水煤浆粘度是气化炉运行中很重要的一项工艺指标，正常控制在700——1300mPa·S的范围内。煤浆粘度值低，煤浆不稳定，易分层生成沉淀，容易堵塞管道，影响生产的正常运行；煤浆粘度值高，煤浆管道阻力大，煤浆泵输送量受限，易造成跳车，同样会影响合成氨的稳定运行。我们实验室测定水煤浆粘度是利用美国BROOKFIELD 公司的LVT型旋转粘度计，在转速60r/min 条件下进行测定。在实际工作中，我们发现粘度测定值与测定时间、测量锤旋转速度、不同型号粘度计等有关。为此，笔者通过大量实验，研究和讨论读数时间、测量锤种类及转速以及不同型号粘度计对水煤浆粘度测定值的影响，从而使实验室测定水煤浆粘度时能准确把握测定条件，排除干扰因素，使粘度测定值准确可靠，正确指导合成氨气化装置生产。此外，在实际工作中，有时出现水煤浆调制异常，工艺人员需要从惠生等兄弟厂家了解数据或送样测定，本文通过实验探讨了不同实验室之间粘度数据比较的可行性，确定了比较的前提和条件，避免了不同实验室粘度数据比较中可能犯的错误。

通过实验研究和讨论读数时间、测量锤种类及转速以及不同型号粘度计对水煤浆粘度测定值的影响，从而使实验室测定水煤浆粘度时能准确把握测定条件，排除干扰因素，使粘度测定值准确可靠。同时，通过实验探讨了不同实验室之间粘度数据比较的可行性，确定了比较的前提和条件，避免了不同实验室粘度数据比较中可能犯的错误。

首先通过调节粘度计底座的三个水平螺丝使粘度计水平，旋上选定的测量锤，再将搅拌均匀的水煤浆样品置于测量锤的正下方，逆时针转动升降旋钮使粘度计测量头下降，下降位置以样品液面达到测量锤凹槽为准。接通粘度计电源，转动粘度计顶部的速度旋钮选择测量锤转速，在规定的时间按下传动器杆锁定弹簧的偏转角度，再按下马达按钮暂停马达的旋转，记下指针在刻度盘上的扭矩读数，再乘以测量锤型号和转速组合对应的因子即得到相应的粘度值（mPa·S）。

根据日常检测实践经验，在测定过程中水煤浆的粘度难以达到一个稳定值，随着时间的流逝，粘度值呈不断下降趋势。笔者通过实验，用具体数据形象描述粘度与读数时间的关系，从中选择合适的读数时间。实验选择用3号测量锤，转速选择在60RPM,在不同的时间间隔读取扭矩值，扭矩值乘以系数20即得粘度值。

表1 不同读数时间下的粘度值

读数时间/S	10	20	30	50	70	90	110	130	150	170
扭矩值/%	75.0	68.5	64.5	59.5	57.0	55.0	53.0	52.0	51.0	50.0
粘度值/mPa·S	1500	1370	1290	1190	1140	1100	1060	1040	1020	1000

可以看出，在水煤浆（浓度60%左右）的粘度测定过程中，随着测量锤在样品中以某一速度不停转动，测定值呈现连续下降趋势，且无平缓之态，为使粘度测定有一个相对比较的依据，选择一个适宜的读数时间供今后测定遵守非常重要。根据粘度计测定原理，允许测定锤在样品中转动一段时间使测量锤受力稳定是必须的，换句话说，使标准弹簧所受扭力稳定；另一外面，根据图1可知，粘度值随时间流逝呈大幅下降毫无暂缓之势，从标准弹簧所受扭力稳定和工作效率方面考虑，确定读数时间为20秒，后面的实验数据都以此为准。

表2 不同测量锤不同转速下的粘度测定值（mPa·S）

测量锤型号	转速/RPM
测量锤型号	0.3	0.6	1.5	3	6	12	30	60
#2	13300	11900	11060	9100	超量程	超量程	超量程	超量程
#3	低下限	低下限	10400	6800	5400	3450	2140	1620
#4	低下限	低下限	低下限	低下限	3000	2750	1600	950

BROOKFIELD LVT粘度计共有0.3，0.6，1.5，3，6，12，30，60共8种测量锤转速选择，共有、#2、#3、共4种测量锤，测量锤号数越大，几何尺寸越小，#4测量锤最小，#1测量锤最大。测量锤尺寸越大，在样品中剪切时遇到的阻力越大；转速越大，受到的阻力越大。由此可知，#1测量锤在各种速度下均超量程，无法测定；#2测量锤仅能在0.3，0.6，1.5，3四种低速下实验；#3测量锤则在0.3，0.6RPM转速下受到的阻力太小，低于测量下限（10%扭矩），灵敏度太低，误差大；#4测量锤比#3测量锤受到的阻力更小，在0.3，0.6，1.5，3，6四种转速下均远低于测定下限（10%扭矩）。

