科里奥利质量流量计在煤直接液化装置中的应用.pdf

石油化工设计
Petrochemical Design
2015,32(4)23~24
科里奥利质量流量计在煤直接液化装置中的应用
亮
(中国石化工程建设有限公司,北京100101)
摘要:煤直接液化装置中,油煤通过煤粉、催化剂和落剂油按照一定比例混合制成,工艺中对油渫
浆比例有着严格要求。因此渫粉及催化剂的精确计量和给料,对于油煤浆的精确配比起着至关重要的作
用。阐述了科里奥利力与粉体质量的关系,并分析了科里奥利质量流量计的结构及エ作原理。同时结合
称重及给料系统的控制原理,论述了科里奥利质量流量计如何满足精确计垽的要求。另外,对给籵设备
在现场中出现的问题从原理上进行了分析,并给出了实际的改造方案。
关键词:科里奥利质量流量计给料设备PID调节粉体喷流现象
针对我国石油资源相对短缺,煤炭资源丰富
M一扭矩,N·m;
的现状,以煤作为替代原料的煤液化、煤化工项目
R半径,m。
已逐渐从试验阶段走向工业化阶段。
F
1科里奥利质量流量计基本原理及结构
科里奥利力是以牛顿力学为基础,1835年由
法国气象学家科里奥利提出,为了描述旋转体系
的运动,需要在运动方程中引入一个假想的力,当
个质点相对于惯性系做直线运动时,相对于旋
转体系,其轨迹是一条曲线。旋转体系认为有一
图1科里奥利原理示意
个力驱使质点运动轨迹形成曲线,这个力就是科
科里奧利计量原理为工业生产中的固体物料
里奥利力(以下简称科氏力)。如图1所示,在离质量测量提供了一个简单易行的方法,图2展示
心力的作用下物体将沿径向运动,同时由于科氏了科里奥利质量流量计的内部结构:在流量计内
力(F)的作用,物体将沿切向运动,当旋转体系的部设有一恒速回转的测量盘,盘上有径向分布的
角速度一定时,科氏力F与物体的质量成正比
叶片。来自稳流给料设备的粉料进入流量计,落
トー
F=2m(av)
到与驱动轴相连的测量盘中心,粉料在离心力的
式中:F科里奥利力,N;
作用下,由内向外运动。由于圆盘自身转动,粉料
mー一物体质量,kg;
与圆盘在切线方向上产生相对运动,在运动过程
の-一角速度,rad/s1-2(下同);
中粉料与叶片相接触,产生科氏力,此力对回转测
D物体径向速度,m/s。
量盘产生一个反作用运动力矩。通过与电机相连
科里奥利质量流量计应用了质点在均匀转动的扭矩传感器测出该力矩,由公式(2)即可得到粉
参照系中作相对运动时受到科里奥利力作用的力
学原理,通过检测科氏力的力矩来获得物体质量
收稿日期:2015-04
流量。
作者简介:白亮,男,2007年毕业于西安交通大学工业
P=M/(OR
(2)
工程专业,茨工学和管理学双学士学位,工程师,主要
式中:Pー一给料量,レh
从事石油化工动设备的设计工作。联系电话:010
84875032;E-mail:bailiang(@sei.com.cn
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石油化工设计
2015年第4期(第32卷)
料的质量流量。可以看出,利用科里奥利原理送至煤粉罐中,经过可调转速的螺旋给料器,煤粉
测量粉体质量不受粉体与测量盘摩擦力、粉体自进人科里奧利质量流量计进行称重,称重后的煤
身流速以及从给料设备进入流量计的落差所产生粉经旋转阀均匀输送至螺旋预混器,与中温溶剂
冲击的影响,可以保证很高的精度,在厂家给出的油按一定比例预混,得到符合反应要求的油煤浆。
技术参数中,科里奥利质量流量计的精度能够达
到±0.5%。
料仓
给料设备变
频电机调速
给料设备
科里奧利质
PLC进行
量流量计测
设定值
PID调节
得实际值
图3科里奥利称重系统工作示意
图2科里奥利质量流量计结构
煤粉料创
2科里奧利称重系统的工作流程和控制机理
螺旋给料器
科里奥利称重系统由科里奥利质量流量计、
科里奥利质量流量计
给料设备和控制系统3部分组成,给料设备可以
煤浆洗涤塔
选择容积式给料器(如行星给料器)、螺旋式给料
旋转阀图@像
温溶剂油
器(如螺旋输送器)、盘式水平给料器等。
温溶
剂油
系统运行时,如图3所示,根据重量控制系统
油煤浆预混器
的初始设定值,给料设备在设定转速下均匀给料,
粉料从给料设备进入科里奧利质量流量计的测量
热溶剂油
盘,由扭矩传感器测出测量盘受到的实时扭矩,并
油煤浆混合
将该信号发给PLC(可编程序控制器)进行数据处
理。PLC通过对扭矩、转速信号进行数据比较、信
号放大等逻辑运算,得到粉料的瞬时流量值,由瞬
图4备煤单元控制流程示意
时流量值进行预设定参数积分,得到平均值。根
3.2流量计在备媟单元的控制流程
椐粉体堆积比确定其BD值(流量与速度的比),
备煤单元的最终目的是要制备符合工艺要求
将平均值乘与BD修正系数计算后得出实际流量的油煤浆,煤浆制备最终在煤浆混合罐中完成,然
值。用实际流量值与设定值比较就能确定出偏差后根据下游工段的处理量情况将制备后的煤浆输
值,控制系统根据此数值进行PD(比例、积分、微送到下游工序,煤浆混合罐的液位通过调节进入
分)调节,发送调整信号改变给料设备转速,达到增搅拌系统的煤粉量及溶剂油量来控制,而溶剂油
加或减少给料量,使得系统的实际流量与设定流量的量又需与煤粉量成一定比例关系。煤粉流量的
趋于一致。进而实现系统的准确计量和定量给料。控制通过科里奥利质量流量计反馈给DCS,经过
DCS运算后向螺旋给料器发出可调节的转速信
3科里奥利质量流量计在备煤单元的应用
号,旋转阀和螺旋预混器的转速则根据DCS的信
3.1备煤单元工艺流程(见图4
号进行随动控制。
原煤首先经粉碎和干燥为粉状颗粒后,被输
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