压力密度计的设计与应用.doc

本帖最后由 armstrong 于 2010-4-23 16:28 编辑 该密度计从实用、简单、低成本的角度提出了全新方案，对目前的科氏力、放射源密度计应用是一种挑战，同时解决其他压力、差压密度测量无法消除流动动压影响测量精度的问题。我认为如果不存在其他问题，非常值得推广，请大家认真思考，是否存在其他问题，该方案能否解决困扰我们大家的难题。但愿我们从此不再受密度测量困扰！ 压力密度计的设计与应用孙长春国华北京热电分公司,北京100025摘要 : 对电厂脱硫系统浆液的密度测量方法进行了研究,介绍了压力型密度计测量系统的设计原理及对压力型密度计、射源密度计与实验室测得的密度值进行对比,结果表明压力型密度计的精度能够满足电厂脱硫浆液测量的要求。关键词 : 压力型密度计;浆液密度;密度测量;脱硫火电厂脱硫系统的浆液主要有石灰石浆液、石膏浆液以及石灰乳浆液,其中石灰石浆液密度最大,需要根据石灰石浆液密度控制石灰石的下料量;石膏浆液的密度参与脱硫吸收塔液位的计算,脱硫吸收塔液位是脱硫调节系统的重要参数;根据石灰乳浆液密度可以控制脱硫废水的pH 值,使脱硫废水达到环保要求。国内火电厂脱硫系统的浆液密度计多采用射源式和质量式两种。采用质量密度计进行浆液密度测量的准确率尚可满足要求,但使用时易堵塞,对此有些电厂在密度计的测量装置上增加了工艺水进行冲洗。国华北京热电分公司(北京热电分公司) 采用的射源式密度计为非接触式,测量准确度高,维护工作量小,但由于密度计采用的射源为铯137 ,具有一定的危险性。因此,北京热电分公司取消了射源式密度计,设计了满足生产及环保要求的压力型密度计。1压力型密度计测量系统图1 压力型密度计测量系统结构压力型密度计测量系统结构如图1 所示。进浆阀(V1) 连接待测浆液管路,冲洗阀(V2) 连接清水管路,浆液经由V1 进入密度测量系统。脱硫系统中的浆液大部分温度较高,存在热蒸汽的扰动,因此测量系统中加装了气液分离器,以减小热蒸汽引起的测量扰动。浆液经气液分离器后,气体和部分浆液通过分离阀(V3) 排出。气液分离后的浆液进入检测筒向上溢流后,通过浆液回流管回收。在检测筒下部安装一个压力变送器,检测筒内介质的总压力。浆液密度测量开始时,V2 关闭,V3 保持固定开度,旁通阀(V4) 关闭。V4 只有需要排空测量系统内的介质时才打开。设计压力变送器中心线到检测筒顶端的距离(检测筒高) 为h = 1. 80 m ,为确保浆液在检测筒内能够稳定流动,检测筒不宜太短。2 测量依据根据流体运动特性的伯努利方程:式中: pjp 为流体的压强势能(静压力) ;gz 为流体的位势能;v2 为流体的动能; C(常数) 为流体的机械能;是流体的密度;是流体的流速; g 是重力加速度, g= 9. 8 m/ s2 ; z 是流体与基准面间的垂直距离。在图1所示的压力型密度测量系统中,取压力变送器所处位置为基准面,则z = 0 。被测介质为清水:式(2) 、式(3) 中Cs 和Cj 分别为介质是清水和浆液时压力变送器的示值,是不同介质流体的总压力,可近似为流体的静压力和动压力之和。为了确定压力和密度的定量关系,需要克服流体的动能影响,因此选择清水作为对比介质以抵消流体动能的影响。3 流体动能抵消处理3. 1 压力变送器量程的设定首先对压力变送器量程进行设定,它包括压力变送器的零点设定和满量程设定。(1) 零点设定打开V2 使检测筒内的流体介质为清水,控制V2 使得清水流出检测筒的溢流量适当。零点设定开始时,V1 关闭,V3 保持固定开度,V4 关闭。记录此时V2 的开度和压力变送器的示值Cs ,并将压力变送器的示值Cs 用手操器设为压力变送器的零点即C0 ( C0 = Cs ) ,还需记录从打开V2 到清水从检测筒溢流出来那一刻所用的时间ts 。根据式(2) 可求得V s 。式(2) 中,20 时s = 1 000 kg/ m3 ;检测筒高h = 1. 8 m。(2) 满量程设定由式(2) 推导计算出检测筒流过清水时的动能：当浆液流过检测筒时,手动调整V1 ,此时V2 关闭,V3 保持固定开度,V4 关闭。