差壓變送器在應(yīng)用中的故障診斷與比較

(青海鹽湖工業(yè)股份有限公司化工分公司，青海 格爾木 816000)

0 引言

青海100萬(wàn)t鉀肥產(chǎn)品綜合利用項(xiàng)目化工一期液位、流量的測(cè)量使用了大量差壓變送器，本項(xiàng)目應(yīng)用的大部分差壓變送器是艾默生過(guò)程控制有限公司Rosemount測(cè)量?jī)x表的產(chǎn)品。在裝置生產(chǎn)條件下，由于安裝、使用、維護(hù)等因素的影響，差壓變送器出現(xiàn)的故障不能迅速解決，影響了裝置生產(chǎn)的正常進(jìn)行。本文針對(duì)差壓變送器在實(shí)際應(yīng)用中遇到的問(wèn)題進(jìn)行探討，以供現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)檢修人員互相學(xué)習(xí)。

1 工作原理與安裝

差壓變送器的工作原理為：來(lái)自雙側(cè)導(dǎo)壓管的差壓直接作用于變送器傳感器的雙側(cè)隔離膜片上，通過(guò)膜片內(nèi)的密封液傳導(dǎo)至測(cè)量元件上，測(cè)量元件將測(cè)得的差壓值轉(zhuǎn)換為與之對(duì)應(yīng)的電信號(hào)并傳遞給轉(zhuǎn)換器，經(jīng)過(guò)運(yùn)算放大器等處理單元變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)電信號(hào)(HART信號(hào))輸出[2-6]。

差壓變送器測(cè)量系統(tǒng)的安裝包括導(dǎo)壓管的敷設(shè)、電氣信號(hào)電纜的敷設(shè)和差壓變送器的安裝三部分。

2 現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)的故障現(xiàn)象

差壓變送器在測(cè)量過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)一些故障，針對(duì)故障的排查尤其參與聯(lián)鎖的儀表故障排查對(duì)正在生產(chǎn)的裝置是至關(guān)重要的。下面簡(jiǎn)要闡述差壓變送器在化工裝置中出現(xiàn)的幾種故障現(xiàn)象。

2.1 HART遠(yuǎn)程通信故障

因儀表維護(hù)人員首次使用現(xiàn)場(chǎng)通信器(下文簡(jiǎn)稱375)，對(duì)375的應(yīng)用比較生疏。本公司空分裝置有幾臺(tái)差壓變送器在調(diào)試過(guò)程中出現(xiàn)不能進(jìn)行HART遠(yuǎn)程通信的故障，儀表維護(hù)人員懷疑變送器損壞，要求更換現(xiàn)場(chǎng)的差壓變送器。

經(jīng)儀表技術(shù)管理人員深入現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，調(diào)試時(shí)375出現(xiàn)故障，提示“FF連接器檢測(cè)到電壓，請(qǐng)檢查連接器然后按確認(rèn)”。根據(jù)375的使用說(shuō)明書，按照以下幾個(gè)方面解決了此問(wèn)題，并成功調(diào)試了其余幾臺(tái)差壓變送器，所有差壓變送器都正常投用。

2.1.1 重新下裝375程序

在充電狀態(tài)下對(duì)375的應(yīng)用程序重新下裝。詳細(xì)步驟為：打開375，進(jìn)入設(shè)置菜單(“Setting”)，選擇關(guān)于375的相關(guān)信息(“About 375”)，然后選中375應(yīng)用程序版本V2.0(“Software V2.0”)進(jìn)行刷新(“Refresh”)，當(dāng)該程序刷新20 min后按“OK”鍵，375程序刷新成功。

2.1.2 重啟375更改輪詢方式

重啟進(jìn)入375操作界面，在變送器的調(diào)試過(guò)程中出現(xiàn)進(jìn)入設(shè)備長(zhǎng)輪詢提示的故障，該故障說(shuō)明儀表維護(hù)人員私自更改過(guò)375的輪詢方式。在這種情況下，儀表維護(hù)人員必須準(zhǔn)確輸入每塊變送器的位號(hào)才能進(jìn)入到此程序，否則無(wú)法操作，所以需要重新設(shè)置。利用HART輪詢選項(xiàng)組態(tài)375，自動(dòng)搜索所有或特定的相關(guān)設(shè)備。如果每個(gè)回路的設(shè)備數(shù)超過(guò)1個(gè)，將設(shè)備并聯(lián)并設(shè)置為“多節(jié)點(diǎn)”模式。地址由0修改為1～15之間的任一數(shù)值時(shí)，可以使用該模式。使用該模式后，每個(gè)設(shè)備的模擬輸出固定，并且不再變化。

