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隔膜差压变送器在两级气柜液位计的运用
点击次数:3849 发布时间:2015-10-22

0、概 述
在我厂乙炔装置生产中,乙炔气柜、裂解气气柜是整个乙炔装置生产工艺的重要组成部分,气柜液位的测量带有高低连锁,是生产自动化控制中的重要环节。气柜液位计的测量稳
定,关系后系统运行的稳定,是一个关键的测量参数。
1、原液位测量方式
我厂乙炔装置中,气柜是湿气式气柜,设置水槽,采用水密封形式,柜体由两级塔组成,即钟罩(一塔) 、中节Ⅰ(二塔) ,柜体随着柜内气体容量的变化而升降。气柜液位的测量方法原采用的钢带式液位变送器来测量气柜液位。如图1。钢带式液位变送器包括钢带机构、位移传动机构、变送器三部分。液位计安装在气柜下,钢带机构中钢绳一端固定在气柜顶部,钢带机构中钢带另一端通过导轨与液位计连接。随着气柜的升降,钟罩带动钢带,钢带的移动带动了液位计中的位移传动机构,其中的传动齿轮将液位变化通过藕合器传递给变送器的电位器,由液位的变化引起的电阻值变化,产生4-20mADC输出,由此测得气柜液位。

钢带式液位计存在的问题:
(1)液位计随着液位升降,钢带反复拉动变送器的电位器轴旋转,导致电位器磨损、损坏,经常出现指示波动,致使液位计成为乙炔、裂解气柜正常工作的隐患。
(2)液位计钢带导管(钢管)突出空中过高,夏季雷雨期易成为雷击点,容易被雷击。
(3)传动机构经常卡涩。
(4) 气柜漂移、风吹等因素影响,钢绳容易脱轨,出现卡死。
(5)钢带式液位计结构复杂,采用的VAREC产品,备件周期长,价格昂贵,成本高。
针对以上问题,采取了措施进行处理:
(1)电位器更换,但使用半年之后,该出现又问题。
(2)在气柜顶部加装避雷针,并在变送器表壳安装防雷接地线,可以达到避雷效果。
(3)经常派人使用、扭动复位装置,并加油润滑。
(4)钢绳卡死后,大吊车,已经处理了3次,大吊车费用比较高。
(5)产品更换,用国产的相近代替,但是使用半年后出现上述第1项问题。
乙炔气柜、裂解气气柜是整个乙炔装置生产工艺的重要组成部分,气柜液位的测量带有高低连锁,是生产自动化控制中的重要环节。鉴于以上原因,我们对液位计进行改型,采用了单法兰隔膜差压变送器来测量。
2、现液位测量方式
2.1 差压变送器工作原理
来自双侧的压力直接作用于变送器传感器双侧隔离膜片上,通过膜片内的密封液(一般为硅油)传导至测量元件上,测量元件将测得的差压信号转换为与之对应的电信号传递给转
换器,经过放大等处理变为标准电信号(4-20mA DC的直流电流)输出。

变送器的差压公式:
ΔP=P + -P -
根据差压公式,只要有压差,那么差压变送器就可以正常工作了。
2.2 差压变送器测量液位
压力是垂直作用在物体单位面积上的力,物理学上称为压强,用P表示,单位为帕斯卡,用Pa表示。
液体压强产生的原因:是由于液体受到重力。
液体压强特点:(1)液体对容器底和壁都有压强,(2)液体内部向各个方向都有压强;(3)液体的压强随深度增加而增大,在同一深度,液体向各个方向的压强相等;(4)不同液体的压强还跟密度有关系。
液体压强计算公式:P=ρgh(ρ为液体密度,单位是千克/米3 ;g为9.8牛/千克;h为深度,指液体自由液到液体内部某点的竖直距离,单位是米) 。
根据液体压强公式可得,液体的压强与液体的密度和深度有关,而与液体的体积和质量无关。根据帕斯卡定律:液体的流动性,加在密闭液体任一部分的压强,必然按其原来的大
小,由液体向各个方向传递。则液体某一点压力的公式是P=P 0 +,P 0 为容器内压力,ρgh为液体压力。对于已知的液位,ρ、g为常数,P0不变,该点的压力(压强)就与液体高度有关,即压力(压强)随液体深度的增加而增大。如图3所示,液体内A、B、C三点,A、B点为同一深度,C点比A、B点深度要深,则三点的压力关系:A点压力P A =B点压力P B ,C点压力P C >A点压力P A 。

