摘要：為了研究電磁流量計(jì)在濃密膏體管道輸送應(yīng)用時(shí)對(duì)其流量測(cè)試精度的影響因素，本文在循環(huán)管道試驗(yàn)臺(tái)上對(duì)其進(jìn)行測(cè)試實(shí)驗(yàn)，測(cè)量了不同濃度濃密膏體的管道輸送流量，并與稱(chēng)重法測(cè)試結(jié)果進(jìn)行對(duì)比以確定電磁流量計(jì)流量測(cè)試精度。同時(shí)利用參比電阻法測(cè)量不同質(zhì)量濃度下煤泥的電導(dǎo)率，提出了電磁流量計(jì)用于煤泥管道流量測(cè)試可用精度所對(duì)應(yīng)的電導(dǎo)率以及質(zhì)量濃度閾值。結(jié)果表明，濃密膏體為煤泥時(shí)，推測(cè)當(dāng)質(zhì)量濃度不高于63%，電導(dǎo)率不低于0.035mS/cm時(shí)，電磁流量計(jì)流量測(cè)試精度可靠；且濃度越低電導(dǎo)率越大時(shí)，電磁流量計(jì)測(cè)量效果越好。

高濃度黏稠固體廢棄物，是指工業(yè)生產(chǎn)及市政污水處理過(guò)程中產(chǎn)生的含固量高、粘度大、顆粒細(xì)的固-液兩相廢棄物或副產(chǎn)品，由于其常溫常壓下流動(dòng)性較差，在高壓管道輸送時(shí)為“不沉降似均質(zhì)濃密膏體”，因此亦稱(chēng)濃密膏體。包括煤炭行業(yè)的煤泥、給排水行業(yè)的脫水污泥、制造行業(yè)的工業(yè)污泥、石化行業(yè)的油渣和油泥等，涉及二十余個(gè)行業(yè)。就上述濃密膏體而言，目前較常用的無(wú)害化、資源化處置方式有焚燒、燃燒發(fā)電、土地資源化利用以及填埋等。無(wú)論采用哪種無(wú)害化、資源化處置方法，輸送均為必不可少的環(huán)節(jié)，新發(fā)展的輸送工藝技術(shù)為管道輸送。不管在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)還是實(shí)驗(yàn)室管道輸送時(shí)，流量均是關(guān)鍵參數(shù)，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(cè)試是一個(gè)尚待解決的難題，管道輸送實(shí)驗(yàn)中一般采用稱(chēng)重法測(cè)量，但該方法測(cè)試步驟繁瑣。而電磁流量計(jì)的測(cè)量不因流體密度、粘度、溫度、壓力、電導(dǎo)率和雷諾數(shù)變化，沒(méi)有阻流件，也不會(huì)在高流速情況下產(chǎn)生氣蝕，近年來(lái)在流體流量測(cè)試中被廣泛應(yīng)用。隨著電磁流量計(jì)的發(fā)展，現(xiàn)已可測(cè)量電導(dǎo)率閾值更低的液體，而當(dāng)濃密膏體濃度較高時(shí)不可行，其原因現(xiàn)有文獻(xiàn)中尚沒(méi)有準(zhǔn)確的解釋?zhuān)P者推測(cè)這可能與其濃度過(guò)大時(shí)電導(dǎo)率太低有關(guān)。本實(shí)驗(yàn)先使用電磁流量計(jì)測(cè)量一定電導(dǎo)率范圍的煤泥在管道輸送時(shí)的流量，并與稱(chēng)重法測(cè)量結(jié)果相對(duì)比，得到煤泥在管道輸送時(shí)電導(dǎo)率及濃度的閾值，為今后電磁流量計(jì)應(yīng)用于其它濃密膏體管道輸送的流量測(cè)量提供依據(jù)，對(duì)其現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用也具有很重要的指導(dǎo)意義。

1、測(cè)試原理及實(shí)驗(yàn)步驟

1.1 電磁流量計(jì)原理

本文選用不同質(zhì)量濃度的煤泥在裝有電磁流量計(jì)的液壓與流變?cè)囼?yàn)臺(tái)上(實(shí)驗(yàn)原理如圖1)進(jìn)行管道輸送實(shí)驗(yàn)。電磁流量計(jì)根據(jù)電磁感應(yīng)原理測(cè)量流過(guò)管道中導(dǎo)電流體的流量，故使用電磁流量計(jì)的前提是被測(cè)流體必須導(dǎo)電，且電導(dǎo)率不能低于閾值(即下限值)。通用型電磁流量計(jì)的閾值在(5×10-6)S/cm～10-4S/cm之間，若電導(dǎo)率低于閾值會(huì)產(chǎn)生誤差甚至不能測(cè)量。根據(jù)電磁感應(yīng)原理(如圖2)，當(dāng)導(dǎo)電流體在磁場(chǎng)強(qiáng)度為B的磁場(chǎng)中切割磁力線(xiàn)時(shí)，在線(xiàn)形長(zhǎng)度為L(zhǎng)的a和b兩點(diǎn)之間會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，為

