        首先分析電磁流量計流速數據的重復性.圖6是當管內流速為0.1m/s(即濃密膏體輸送流速下限)時,電磁流量計測量由大到小的3種質量濃度分別為73%,69%,63%的煤泥的實時數據曲線.由圖可見濃度較高時電磁流量計難以測出穩定的流速數值,而當濃度較低且煤泥流動性非常好時測量數值較為穩定.圖7是質量濃度為63%時電磁流量計的3次測試曲線,可見其重復性良好,故測量結果可信.相比較煤泥電導率的測試結果,可以看出當質量濃度低于63%時,電導率較大,且不同質量濃度下電導率變化穩定。故推測當質量濃度低于63%,電導率高于0.035mS/cm時,電磁流量計應用于煤泥管道輸送時數據準確性較高。
                    圖6 質量濃度分別為73%,69%,63%的電磁流量計測試曲線
                    質量濃度為63%時電磁流量計的3次測試曲線
                     
                        其次提取電磁流量計的流速數據換算并積分后與稱重質量進行對比,分析其數據誤差,結果如表1??梢酝ㄟ^電磁流量計積分后的總流量與稱重數據的吻合程度來分析,若二者吻合較好則說明電磁流量計在線測量數據顯示雖然可能受到氣泡的影響,但是總流量可以準確測量;若二者相差較大,則說明電磁流量計不適合對較高質量濃度煤泥進行測量.從表1可以看出電磁流量計在質量濃度為69%,73%時誤差較大,故測量不準確;在質量濃度為63%時測量誤差較小,說明其測量較準確.該對比實驗與之前的重復性分析相符,說明用質量濃度及電導率來評價電磁流量計測量數據的準確性有一定的可行性。
                    表1 電磁流量計測量總質量流量與稱重質量的對比
                    電磁流量計測量總質量流量與稱重質量的對比
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