利用液体自身重力的影响,在不同高度的压力不同,产生压力差。用压力差来推算出液体的高度,这就是应用差压变送器来测量液体的液位。如图4所示。
变送器的差压公式:
ΔP=P + -P -P + =ρgh+P 0 ;P - =P 0
ΔP=P + -P - =ρgh+P 0 -P 0 =ρgh

由于化工工厂有些液体介质存在有毒、有害、易燃、易爆、易腐蚀等对人体伤害的性质,为了安全,则采用法兰隔膜将介质隔离,法兰与变送器之间有毛细管连接,毛细管内充满
硅油。测量液位的隔膜差压变送器类型:双法兰隔膜差压变送器、单法兰隔膜差压变送器等。
2.3 单法兰隔膜差压变送器的应用
在敞口容器中,测量液位多数采用单法兰隔膜差压变送器来测量,图5。变送器的差压公式:
ΔP=P + -P - ;P + =ρgh+ρ 硅油 gh 1 +P 大气压 ;P - =P 大气压ΔP=P + -P - =ρgh+ρ 硅油 gh 1在上述公式中,在液位高度h为零液位,差压值ΔP为ρ 硅油gh 1 ,不为零,这是由于毛细管内硅油液体压力的影响,这就需要迁移,目的是保证实际液位在零液位时,变送器输出也为零,迁移量为ρ 硅油 gh 1 。迁移量>0,为正迁移;迁移量<0,为负迁移。

从迁移量公式中得,由于硅油自重的影响,在零液位时,如果存在以下情况,则迁移量也有所不同:
(1)设定的零液位时法兰的安装高度不同。
(2)变送器安装位置高度发生变化。
(3)法兰随着设备安装高度升降,而变送器固定不动。为了进一步了解毛细管内硅油压力的作用,做一个这样的实验:
单法兰隔膜差压变送器固定好,负压侧与大气相通,正压侧与单法兰隔膜毛细管相连,电路部分连接好,用电流表串接在电流回路中检测变送器的输出。实验者手举单法兰上下移
动,差压变送器输出电流也跟着变化。这一实验表明,由于毛细管内硅油液体受到重力的作用,产生了液体压力,单法兰隔膜差压变送器在没有外加压力下,差压变送器的差压值由毛细管内硅油液体压力产生,并随着高度增加而增大。
利用这一实验,目前我厂采用单法兰隔膜差压变送器来测量气柜液位。安装如图6所示。
单法兰隔膜差压变送器固定在二级检修平台上,负压侧通大气,正压侧采用单法兰隔膜毛细管连接,法兰固定在钟罩顶部,变送器正压侧的压力即为毛细管内硅油自重产生的压力,隔膜随着气柜升降,差压变送器的输入压力也随之而变,产生4-20mADC输出,由此测得气柜液位。