兩接收電*之間的距離L為已知常數(shù)，B為已知的磁場(chǎng)強(qiáng)度，故εab是單調(diào)函數(shù)，隨μ的變化而變化。而瞬時(shí)流量Q等于流速Q(mào)與導(dǎo)管截面積S(常數(shù))的乘積，故有

式中：K為儀器常數(shù)。因此，只要測(cè)得εab，即可求得對(duì)應(yīng)的流量Q。

1.2 煤泥電導(dǎo)率測(cè)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(cè)量不同質(zhì)量濃度下煤泥的電阻率。*先分別測(cè)出定值電阻R的兩端電壓U 0和絕緣料筒兩端的電壓U。由式(3)求得該長(zhǎng)度管道內(nèi)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(dǎo)率，即

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；U 0為定值電阻兩端的電壓；A為橫截面積；L為兩電*之間的距離。

采用四相電*參比電阻法測(cè)量煤泥電阻率，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)電路如圖3所示。實(shí)驗(yàn)步驟如下：

①*先測(cè)量絕緣料筒內(nèi)徑及長(zhǎng)度。用游標(biāo)卡尺多次從不同角度測(cè)量絕緣料筒的內(nèi)徑及長(zhǎng)度并記錄，分別取平均值。

②測(cè)量室內(nèi)溫度并記錄。

③取適量煤泥加入一定的水，充分?jǐn)嚢?，用含水率儀測(cè)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(shí)驗(yàn)電路。

④利用萬(wàn)用表分別測(cè)量500ψ電阻兩端和絕緣料筒兩端的電壓，待電壓穩(wěn)定后讀數(shù)并記錄。

⑤分別改變電源電壓和煤泥含水率，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)步驟。

2、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及分析

2.1 煤泥電導(dǎo)率實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及分析

根據(jù)測(cè)量得到的數(shù)據(jù)，以煤泥的質(zhì)量濃度作橫坐標(biāo)，相應(yīng)質(zhì)量濃度煤泥的電導(dǎo)率作縱坐標(biāo)，繪出煤泥電導(dǎo)率與其質(zhì)量濃度的關(guān)系圖(如圖4)。再以電壓為橫坐標(biāo)，相應(yīng)電壓下煤泥的電導(dǎo)率為縱坐標(biāo)，繪出電壓與電導(dǎo)率的關(guān)系圖(如圖5)。

圖4的電導(dǎo)率變化曲線(xiàn)表明，隨著煤泥質(zhì)量濃度的增大，其電導(dǎo)率逐漸降低，并在質(zhì)量濃度為66%時(shí)相交于一點(diǎn)；圖5的電導(dǎo)率變化曲線(xiàn)表明，隨著電壓的增大，電導(dǎo)率有逐漸增大趨勢(shì)。分析圖4與圖5可得到以下結(jié)論：

①圖4曲線(xiàn)整體呈下降趨勢(shì)，說(shuō)明電導(dǎo)率隨著煤泥質(zhì)量濃度的增大而減小。當(dāng)質(zhì)量濃度低于63%時(shí)，不同電壓下電導(dǎo)率隨質(zhì)量濃度變化基本成平行關(guān)系，說(shuō)明電導(dǎo)率與質(zhì)量濃度和電壓成一定的線(xiàn)性關(guān)系；當(dāng)質(zhì)量濃度為63%～66%時(shí)，電導(dǎo)率與質(zhì)量濃度成一定線(xiàn)性關(guān)系，而與電壓不成線(xiàn)性關(guān)系，仍有一定的下降梯度；當(dāng)質(zhì)量濃度大于66%時(shí)，電導(dǎo)率隨其增加顯著下降，但是曲線(xiàn)較為復(fù)雜，不易判斷其相互關(guān)系，將用稱(chēng)重法進(jìn)行相應(yīng)的驗(yàn)證。

