壓阻式壓力變送器在供水泵站運行中的作用分析

陳炳瑞

(滄州引大入港輸水有限公司，河北 滄州 061000)

在供水泵站運行中，壓力變送器作為壓力采集和傳輸儀器，發(fā)揮著重要作用，尤其是給水泵站實現(xiàn)自動化控制后，壓力變送器采集數(shù)據(jù)作為PLC控制系統(tǒng)工作的基礎(chǔ)，其作用更加突出。在長期的供水運行實踐中，運行管理人員應認真分析泵站儀表設(shè)備性能和特點，以適應不斷變化的供水條件。

1 壓阻式壓力變送器的工作原理與安裝

1.1 壓阻式壓力變送器的工作原理

壓阻式壓力變送器是給水泵站運行管理中普遍采用的一種壓力測量儀器，它體積小、重量輕、測量誤差小、運行穩(wěn)定、線性特性好，24 V直流供電，二線制傳輸，電源由信號線直接提供，安裝方便。

其工作原理是:過程流體的壓力通過隔離膜片和灌充液體傳遞到硅膜片上，硅膜片上由掩膜工藝生成四只應變電阻并接成惠斯頓電橋，該電橋由恒流電源驅(qū)動。當加在硅膜片上的壓力為零時，電橋的輸出信號亦為零，當加在硅膜片上的壓力由零逐漸增大時，電橋的平衡狀態(tài)發(fā)生變化，于是在其輸出端便會出現(xiàn)一個與被測壓力成某種函數(shù)關(guān)系的毫伏信號。該信號經(jīng)高精度的集成放大器處理后變?yōu)闃藴实?～20 mA DC信號輸出。

1.2 壓阻式壓力變送器的安裝

作為壓力測量和傳輸儀器，壓力變送器的安裝一般選擇穩(wěn)定均勻流的過水斷面，鋼質(zhì)管道可以挖眼直接安裝，其它管道則需要使用三通管件輔助安裝。由于壓力變送器測量端孔隙較小，因此不宜安裝在水濁度較大的管段，以免堵塞或影響測量準確性。另外，為保證管道運行壓力的準確性，壓力變送器的安裝不應距離管道外表面過高，理論上講，高出管道表面1m，則壓力變送器測量值就會比管道實際壓力值高出 0.01 MPa。

2 壓力變送器在泵站遠程傳輸中的作用

2.1 GPRS遠程傳輸系統(tǒng)簡介

在泵站運行管理過程中，為便于給水工程統(tǒng)一運行調(diào)度管理工作，許多工程都采用了GPRS遠程傳輸系統(tǒng)，作為運行管理統(tǒng)一調(diào)度的工具。滄州引大入港輸水工程注(1)GPRS遠程無線實時監(jiān)測系統(tǒng)就是利用中國移動通信公司GPRS網(wǎng)絡，將流量計、液位計、壓力變送器等測量儀器儀表的采集數(shù)據(jù)通過集成模塊實時傳輸給主監(jiān)測中心，并利用組態(tài)王軟件進行程序編譯，實時顯示在監(jiān)測中心電腦畫面上。運行管理人員和調(diào)度人員通過畫面動態(tài)顯示，可以實時了解整個工程各監(jiān)測點的運行數(shù)據(jù)，為決策服務。

2.2 壓力變送器在遠程傳輸中的作用

在運程傳輸系統(tǒng)中，壓力變送器的作用主要表現(xiàn)在:

(1)在泵站平穩(wěn)運行過程中，壓力變送器負責實時采集管道壓力數(shù)據(jù)，并以4～20 mA電流輸出給傳輸模塊，為遠程傳輸和模擬顯示提供可能。

(2)在管道調(diào)整供水條件、啟閉閥門時，壓力變送器通過實時記錄管道壓力值，可以準確反映管道壓力變化曲線和水錘危害，為制定科學合理的管道閥門操作規(guī)程和泵站壓力升降操作方法提供了實測數(shù)據(jù)的支持，從而避免人為誤操作引起管道破裂等事故發(fā)生。

(3)當管道發(fā)生爆管事故時，利用事故段兩端壓力變送器的數(shù)據(jù)，可以通過瞬時流量和壓力衰減的數(shù)據(jù)，根據(jù)水力學沿程水頭損失公式，近似計算出管道爆管位置，避免了一般給水運行單位在事故發(fā)生后拉網(wǎng)式搜查造成的時間浪費，為事故搶修節(jié)省寶貴的時間。

(4)在高壓力供水系統(tǒng)中，有些閥門的操作程序直接與管道壓力有關(guān)，且閥門遠程操作由工藝值班人員完成，此時壓力變送器的傳輸數(shù)據(jù)為電動閥門的遠程操作提供了方便，室外大口徑閥門操作可以由工藝值班人員在值班室內(nèi)完成，從而節(jié)省了泵站操作成本。

3 壓力變送器在機泵控制系統(tǒng)中的作用

3.1 泵站機泵控制系統(tǒng)簡介

泵站機泵控制系統(tǒng)是機泵運行控制的核心，是泵站運行管理工作的主要組成部分。壓力變送器采集管道壓力數(shù)據(jù)并傳遞給PLC控制裝置，經(jīng)過PID調(diào)節(jié)器運算后，變頻器開始按目標壓力值對實際管網(wǎng)壓力進行調(diào)整，通過變頻器頻率輸出的變化，帶動電動機轉(zhuǎn)速發(fā)生變化，從而使水泵葉輪旋轉(zhuǎn)速度調(diào)整，管道流量壓力產(chǎn)生變化。周而復始的數(shù)據(jù)采集、運算、調(diào)整，最終使得管道實際壓力與設(shè)定目標壓力趨于一致，系統(tǒng)開始在新設(shè)定的壓力狀態(tài)下運行。

