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差压变送器在界面测量中的运用
点击次数:416 发布时间:2015-09-01

  石油、化工、医药等行业中经常使用各种塔、槽、罐、反应釜等容器来储存生产过程中使用的反应物、采集物和生成物,这类介质通常没有固定的形态(一般多为气体或液体等流体) ,也经常是多种介质的混合物,其中,不相溶的流体混合物在容器中通常会以分层形式存在,要了解混合物组成情况、对生产过程进行控制,需要测量分层流体的分界面位置。
但由于这些容器通常为封闭容器,其中的化工物料也通常具有毒性、腐蚀性或具有较高的危险性(如易燃易爆等) ,有些对储存环境也有严格的要求,借助常用工具对分界面进行人工测量显然是不现实的。
1 现状调查
目前,测量这类容器内介质的分界面的一般方法是采用磁浮式液位计,使用密度位于上层流体密度和下层流体密度之间的浮子,使得浮子漂浮在分界面处,通过测量浮子位置得到各分界面位置。这种测量方法要求分界面上下介质的密度差异大、介质洁净,对浮子材质要求也较高(介质通常具有较强的腐蚀性) ,为便于测量浮子体积不能太小。这种测量方法通常采用顶装式安装,而这种方式zui大的特点就是对其日常维护极为不便。在设备运行时,对于容器内分界面上下介质密度差异较小、介质特性复杂(如具有强腐蚀性等)时,磁浮式液位计正好会出现各种问题,在实际生产中经常出现测量不正常时不能维修的情况。因此这种测量方法在生产中形同虚设,不但不能给生产带来方便,还给仪表维护单位增加不少工作,甚至可能会给工艺造成误操作。
另外一个对分界面的测量方法是采用雷达液位计,通过识别各分界面处反射的雷达波来测定分界面位置。此测量方法要求分界面上下介质的介电常数差异大,在雷达液位计安装完毕后须通过其软件对雷达液位计进行滤波调试,对于分界面上下介电常数差异小的介质调试很难成功。对于具有腐蚀性的介质界面测量,雷达液位计还须选用防腐性雷达液位计。可见,对于分界面的测量(特别是对介质介电常数差异小或具有腐蚀性介质) ,采用雷达液位计不但投资大,而且存在调试不成功而不能测量的风险。
综上所述,我们可以看出以上两种对于容器内界面的测量方法,在实际的生产过程中均各自存在较大的弊端。对于容器内分界面的测量,两种测量方法对于介质的要求都非常苛刻,且具有投资大和有不能正常测量风险存在的特点。对于存在于容器内的两种介质密度差异小、介电常数相差小、腐蚀性强的分界面测量,采用上述两种常规的直接测量方法很难达到真正的测量目的。在实际生产中我们应用目前自动化行业的先进技术通过多次实验,针对现场特定条件提出了一种通过差压变送器测量上下界面压差,间接测量容器内界面的方法。在实际的生产测量中在我单位已广泛使用,深受使用单位的欢迎。
2 工作原理
2.1 原理及方法
针对现有技术的缺点,根据物理力学理论基础,结合现场工艺的特殊性,提出了对充满容器内两介质分界面测量的新思路。即通过差压变送器对容器内界面上下固定两点间压差的测量,再利用目前控制系统(DCS或PLC等)的可编程技术,计算出容器内分界面的具体位置。根据力学有所不同我们知道:界面上下介质密度的不同,如果分界面上下介质在固定区间内所占比例不同,区间内的压差值则不同,且存在一定的数学关系。经过推理和不断实践,我们实现了对存在于容器内的两种介质密度差异小、介电常数相差小、腐蚀性强、测量精度要求高、工艺介质特性复杂的分界面测量。
2.2 原理图标注说明
1:容器;
2:容器内介质1,密度为ρ 1 ;
3:容器内介质2,密度为ρ 2 ;
4:容器上部取压口(变送器负压) ;
5:容器下部取压口(变送器正压) ;
6:差压变送器(法兰式) ;
7:容器上部进料口;
8:容器下部进料口;
9:容器上部出料口;
10:容器下部出料口;
H:变送器正、负取压口间距(固定距离) ;
h 1 :容器上部取压口距界面距离;
h 2 :容器下部取压口距界面距离。
注:图中容器内横线表示界面以上介质、斜线表示界面以下介质。
3 技术方案
为实现上述目的,采用如下技术方案:
差压变送器的选用及安装调试
差压变送器的此装置中的作用是:在生产过程中检测出容器正、负取压口间的压差值。在这种特殊条件下差压变送器选用法兰式智能差压变送器,以避免其负压带来其它外界干扰因素。变送器的安装方式为法兰连接,变送器的量程设置为ρ 2 gH(单位为Pa) 。变送器的标定方法是:按原理图在容器上安装后,在变送器正负压受力为零的条件下,通过手操器(带HART协议功能)对其零位和量程进行设定,主要目的是迁移变送器毛细管内硅油给其负压室带来的固定压力。
主要计算设备介绍及实现方法根据各单位实际情况可采用集散控制系统(DistributedControl System)或可编程逻辑控制器 PLC(ProgrammableLogic Controller)采集现场变送器输出信号(4~20mA) 。利用系统的可编程功能可计算出容器内介面的具体位置。由原理图可得已知条件:差压变送器测量的容器上下差压 Δ Pa、变送器正负压间距离H、分界面上层介质2的密度ρ 1 、分界面下层介质3的密度ρ 2 。由原理图不难得出如下公式:
Δ Pa=ρ 1 gh 1 +ρ 2 gh 2 (1)
由原理图可知:H=h 1 +h 2 (2)
由式(1) 、式(2)得:
Δ Pa=ρ 1 g(H-h 2 )+ρ 2 gh 2 =ρ 1 gH+gh 2 (ρ 2 -ρ 1 )
H变送器正负压间距离;
ρ 1 表示分界面上介质密度;
ρ 2 表示分界面下介质密度;
h 1 表示分界面上介质离界面高度;
h 2 表示分界面高度;
g为当地重力加速度常数。
由此可见,计算设备根据固定值H和 Δ Pa代入上下介质密度ρ 1 及ρ 2 计算,得出分界面高度h 2 。
此外,当被测介质具有较强腐蚀性时,在差压变送器应采用相对应的防腐双法兰差压变送器。就能够有效地解决该装置的抗腐蚀问题。对于测量要求高低用户可自由选用不同档次的变送器。
本方案测量原理简单、计算速度快、易于实现且对高度、体积和/或重量数据均可进行监控,可以根据工艺要求对容器内的两种液体介质进行方便的监控,从而对容器内的界面、液
位进行有效的控制。

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