執(zhí)行如下步驟修改輪詢選項(xiàng)。

(1) 從HART主菜單中雙擊應(yīng)用。

(2) 雙擊配置HART應(yīng)用程序。

(3) 雙擊輪詢。

(4) 選擇如下輪詢選項(xiàng)。

① 從不輪詢，與地址為0的設(shè)備連接，如果沒(méi)有找到，則不輪詢。

② 輪詢前詢問(wèn)，與地址為0的設(shè)備連接，如果沒(méi)有找到，則詢問(wèn)通信器是否要對(duì)地址為1～15的設(shè)備進(jìn)行輪詢。

③ 總是輪詢，與地址為0的設(shè)備連接，如果沒(méi)有找到，通信器將自動(dòng)對(duì)地址為1～15間的設(shè)備進(jìn)行輪詢。

④ 數(shù)字輪詢，無(wú)論是否找到地址為0的設(shè)備，輪詢地址1～15。要找出各設(shè)備地址，可利用該選項(xiàng)查找回路中的連接設(shè)備，并按位號(hào)列出。

⑤ 利用位號(hào)輪詢，允許您輸入設(shè)備位號(hào)。啟動(dòng)HART應(yīng)用程序時(shí)，將提醒您輸入位號(hào)名。

輪詢流程圖如圖1所示。

圖1 輪詢流程圖

大多數(shù)HART裝置的每個(gè)回路只包含一個(gè)設(shè)備，并且設(shè)備地址為0，因此選擇從不輪詢后按回車鍵。重新啟動(dòng)375應(yīng)用系統(tǒng)，375程序能夠正常運(yùn)行。最后到現(xiàn)場(chǎng)就地操作，發(fā)現(xiàn)上述問(wèn)題已解決。

2.2 差壓變送器指示值不變

尿素裝置有一塊差壓變送器在測(cè)量流量的過(guò)程中出現(xiàn)儀表指示值無(wú)任何變化，工藝人員要求儀表維護(hù)人員處理此故障。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)仔細(xì)排查，儀表管線閥門處于開啟狀態(tài)，管道介質(zhì)充滿管道，打開差壓變送器引壓管線的根部閥門介質(zhì)外流，說(shuō)明引壓管線并未堵死。此時(shí)采用替換檢測(cè)和分部檢測(cè)相結(jié)合的方法[6]，首先讓儀表維護(hù)人員將該變送器拆卸并送到計(jì)量中心校驗(yàn)判斷此表的好壞，然后更換新的、同量程的差壓變送器，并用375調(diào)試零點(diǎn)和量程后變送器指示正常。計(jì)量中心出具的校驗(yàn)報(bào)告顯示變送器指示值不變，說(shuō)明該變送器自身未出現(xiàn)故障。因此，判斷電路板故障，更換該變送器的電路板，經(jīng)重新校驗(yàn)，變送器在4～20 mA內(nèi)的量程行程顯示準(zhǔn)確，說(shuō)明造成此差壓變送器故障的原因是該變送器的電路板損壞。采用替換檢測(cè)的方法解決了故障變送器的問(wèn)題。

2.3 導(dǎo)壓管泄漏

以正導(dǎo)壓管泄漏來(lái)分析導(dǎo)壓管泄漏出現(xiàn)的故障現(xiàn)象。尿素裝置空氣壓縮機(jī)總管流量測(cè)量方式為：節(jié)流孔板+差壓變送器。工藝生產(chǎn)正常時(shí)空氣流量基本穩(wěn)定，但在長(zhǎng)期的生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中發(fā)現(xiàn)空氣流量比正常值下降了很多。

設(shè)管道靜壓為P0，正常壓力下，當(dāng)液位最低時(shí)，法蘭變送器高壓側(cè)的壓力為Ph：

Ph=P0-ρgh

(1)