从表2数据可以看出，测量锤尺寸越大，测得的粘度值越高；测量锤尺寸越小，测量的粘度数据越小。转速不同，粘度数值不同，且随着转速的增加，粘度数据呈下降趋势。

将从生产装置取来的水煤浆样经搅拌均匀后倒入1000mL烧杯中，将盛装水煤浆的烧杯放入可调温的水浴锅中。调节水浴锅温度设置，使水浴锅温度略高于要测定的水煤浆温度，适当搅拌促进传热，用一支精度为0.1℃温度计测定水煤浆温度，达到预定的温度后，在搅拌均匀的前提下立即放入测量锤，按粘度计操作步骤进行测定，记下扭矩值，换算成粘度值。

表3 不同温度下的粘度测定值（mPa·S）

平行测定	温度/℃
平行测定	20	30	40	50	60	65	70
第一次	1260	1020	810	760	700	740	750
第二次	1275	1030	800	770	720	750	760

从表3数据和图3曲线可以看出，在20－60℃之间，水煤浆粘度值随着温度的升高明显降低，但在60℃以上时，粘度值则呈现不降反而有所升高的状况，同时实验过程中发现此时水煤浆的外观状态也有所变化，呈凝聚团状的不稳定状态。

RVDV-Ⅱ+是数显粘度计，输入测量锤编号后，测定时可在LED屏上直接读出剪切速率、剪切应力、扭矩百分数和粘度四种数值中的任一种。在RVDV-Ⅱ+粘度计操作手册中介绍了这四种值的相互关系，其中的粘度计算公式为：

,其中TK为扭矩系数，RVDV-Ⅱ+的TK为1；SMC为测量锤倍率常数，SC4-21测量锤为5，SC4-21测量锤为25；RPM为测量锤转速，转/分钟；这个公式的应用前提是在小样品套管和加热器（Small Sample Adapter and Thermosel）中测定物粘度，这时，小样品套管的几何尺寸都是已知和规定的（内径为19.05mm，深度为64.77mm），与之相关的剪切速率常数也是确定的（SC4-21测量锤为0.93，SC4-21测量锤为0.34），而粘度值计算中的测量锤倍率常数SMC与剪切速率常数SRC密切相关。而水煤浆粘度测定由于颗粒沉降明显测定前必须临时充分搅拌，所以不适宜在小样品套管中测定，而要在1000mL左右的烧杯中测定，这时上述公式和系数不能应用，LED屏上的粘度值和剪切速率是不正确的，那么，这时粘度值应该怎样计算得到？

在BROOKFIELD公司的出版物<MORE SOLUTIONS TO STICKY PROBLEMS>中介绍了圆柱型测量锤的相关公式：

,其中Rb为测量锤半径，cm；L为测量锤有效长度，cm；

，其中Rc为容器内半径，cm；对于1000mL烧杯，

近似等于2，则剪切速率≈0.209×RPM；

；综上所述，在1000mL左右烧杯中而非小样品套管中测定时，应当读取扭矩百分数或剪切应力，再根据上述公式计算出粘度值。

两种粘度计实测值比较

表4 两种粘度计实测值比较（mPa·S）

粘度计型号	测量锤编号	转速/RPM
粘度计型号	测量锤编号	6	12	30	60
RVDV-Ⅱ+	SC4-21	12478	7937	4732	3244
RVDV-Ⅱ+	SC4-27	9977	5532	2866	1868
LVT	#3	5400	3450	2140	1620
LVT	#4	3000	2750	1600	950

结论

⑴ 因水煤浆颗粒较粗，重力作用下降明显，所以粘度测定前必须充分搅拌，且要严格遵守规定的读数时间，保证测定时读数时间的一致，便于不同分析者、不同实验室之间的数据比较；

⑵ 温度对水煤浆的粘度有较大影响。LVT型粘度计、#3测量锤、60RPM的条件下，20℃时为1260mPa·S，30℃时为1020mPa·S，40℃时为810mPa·S，50℃时为760mPa·S，60℃以上时物料内部发生物理变化。粘度值出现不降反升现象，所以，水煤浆粘度的测定要在一个可精确控制温度的水浴锅中进行，控制温度在20-50℃之间的某一个温度。

⑶ 水煤浆属于复杂的多相悬浮体系，是一种非牛顿流体，不服从牛顿内摩擦定律，其粘度与剪切应力和剪切速率有关。测量锤不同，粘度值不同，且测量锤几何尺寸越大，粘度测定值越高；剪切速率越快，粘度值越低，所以，对于水煤浆粘度的测定，必须要固定测定锤种类及其转速。

⑷ 使用RVDV-Ⅱ+粘度计在1000mL左右的烧杯而非小样品套管中测定时不能直接读LED屏上的粘度值和剪切速率，要读取扭矩百分数或剪切应力，再根据公式计算出粘度值。

⑸ 对于不同的粘度计，使用各自的测量锤，即使在同一剪切速率下，各粘度值也呈较大差异，没有一个趋向稳定值，不好相互比较评判。

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