②圖5曲線(xiàn)整體呈上升趨勢(shì)，說(shuō)明電導(dǎo)率隨電壓的增大而增大。相比電導(dǎo)率隨質(zhì)量濃度的變化，其增大幅度較小。當(dāng)質(zhì)量濃度由61.38%上升到63.20%即增大了1.82%時(shí)，電導(dǎo)率增大了0.03mS/cm，而當(dāng)質(zhì)量濃度由63.20%增大到66.25%即增大了3.05%時(shí)，電導(dǎo)率卻增加了不到0.01mS/cm。說(shuō)明質(zhì)量濃度低于63.20%時(shí)，電導(dǎo)率變化較明顯；當(dāng)質(zhì)量濃度為66.25%時(shí)，電導(dǎo)率為恒定值0.033mS/cm。

2.2 電磁流量計(jì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及分析

*先分析電磁流量計(jì)流速數(shù)據(jù)的重復(fù)性。圖6是當(dāng)管內(nèi)流速為0.1m/s(即濃密膏體輸送流速下限)時(shí)，電磁流量計(jì)測(cè)量由大到小的3種質(zhì)量濃度分別為73%，69%，63%的煤泥的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)曲線(xiàn)。由圖可見(jiàn)濃度較高時(shí)電磁流量計(jì)難以測(cè)出穩(wěn)定的流速數(shù)值，而當(dāng)濃度較低且煤泥流動(dòng)性非常好時(shí)測(cè)量數(shù)值較為穩(wěn)定。圖7是質(zhì)量濃度為63%時(shí)電磁流量計(jì)的3次測(cè)試曲線(xiàn)，可見(jiàn)其重復(fù)性良好，故測(cè)量結(jié)果可信。相比較煤泥電導(dǎo)率的測(cè)試結(jié)果，可以看出當(dāng)質(zhì)量濃度低于63%時(shí)，電導(dǎo)率較大，且不同質(zhì)量濃度下電導(dǎo)率變化穩(wěn)定。故推測(cè)當(dāng)質(zhì)量濃度低于63%，電導(dǎo)率高于0.035mS/cm時(shí)，電磁流量計(jì)應(yīng)用于煤泥管道輸送時(shí)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性較高。

其次提取電磁流量計(jì)的流速數(shù)據(jù)換算并積分后與稱(chēng)重質(zhì)量進(jìn)行對(duì)比，分析其數(shù)據(jù)誤差，結(jié)果如表1?？梢酝ㄟ^(guò)電磁流量計(jì)積分后的總流量與稱(chēng)重?cái)?shù)據(jù)的吻合程度來(lái)分析，若二者吻合較好則說(shuō)明電磁流量計(jì)在線(xiàn)測(cè)量數(shù)據(jù)顯示雖然可能受到氣泡的影響，但是總流量可以準(zhǔn)確測(cè)量；若二者相差較大，則說(shuō)明電磁流量計(jì)不適合對(duì)較高質(zhì)量濃度煤泥進(jìn)行測(cè)量。從表1可以看出電磁流量計(jì)在質(zhì)量濃度為69%，73%時(shí)誤差較大，故測(cè)量不準(zhǔn)確；在質(zhì)量濃度為63%時(shí)測(cè)量誤差較小，說(shuō)明其測(cè)量較準(zhǔn)確。該對(duì)比實(shí)驗(yàn)與之前的重復(fù)性分析相符，說(shuō)明用質(zhì)量濃度及電導(dǎo)率來(lái)評(píng)價(jià)電磁流量計(jì)測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性有一定的可行性。

3、結(jié)論

本文通過(guò)對(duì)煤泥的電導(dǎo)率及電磁流量計(jì)管道輸送流量的測(cè)量，得出以下結(jié)論：

1)煤泥的電導(dǎo)率數(shù)值隨其質(zhì)量濃度的降低而增大，并且在一定范圍內(nèi)隨質(zhì)量濃度的變化效果更明顯。且電磁流量計(jì)不適合較高質(zhì)量濃度煤泥管道流量的測(cè)量，但在較低濃度測(cè)量時(shí)重復(fù)性良好，測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確可信，且濃度越低，測(cè)量效果越好。

2)電磁流量計(jì)在濃密膏體管道流量測(cè)量中能否應(yīng)用與其電導(dǎo)率及濃度有關(guān)系。電導(dǎo)率越大，電磁流量計(jì)測(cè)量效果越好。應(yīng)用于煤泥時(shí)，得出當(dāng)質(zhì)量濃度上限值為63%，電導(dǎo)率下限值為0.035mS/cm時(shí)，電磁流量計(jì)可用于測(cè)其流量。

3)通過(guò)對(duì)煤泥的研究，可以推測(cè)當(dāng)電磁流量計(jì)應(yīng)用于赤泥、電石泥、污泥等其它濃密膏體的管道輸送時(shí)，也應(yīng)有相應(yīng)的濃度及電導(dǎo)率閾值，其數(shù)值可通過(guò)試驗(yàn)獲得。