式中：P0為管道靜壓,Pa;ρ為冷凝液密度,g/cm；g為重力加速度,m/s2；h為沖跑冷凝液高度，mm；Ph為管道高壓側(cè)壓力,Pa。

在正常壓力下，當(dāng)液位最低時(shí)，法蘭變送器低壓側(cè)的壓力為P1：

P1=P0-ρgh′

(2)

式中：Pl為管道低壓側(cè)壓力,Pa。

所以由式(1)和式(2)可知正常壓力下變送器的遷移量Z為：

Z=Ph-P1=P0-ρgh-(P0-ρgh′)=ρg(h′-h)<0

(3)

(4)

當(dāng)液位最低時(shí)，法蘭變送器低壓側(cè)的壓力為P1：

P1=P0-ρgh′

(5)

所以由式(4)和(5)可知漏壓情況下變送器的遷移量為：

(6)

又因?yàn)镻0′

2.4 汽液兩相差壓波動(dòng)大

在甲醇車間試生產(chǎn)期間，有11臺(tái)單法蘭差壓變送器用于測(cè)量甲醇溶液，負(fù)壓側(cè)存在汽液相并存的現(xiàn)象，導(dǎo)致測(cè)量數(shù)值波動(dòng)較大，不能準(zhǔn)確測(cè)量工況的實(shí)際液位。裝置因差壓變送器的測(cè)量問(wèn)題而多次被迫停車，對(duì)裝置后續(xù)開車帶來(lái)較大的困難。而甲醇車間的儀表人員只能在現(xiàn)場(chǎng)隨時(shí)排查、調(diào)試變送器，但頻繁的維護(hù)也不能實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確測(cè)量。

鑒于上述問(wèn)題，經(jīng)技術(shù)人員商討后將單法蘭差壓變送器更換為雙法蘭差壓變送器。

2.4.1 兩種差壓變送器的比較

法蘭差壓變送器是在普通變送器的基礎(chǔ)上增加了一個(gè)遠(yuǎn)傳密封裝置。遠(yuǎn)傳密封裝置由法蘭膜盒、毛細(xì)管和毛細(xì)管內(nèi)的填充液組成。法蘭差壓變送器和普通變送器相比，有如下區(qū)別。

① 在普通變送器中，被測(cè)介質(zhì)通過(guò)導(dǎo)壓管進(jìn)入變送器測(cè)量室。法蘭差壓變送器用毛細(xì)管代替導(dǎo)壓管，因?yàn)槊?xì)管是密封的，它里面的填充液是經(jīng)過(guò)挑選的，化學(xué)物理性能穩(wěn)定，不會(huì)像導(dǎo)壓管內(nèi)的介質(zhì)易凝凍、易汽化，因而不必加灌隔離液及安裝隔離器、冷凝器等輔助設(shè)備。這樣可提高測(cè)量精度，大大減少維護(hù)工作量。

② 因法蘭膜盒距離變送器本體較遠(yuǎn)，所以儀表的接液溫度可以提髙，應(yīng)用范圍可以擴(kuò)大。

③ 對(duì)儀表本身來(lái)說(shuō)，由于法蘭變送器較普通變送器多了一個(gè)遠(yuǎn)傳密封裝置，因而儀表的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，精度下降，故障的可能性增加[7]。

使用雙法蘭變送器時(shí)應(yīng)注意以下事項(xiàng)。

① 差壓變送器在使用前必須對(duì)其測(cè)量范圍、零點(diǎn)漂移量、精度、靜壓誤差等進(jìn)行復(fù)校。

② 差壓變送器安裝后，要再次檢查各種變送器的工作壓力、溫度、測(cè)量范圍、偏移量等。

③ 開啟和停用時(shí)，一定要避免儀表承受單向靜壓。

為了避免使用時(shí)單向受壓，每臺(tái)差壓變送器上附帶了一個(gè)三閥組件。通常三閥組件安裝在差壓變送器的上方，其中左閥和右閥分別為低壓和高壓切斷閥，中間閥為平衡閥。平衡閥在開表和停表時(shí)用于保護(hù)差壓變送器且便于調(diào)零位。