变送器的差压公式:
ΔP=P + -P -
P + =ρ 硅油 gh+P 大气压
P - =P 大气压
ΔP=P + -P - =(ρ 硅油 gh+P 大气压 )-P 大气压 =ρ 硅油 gh我厂气柜液位测量高度为18米,则测量量程:
ΔP=ρ 硅油 gh=0.93*1000*9.8*18=164.052kPa硅油密度ρ取0.93*1000kg/m3,g~9.8牛/千克在液位高度h为零液位时,硅油自重的影响,差压值ΔP=ρ 硅油 gh 1 不为零,这就需要迁移,保证变送器输出为零。在气柜液位高度h为零液位时,法兰隔膜低于变送器安装位置,迁移量<0,需要负迁移。假如变送器固定在气柜液位的中点位置,h 1 =9米,迁移量=ρ 硅油 gh 1 =0.93*1000*9.8*(-9)=-82.026kPa,变送器的组态测量范围:-82.026~82.026kPa。
(1)单法兰隔膜差压变送器测量液位的要求:
①单法兰隔膜差压变送器需要定制,我厂采用的罗斯蒙特变送器,毛细管zui长长度为15米。由于气柜采用两节塔节,总高度到达20米,变送器只需安装在中间二级检修平台上,
这样就能满足气柜达到zui高、zui低时的长度要求。
②查询变送器厂家提供的相关详细资料,硅油密度要准确,不然影响测量,产生误差。
③设定变送器的测量范围时,需要先将变送器固定后再进行,并且需要和工艺人员沟通,确认气柜的中间高度。
④变送器的安装位置要选择在背风处,不要被风吹动,尽量使毛细管稳定,并且比较空旷的空间,使毛细管不要与周围框架绞缠。
⑤法兰隔膜的安装方向不要向上,防止积水和下雨时落雨冲击膜片产生附加外力,影响测量结果。
(2)单法兰隔膜差压变送器校验方法:
①将仪表负压侧通大气,正压侧配装法兰加相应压力,接通电源稳定3min后,此时变送器为4mA,若有偏差则在调校菜单内调整零点,使之输出为4mA。
②变送器正压侧配装法兰输入量程信号,负压侧配装法兰加相应压力,变送器输出为20mA,若有偏差则在调校菜单内调整量程使之输出为20mA。
③重复步骤(1) 、 (2)使之符合要求为止。
④将测量范围分为5点,按0%、25%、50%、75%、100%
逐点输入信号,变送器的输出值应在允许范围内,若超差,反复调整零位、量程。
3、单法兰隔膜差压变送器与钢带液位计测量的比较,优点3.1 结构不同
单法兰隔膜差压变送器结构简单,组成部件少:单法兰隔膜、毛细管、差压变送器,全部都密封,无可动部件。钢带式液位计结构复杂:钢带、位移传动机构、变送器,可动部件
多,容易出现卡涩现象。
3.2 测量原理不同
差压变送器测量传感器双侧隔离膜片上的压力差,测量元件将测得的差压信号转换为与之对应的电信号传递给转换器,经过放大等处理变为标准电信号输出。而钢带式液位计通过钢带的移动带动了液位计中的位移传动机构,其中的传动齿轮将液位变化通过藕合器传递给变送器的电位器,由液位的变化引起的电阻值变化,产生标准电信号输出,电位器的长期滑动,容易磨损、损坏,电阻值出现死区,使得测量值出现波动、不稳定。
3.3 校验方法
单法兰隔膜差压变送器校验方法简单、方便、易于操作,只需通过对膜盒打压,用475手操器设定变送器 (变送器带HART协议) 的量程。而钢带式液位计需要在钟罩上拉动钢
绳,上下配合。
3.4 人工成本
单法兰隔膜差压变送器维修、校验时只需人力2人。而钢带式液位计校验时,需要上下配合,人力4人。
3.5 维修维护成本
差压变送器备件通用性强,如果只是电路板出问题,只需更换表头电路板。而钢带式液位计备件专一性强。
3.6 费用成本
单法兰隔膜差压变送器备件表计整体价格便宜,比原钢带液位计的一块电路板的价格还低。
通过一年时间的应用,单法兰隔膜差压变送器测量气柜液位满足了工艺生产的要求,仪表故障率、日常维护量为零,消除了钢带液位计存在的问题,保证了气柜稳定运行,为整个装置的“长、满、优、稳”运行提供了保障。

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