如能使待测浆液流出检测筒的浆液溢流速度、状态与清水流出检测筒的清水溢流速度、状态保持一致,则可认为压力型密度测量系统内浆液的流速和清水的流速近似相等,即vs vj 。北京热电分公司脱硫浆液的最大密度j ,max 不超过1 300 kg/ m3 ,所以设定j ,max = 1 300 kg/ m3 。将j ,max 代入式(3) 可求得浆液密度达到最大时的压力变送器示值:将计算得出的Cj ,max 用手操器设为压力变送器的满量程值。3. 2 vj 与vs 的关系图1 所示的压力型密度计测量系统中V1 所在管路与V2 所在管路管径相等,设打开V1 时浆液流入到从检测筒溢流出的总体积为V j ,打开V2 时清水流入到从检测筒溢流出的总体积为V s 。由于V1 所在管路与V2 所在管路间的垂直距离为0. 05 m ,远小于检测筒的高度( h = 1.8 m) ,且V a 段管径远小于检测筒管径,所以可认为V a 段管路的体积在V j 中所占的比例很小,得到V jV s 。设介质以速度v1 流经长度为L1 、截面积为A1 的管路时所用时间为t ;以速度v2 流经长度为L2 、截面积为A2 的管路时所用时间为t2 , t1 + t2 = t 为介质流经测量管路的总时间。当介质为清水时, ts1 + ts2 = ts ,ts 为清水流经整个测量管路的总时间。同理,当介质为浆液时tj1 + tj2 = tj , tj 为浆液流经整个测量管路的总时间。tj 为从V1 打开至预定开度时刻起开始计时直到浆液从检测筒溢流出那一时刻为止所用的时间;ts 为从打开V2 到预定开度时刻起开始计时直到清水从检测筒溢流出的那一时刻为止所用的时间。当介质为清水( v1 = vs1 , v2 = vs2 ) 时:V s = vs1 ts1 A1 + vs2 ts2 A2 (5)当介质为浆液( v1 = vj1 , v2 = vj2 ) 时:V j = vj1 tj1 A1 + vj2 tj2 A2 (6)将式(5) 、式(6) 代入V jV s 后,可得:vj1 tj1 A1 + vj2 tj2 A2= vs1 ts1 A1 + vs2 ts2 A2 (7)根据流体力学中流量为常数,即流经截面积A1的介质速度为v1 和流经截面积A2 的介质速度为v2存在如下关系: 当介质为清水时:当介质为浆液时:将式(8) 和式(9) 代入式(7) 后,可得:vj2 A2 ( tj1 + tj2 ) = vs2 A2 ( ts1 + ts2 )(10)vj2 tj = vs2 ts (11)在压力变送器量程设定完成后,排空测量系统内的清水,从打开待测浆液的V1 到某一开度时刻起开始计时,直到浆液从检测筒溢流出的那一时刻为止,记录所用的时间tj 。如果tj ts ,则清空测量系统的浆液后,重新调整V 1 开度,直到tj = ts ,记录V1 开度位置或者在阀门上限定到此开度。当tj = ts 时,可近似的认为此时的浆液溢流速度与清水的溢流速度相同,即vj = vs 。3. 3 浆液密度与压力的关系待测浆液密度为Xj ,压力变送器测量的浆液压力值为CXj ,待测浆液的流速为vXj ,在调试完成的测量系统中vXj = vs 。CXj = pXjj + pXdj - pjs - pds (12)由式:可得出:式中,CXj为压力变送器所测量的待测浆液的压力示值(已知量) ; Cj ,max 为压力变送器的满量程示值(已知量) ; C0 为压力变送器的零点示值;s 为20 时水的密度,s = 1 000 kg/ m3 。因此,利用清水流过检测筒时测得的压力作为变送器零点可以消除流体的动能对密度测量的影响。由于压力变送器所测量的压力值与变送器的输出值(420 mA 信号) 存在线性对应关系,因此脱硫DCS 所接收的变送器输出的模拟量信号与浆液密度存在一定的函数关系,可以在DCS 上将压力信号转化为相应的密度值。4 对比试验采用压力型密度计、射源密度计及实验室测量几种方法对石灰石密度进行了测量,结果对比见表1 。表1 石灰石密度计试验数据对比kg/ m3由表1 可见,以实验室取样测量值为基准,压力型密度计与实验室测量值的绝对误差不超