2.4.2 三閥組的開啟順序

首先在確認(rèn)平衡閥已打開的情況下開啟正壓閥，這樣該測(cè)量點(diǎn)的偏高壓部分被同時(shí)導(dǎo)入到變送器的正、負(fù)壓室中；然后關(guān)閉平衡閥；最后開啟負(fù)壓閥，負(fù)壓室中的壓力下降至負(fù)壓側(cè)壓力，從而保證了開啟正、負(fù)壓側(cè)閥門時(shí)始終不會(huì)對(duì)敏感原件造成單向的壓力沖擊。

差壓式變送器在測(cè)量液體或?qū)汗苤杏欣淠?隔離液)的啟用和關(guān)閉時(shí)，三閥組的正負(fù)壓測(cè)及平衡閥是嚴(yán)禁同時(shí)處于開啟狀態(tài)的，否則會(huì)因?yàn)檎?fù)壓室的差壓將導(dǎo)壓管的冷凝液(隔離液)沖跑，造成測(cè)量誤差。如果測(cè)量的是氣體，可以直接打開或關(guān)閉平衡閥。

如果差壓變送器的三閥組同時(shí)處于開啟狀態(tài)，則此時(shí)正壓側(cè)取壓點(diǎn)與負(fù)壓側(cè)取壓點(diǎn)因三閥組的打開而連通，相當(dāng)于一個(gè)U形管。由于正壓側(cè)的壓力高于負(fù)壓側(cè)的壓力，因此負(fù)壓側(cè)導(dǎo)壓管中的冷凝液會(huì)被沖跑，沖跑的冷凝液高度為：

(7)

ΔP=P+-P-

(8)

式中：ΔP為變送器的最大量程，Pa；P+為正壓側(cè)所受的靜壓，Pa；P-為負(fù)壓側(cè)所受的靜壓，Pa。

由式(7)和式(8)可知，被沖泡的冷凝液高度就是正壓側(cè)與負(fù)壓側(cè)之間的差壓，也就是變送器的最大量程。

2.4.3 變更后的測(cè)量效果

針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工況及儀表數(shù)據(jù)表，將變送器重新選型為ROSEMOUNT雙法蘭差壓變送器。經(jīng)校驗(yàn)安裝調(diào)試后，變送器開始投用。自甲醇裝置更換為雙法蘭差壓變送器后，變送器運(yùn)行平穩(wěn)，測(cè)量準(zhǔn)確，維護(hù)量大大降低，裝置開車平穩(wěn)，再未出現(xiàn)因差壓變送器測(cè)量問(wèn)題而停車的現(xiàn)象，為裝置的順利開車奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。該方法解決了現(xiàn)場(chǎng)汽液相并存的測(cè)量問(wèn)題。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文以青海鹽湖工業(yè)股份有限公司化工分公司一期裝置現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際存在的差壓變送器測(cè)量問(wèn)題為例，介紹了雙法蘭差壓變送器的工作原理、故障解決方法及與普通差壓變送器的比較。

在現(xiàn)場(chǎng)使用過(guò)程中，通常也將差壓變送器當(dāng)作普通壓力變送器使用，因此，壓力變送器在應(yīng)用上與差壓變

送器的測(cè)量方法是通用的，在使用過(guò)程中兩種變送器故障排除方法可以相互借鑒。

[1] 貢獻(xiàn).差壓變送器現(xiàn)場(chǎng)使用中需注意的幾個(gè)問(wèn)題[J].電子儀器儀表用戶，1995(6)：42-48.

[2] 黃浩,郭海峰.差壓變送器在運(yùn)行中故障分析及處理[J].中國(guó)井礦鹽，2009(5)：25-27.

[3] 劉敬文.雙法蘭差壓變送器液位測(cè)量校驗(yàn)全面解析[J].石油化工自動(dòng)化，2006(2)：82-84.

[4] 尹德勝.差壓變送器在生產(chǎn)中的應(yīng)用及故障處理[J].大氮肥，2008(3)：20-21.

[5] 李永斌.淺析差壓變送器原理及其應(yīng)用[J].民營(yíng)科技，2011(12)：22.

[6] 孔軍.差壓變送器的故障診斷與排除[N].電子報(bào)，2010-02-21.

[7] 朱炳興,王森.儀表工試題集[M].2版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002:35.