3.2 壓力變送器在機泵控制系統(tǒng)中的作用

在機泵控制系統(tǒng)中，壓力變送器的作用主要表現(xiàn)在:

(1)首先，壓力變送器是PLC控制裝置工作的基礎(chǔ)，它負責提供管道實際壓力數(shù)據(jù)，并傳輸給PLC控制裝置。當管道因特殊原因造成壓力突然變化時，PID調(diào)節(jié)器可以及時對機泵運行頻率作出自動調(diào)整，從而保證管道運行安全。如因人為誤操作閥門致使管道壓力突然升高，PID調(diào)節(jié)器可以根據(jù)壓力變送器的壓力傳輸數(shù)據(jù)，及時降低機泵運行頻率，從而降低出水壓力流量，使管道壓力下降，避免事故發(fā)生。

(2)用于機泵控制的實測壓力值反映在工控機上是一條連續(xù)的壓力曲線，當機泵運行平穩(wěn)時，該曲線基本近似于直線，當管道產(chǎn)生壓力波動時，壓力變化在0.001MPa以下都可以反映出來。此時，壓力變送器可以作為判定機泵異常供水的工具，用于運行異常情況下的分析。例如，2010年1月26日，滄州引大入港輸水工程港口加壓泵站港口分支機泵運行中，泵站出口壓力由6.9m緩慢下降至6.5m，用戶流量由221m3/h減少至208m3/h。經(jīng)分析，用戶流量變化可能有管道漏水和泵站內(nèi)設(shè)備異常兩個原因，而泵站出口壓力下降說明，若為管道漏水則漏點距離泵站會很近，因異常發(fā)生在夜間，且距離泵站較近管段為聚乙烯管道，因此站內(nèi)設(shè)備異常的可能性較大。

4 分析與討論

4.1 遠程監(jiān)測系統(tǒng)與機系控制系統(tǒng)

壓力變送器用于遠程監(jiān)測系統(tǒng)和機泵控制系統(tǒng)時，宜安裝在管道不同部位，以便于相互校核，并與管道機械壓力表比對分析。壓阻式壓力變送器雖然運行較平穩(wěn)，但在實際使用過程中仍然會出現(xiàn)測量問題，影響值班人員對供水運行的分析。例如，管道壓力波動較大時，壓力變送器會出現(xiàn)集氣現(xiàn)象，滄州引大入港輸水工程供水泵站用于機泵控制的壓力變送器就曾出現(xiàn)過類似現(xiàn)象，造成壓力顯示值瞬間變?yōu)椋?.40MPa，機泵運行頻率隨即瞬間升高，危及管道安全。將用于不同功能的壓力變送器安裝在不同部位，可以在特殊狀態(tài)下，首先分析壓力變送器是否出現(xiàn)問題，然后再分析管道設(shè)備問題。再如，2010年1月7日，壓力變送器因受凍，造成連接管冰封，壓力顯示值明顯增大，機泵運轉(zhuǎn)頻率下降，后經(jīng)與管道機械壓力表比較，確定系壓力變送器問題，排除了管道閥門誤操作的可能。

4.2 壓力變送器的送型

泵站運行管理人員應特別注重壓力變送器的選型工作。根據(jù)測量范圍、需要的精度、測量儀表工作環(huán)境、水質(zhì)指標、維修便利、投資費用等條件，科學的選擇適合工程實際需要的壓力變送器。同時，常用的壓力變送器應制定設(shè)備檔案，由專業(yè)人員定期維護保養(yǎng)。用于機泵控制的壓力變送器則需設(shè)定使用周期，定期更新，減少事故隱患。

4.3 制訂應急預案

泵站運行管理人員應制定詳細的壓力變送器異常狀態(tài)的應急預案，認真分析各種可能的壓力變送器數(shù)據(jù)顯示異常，包括變送器集氣、受凍、連接管滲漏等情況下數(shù)據(jù)顯示的變化，并與管道閥門操作、管道滲漏及爆管等情況下壓力數(shù)據(jù)顯示的變化進行甄別，利用壓力、流量、機泵頻率、變頻器輸出電壓電流值等數(shù)值的不同響應結(jié)果，研究總結(jié)壓力變送器出現(xiàn)異常數(shù)據(jù)的原因和解決措施。

5 結(jié)語

壓力變送器是給水工程運行中必不可少的壓力測量儀器。泵站運行管理人員應充分認識到壓力變送器在機泵控制和遠程傳輸中的重要作用，從壓力變送器的選型、安裝、維護、預案管理等不同角度出發(fā)，做好壓力變送器的使用和管理工作。

［1］劉洋，鄒同華，劉峻.壓力變送器的研究與發(fā)展現(xiàn)狀.通用機械，2005(2).

［2］天津市自動化儀表二廠.壓阻式壓力變送器安裝使用說明書，2005.

［3］陳炳瑞.遠程監(jiān)測系統(tǒng)在給水工程中的應用.河北水利，2006(3).

［4］王錫壽.淺談壓力(差壓)變送器的應用與選型.裝備制造技術(shù)，2010(4).