摘要：為了研究電磁流量計在濃密膏體管道輸送應用時(shí)對其流量測試精度的影響因素，本文在循環(huán)管道試驗臺上對其進(jìn)行測試實(shí)驗，測量了不同濃度濃密膏體的管道輸送流量，并與稱(chēng)重法測試結果進(jìn)行對比以確定電磁流量計流量測試精度.同時(shí)利用參比電阻法測量不同質(zhì)量濃度下煤泥的電導率，提出了電磁流量計用于煤泥管道流量測試可用精度所對應的電導率以及質(zhì)量濃度閾值.結果表明，濃密膏體為煤泥時(shí)，推測當質(zhì)量濃度不高于63%，電導率不低于0.035mS/cm時(shí)，電磁流量計流量測試精度可靠；且濃度越低電導率越大時(shí)，電磁流量計測量效果越好。

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，新發(fā)展的輸送工藝技術(shù)為管道輸送。不管在工業(yè)現場(chǎng)還是實(shí)驗室管道輸送時(shí)，流量均是關(guān)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(gè)尚待解決的難題，管道輸送實(shí)驗中一般采用稱(chēng)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(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)在流體流量測試中被廣泛應用。隨著(zhù)電磁流量計的發(fā)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(shí)不可行，其原因現有文獻中尚沒(méi)有準確的解釋?zhuān)P者推測這可能與其濃度過(guò)大時(shí)電導率太低有關(guān)。本實(shí)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(shí)的流量，并與稱(chēng)重法測量結果相對比，得到煤泥在管道輸送時(shí)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(chǎng)應用也具有很重要的指導意義。

1 測試原理及實(shí)驗步驟

1.1 電磁流量計原理

本文選用不同質(zhì)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(shí)驗原理如圖1）進(jìn)行管道輸送實(shí)驗。電磁流量計根據電磁感應原理測量流過(guò)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(huì )產(chǎn)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(chǎng)強度為B的磁場(chǎng)中切割磁力線(xiàn)時(shí)，在線(xiàn)形長(cháng)度為L(cháng)的a和b兩點(diǎn)之間會(huì )產(chǎn)生感應電動(dòng)勢，為

圖1 液壓與流變試驗臺實(shí)驗原理圖

圖2 電磁流量計測量原理示意圖

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

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(zhì)量濃度下煤泥的電阻率。*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(cháng)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

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*之間的距離。

采用四相電*參比電阻法測量煤泥電阻率，設計實(shí)驗電路如圖3所示。實(shí)驗步驟如下：①*先測量絕緣料筒內徑及長(cháng)度。用游標卡尺多次從不同角度測量絕緣料筒的內徑及長(cháng)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(shí)驗電路。④利用萬(wàn)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(shí)驗步驟。

圖3 四相電*參比電阻法測量煤泥電阻率實(shí)驗電路

2 實(shí)驗數據及分析

2.1 煤泥電導率實(shí)驗數據及分析

根據測量得到的數據，以煤泥的質(zhì)量濃度作橫坐標，相應質(zhì)量濃度煤泥的電導率作縱坐標，繪出煤泥電導率與其質(zhì)量濃度的關(guān)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(guān)系圖（如圖5）。

圖4 不同電壓下煤泥電導率隨質(zhì)量濃度的變化曲線(xiàn)

圖5 不同質(zhì)量濃度下煤泥電導率隨電壓的變化曲線(xiàn)

