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%、
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。