法蘭變送器在化工測量中的調(diào)試應用

楊亮英，薛家科，杜 悅，鄔曉濤，薛凌飛

（1.重慶川儀自動化檢修服務有限公司，重慶401121；2.陜西延長石油榆林煤化有限公司，陜西 榆林 719000）

在現(xiàn)代化工生產(chǎn)測量中，盡管測量方法及儀器眾多，比如應用成熟的有直讀法、浮力法、靜壓法、差壓法、電容法、放射性同位素法、超聲波法、激光法、渦銜法、渦流法、微波法以及射頻導納法等測量方法；測量儀器更是各先進廠家百花齊放。但是遇到有高溫、強腐蝕、粘度大或懸浮體多、易結(jié)晶、測量頭凈化要求嚴、密封要求高等特殊介質(zhì)的測量，特別是流量測量和液位測量一直是困擾廣大儀控員工的老大難問題。經(jīng)眾多工程技術(shù)與專業(yè)維護人員長期探索和總結(jié)一致認為，遇到上述情況時應首選法蘭變送器進行測量。

1 法蘭變送器的調(diào)試原理

1.1 法蘭變送器的測量簡介

作為測量元件的金屬膜盒1通過鎧裝的毛細管2與變送器3的測量側(cè)保持相連，在膜盒、鎧裝毛細管和測量室組成的密封系統(tǒng)內(nèi)充滿惰性液體（一般需根據(jù)工況要求有耐高溫、常規(guī)和耐低溫區(qū)別的），作為傳壓介質(zhì)。這樣就構(gòu)成了差壓典型的測量，其實大多要求高的化工液位測量和流量測量都屬于典型的差壓測量，只不過有的差壓變送器程序具備開方轉(zhuǎn)換功能就使流量測量功能更加強大罷了。簡易圖見圖1。

法蘭變送器可安裝在任何高度和位置。涉及到液體介質(zhì)時，所測介質(zhì)通常在密封容器或管道內(nèi)，如圖1所示，高壓側(cè)法蘭必須補償（消除）密封器內(nèi)靜壓和動壓變化的影響，低壓側(cè)法蘭用來測量密封器內(nèi)液體的液位差壓；如果用于敞口容器，則高壓側(cè)法蘭應與容器低端法蘭連接，而低壓側(cè)法蘭應置于大氣中，并保持與高壓側(cè)法蘭高度持平，或者改用單側(cè)法蘭；如用于真空場合，變送器的安裝位置不能高于低壓側(cè)法蘭安裝高度。

圖1 雙法蘭差壓變送器測量液位示意圖

1.2 密封型法蘭變送器的調(diào)試

當雙法蘭送器安裝在密封設備低側(cè)法蘭水平線以下時，高壓測法蘭與設備高端法蘭連接，低壓側(cè)法蘭與設備低端連接（圖2）。

圖2 變送器安裝在密閉容器低端法蘭水平線以下

則變送器量程為 L＝H×ρ1， 零點遷移量為△L＝h3×ρ2－h(huán)1×ρ1。

當液位在最低側(cè)時，變送器所受的等效壓力等于靜壓差：△P1＝h3×ρ2－h(huán)1×ρ1＝△L；當液位在最高側(cè)時， 變送器所受的等效壓力為△P2＝h3×ρ2－h(huán)1×ρ1－H×ρ1＝△L－H×ρ1，上述中 h3為設備法蘭高低側(cè)中心距。變送器的調(diào)試量程為△P＝△P1～△P2＝△L～△L－H×ρ1， 此時變送器輸出為 （4～20）mA.DC，有時習慣上為自動方便，可改為反作用式變速器，對應變送器輸出為（20～4）mA.DC。

當雙法蘭變送器安裝在設備低側(cè)法蘭水平線上時，高壓側(cè)法蘭與設備高端法蘭連接，低壓側(cè)法蘭與設備低端法蘭連接。為避免變送器在測量過程中出現(xiàn)死區(qū)，需要注意：h1×ρ1≥h2×ρ2，則變送器量程為 L＝H×ρ1；此時零點遷移量為△L＝（h3－h(huán)2）×ρ2－（h1×ρ1－h(huán)2×ρ2）＝h3×ρ1－h(huán)2×ρ1。 當液位在最低側(cè)時，變送器所受壓力等效于△P1＝（h3－h(huán)2）×ρ2－（h1×ρ1－h(huán)2×ρ2）＝－△L；當液位在最高側(cè)時，做用在變送器上的等效壓力為△P2＝（h3－h(huán)2）×ρ2－〔（h1＋H）ρ1－h(huán)2×ρ2）］＝△L－H×ρ1。 此時， 送器的調(diào)試量程為△P＝△P1－△P2＝△L（1－Hρ1）（圖 3）。