圖4的電導率變化曲線(xiàn)表明，隨著(zhù)煤泥質(zhì)量濃度的增大，其電導率逐漸降低，并在質(zhì)量濃度為66%時(shí)相交于一點(diǎn)；圖5的電導率變化曲線(xiàn)表明，隨著(zhù)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(xiàn)整體呈下降趨勢，說(shuō)明電導率隨著(zhù)煤泥質(zhì)量濃度的增大而減小。當質(zhì)量濃度低于63%時(shí)，不同電壓下電導率隨質(zhì)量濃度變化基本成平行關(guān)系，說(shuō)明電導率與質(zhì)量濃度和電壓成一定的線(xiàn)性關(guān)系；當質(zhì)量濃度為63%～66%時(shí)，電導率與質(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；當質(zhì)量濃度大于66%時(shí)，電導率隨其增加顯著(zhù)下降，但是曲線(xiàn)較為復雜，不易判斷其相互關(guān)系，將用稱(chēng)重法進(jìn)行相應的驗證。②圖5曲線(xiàn)整體呈上升趨勢，說(shuō)明電導率隨電壓的增大而增大。相比電導率隨質(zhì)量濃度的變化，其增大幅度較小。當質(zhì)量濃度由61.38%上升到63.20%即增大了1.82%時(shí)，電導率增大了0.03mS/cm，而當質(zhì)量濃度由63.20%增大到66.25%即增大了3.05%時(shí)，電導率卻增加了不到0.01mS/cm。說(shuō)明質(zhì)量濃度低于63.20%時(shí)，電導率變化較明顯；當質(zhì)量濃度為66.25%時(shí)，電導率為恒定值0.033mS/cm。

2.2 電磁流量計實(shí)驗數據及分析

*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(shí)，電磁流量計測量由大到小的3種質(zhì)量濃度分別為73%，69%，63%的煤泥的實(shí)時(shí)數據曲線(xiàn).由圖可見(jiàn)濃度較高時(shí)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(dòng)性非常好時(shí)測量數值較為穩定.圖7是質(zhì)量濃度為63%時(shí)電磁流量計的3次測試曲線(xiàn)，可見(jiàn)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(zhì)量濃度低于63%時(shí)，電導率較大，且不同質(zhì)量濃度下電導率變化穩定。故推測當質(zhì)量濃度低于63%，電導率高于0.035mS/cm時(shí)，電磁流量計應用于煤泥管道輸送時(shí)數據準確性較高。

圖6 質(zhì)量濃度分別為73%，69%，63%的電磁流量計測試曲線(xiàn)

圖7 質(zhì)量濃度為63%時(shí)電磁流量計的3次測試曲線(xiàn)

其次提取電磁流量計的流速數據換算并積分后與稱(chēng)重質(zhì)量進(jìn)行對比，分析其數據誤差，結果如表1?？梢酝ㄟ^(guò)電磁流量計積分后的總流量與稱(chēng)重數據的吻合程度來(lái)分析，若二者吻合較好則說(shuō)明電磁流量計在線(xiàn)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(shuō)明電磁流量計不適合對較高質(zhì)量濃度煤泥進(jìn)行測量.從表1可以看出電磁流量計在質(zhì)量濃度為69%，73%時(shí)誤差較大，故測量不準確；在質(zhì)量濃度為63%時(shí)測量誤差較小，說(shuō)明其測量較準確.該對比實(shí)驗與之前的重復性分析相符，說(shuō)明用質(zhì)量濃度及電導率來(lái)評價(jià)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(zhì)量流量與稱(chēng)重質(zhì)量的對比

3 結論

本文通過(guò)對煤泥的電導率及電磁流量計管道輸送流量的測量，得出以下結論：

1）煤泥的電導率數值隨其質(zhì)量濃度的降低而增大，并且在一定范圍內隨質(zhì)量濃度的變化效果更明顯.且電磁流量計不適合較高質(zhì)量濃度煤泥管道流量的測量，但在較低濃度測量時(shí)重復性良好，測量結果準確可信，且濃度越低，測量效果越好。

2）電磁流量計在濃密膏體管道流量測量中能否應用與其電導率及濃度有關(guān)系.電導率越大，電磁流量計測量效果越好.應用于煤泥時(shí)，得出當質(zhì)量濃度上限值為63%，電導率下限值為0.035mS/cm時(shí)，電磁流量計可用于測其流量。

3）通過(guò)對煤泥的研究，可以推測當電磁流量計應用于赤泥、電石泥、污泥等其它濃密膏體的管道輸送時(shí)，也應有相應的濃度及電導率閾值，其數值可通過(guò)試驗獲得。