圖3 變送器安裝在密閉容器低端法蘭水平線以上

圖4 變送器安裝在開口容器低端法蘭水平線以下

當單法蘭變送器安裝在露天低端水平線以下時，如圖4，高壓側(cè)法蘭與設備低端法蘭連接，低壓側(cè)法蘭安裝在設備設備與高壓側(cè)法蘭同一水平線的大氣中。則變送器的量程為L＝H×ρ1，零點遷移量為△L＝H×ρ1；液位最低側(cè)時，變送器所受的等效壓力為變送器上所受靜壓差△P1＝h1×ρ1＝△L；液位最高側(cè)時，變送器所受壓力△P2＝（H＋h1）×ρ1。 變送器的調(diào)試范圍為△P＝△P1～△P2＝△L～H× ρ1＋△L，變送器輸出配套為（4～20）mA.DC。

當變送器高壓側(cè)法蘭與露天設備低壓處法蘭連接，而低壓側(cè)法蘭安裝在變送器低壓側(cè)同一水平的大氣中時，如圖5所示，為避免變送器在使用中出現(xiàn)死區(qū)現(xiàn)象，必須使 h1×ρ1≥h2×ρ2，否則會出現(xiàn)實際測量范圍小于變送器校準范圍的現(xiàn)象。 這樣，變送器的 L＝H×ρ1；零點遷移量為△L＝h1× ρ1－h(huán)2×ρ2； 液位最低時， 變送器所受等效壓力△P＝h1×ρ1－h(huán)2×ρ2＝－△L；液位最高時變送器所受等效壓力為△P2＝（H＋h1）×ρ1－h(huán)2×ρ2＝H×ρ1＋△L。

圖5 變送器安裝在開口容器低端法蘭水平線以下

2 法蘭變送器的調(diào)試和應用技術(shù)總結(jié)

2.1 現(xiàn)場調(diào)試和使用技術(shù)總結(jié)

變送器鎧裝毛細管內(nèi)惰性介質(zhì)的比重和被測液體的比重是已知數(shù)據(jù)，只要確定了安裝位置和形式以及被測液體的測量量程（H），準確的兩區(qū)變送器的安裝數(shù)據(jù)（h1、h2、h3），就可以方便地計算出變送器的量程（L）、零點遷移量△L、最低可測液位時作用在變送器的等效壓力△P1及最高可測液位時作用在變送器上的等效壓力△P2；在實驗室將變送器正負壓側(cè)法蘭置于同一水平位置校驗好，然后安裝在現(xiàn)場后根據(jù)測量相應數(shù)據(jù)進行科學遷移，就可以準確測量出設備內(nèi)的液位或流量的準確數(shù)據(jù)。

2.2 必須要注意的地方

因為雙法蘭式液位或流量差壓都是動態(tài)微差壓，一般設計時都特別考慮了額定工況的靜態(tài)壓力，也就是所謂的靜態(tài)壓力補償。所以大多數(shù)情況下，液位或流量只有在靜壓達到壓力等級范圍時，才會達到準確測量的效果。比如化工常用的汽包液位法蘭變送器等效壓力量程為±3.2kPa，靜態(tài)額定壓力為4MPa，同一壓力等級范圍為（2.5～6）MPa，也就是只有額定靜壓為（2.5～6）MPa時變送器才達到額定補償，此時的差壓測量值是有效的，否則超出這個靜壓范圍時的測量值是不準確的，特別是靜壓低于2.5MPa時所測的差壓一般是無效數(shù)值。

單法蘭變送器測量液位時對壓力補償更是要求嚴格。特別是露天設備，當有密封型障礙時，必須考慮到壓力補償，否則測出的數(shù)據(jù)永遠是超量程。

3 結(jié)語

從上述可知，法蘭變送器的科學調(diào)試已經(jīng)廣泛應用于現(xiàn)代化工中的液位和流量測量，而且針對性地解決了其他變送器在特殊工況下無法科學工作的難題，經(jīng)眾多工程技術(shù)人員常年應用總結(jié)，此調(diào)試方案科學可行。

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