一種測量低溫液體壓力的安裝方法

于松濤，李德剛

(中海油石化工程有限公司，山東 濟南 250101)

在石油化工生產(chǎn)裝置中，使用導(dǎo)壓管取壓安裝的儀表主要是壓力、差壓(流量)等，本文以壓力為例介紹低溫液體介質(zhì)測量安裝的方法。為了正確測定工藝過程中的壓力參數(shù)，必須根據(jù)使用條件和要求，嚴格地選用壓力測量儀表和正確的安裝方法。

壓力測量儀表的安裝方法，需要根據(jù)被測對象的特性來選擇。本文針對低溫液體乙烯的壓力測量儀表的安裝方法進行了分析闡述，提出了一種適用于低溫液體乙烯壓力測量的方法。

1 壓力變送器測量原理

壓力變送器是一種將壓力信號轉(zhuǎn)換為電信號的設(shè)備，包括：測壓元件傳感器、過程連接部件和測量電路三部分組成。主要是通過測壓元件傳感器檢測氣體、液體等流體的物理壓力參數(shù)，并將其轉(zhuǎn)換成標準的4～20 mA電信號，用于指示、報警、記錄及控制調(diào)節(jié)等。

壓力變送器除了測量壓力外，還可以用于測量介質(zhì)的壓力差，包括差壓變送器、差壓式流量變送器、差壓式液位變送器等[1]。

2 壓力變送器安裝

為了能夠準確測量壓力參數(shù)，壓力變送器的安裝還需要從取壓口的選擇、導(dǎo)壓管的安裝和壓力變送器的位置等方面進行考慮和選擇。

2.1 取壓口的選擇

取壓口，就是指在被測對象上引取壓力信號的開口。在選擇取壓口的時候，需要從以下幾個原則考慮：

1)取壓口的位置應(yīng)該能反映被測壓力的真實情況，因此取壓口要選在被測介質(zhì)直線流動的管段上，盡量避開管道拐彎、死角、分岔及流束形成渦流的地方。

2)當測量氣體壓力時，取壓口應(yīng)選在管道橫截面的上半部，如圖1所示。

3)當測量液體壓力時，取壓口應(yīng)選擇管道橫截面的下半部，并且在管道水平中心線下45°的范圍內(nèi)，如圖2所示。

4)當蒸汽壓力時，取壓口應(yīng)選在管道橫截面上、下部，并且與管道水平中心線成45°的范圍內(nèi)，如圖3所示。

圖1 氣體壓力取壓口

圖2 液體壓力取壓口

圖3 蒸汽壓力取壓口

2.2 導(dǎo)壓管的安裝

在壓力測量中，導(dǎo)壓管是連接取壓口到壓力變送器的重要部件，也是傳輸壓力信號的主要設(shè)備，因此導(dǎo)壓管的連接方式、施工方法是否正確，決定了相關(guān)工藝參數(shù)測量是否準確。在導(dǎo)壓管安裝時，需要從以下幾個原則考慮：

1)導(dǎo)壓管及附件的材料，應(yīng)能夠適應(yīng)被測介質(zhì)的性質(zhì)，即耐高溫、低溫、耐壓和耐腐蝕的性質(zhì)[2]。

2)在取壓口附近的導(dǎo)壓管，應(yīng)與取壓口垂直，管口應(yīng)與管壁平齊，并不能有毛刺。

3)導(dǎo)壓管的粗細、長短應(yīng)選用恰當，防止測量時產(chǎn)生較大的滯后，一般內(nèi)徑為6～10 mm，長度在滿足測量要求的前提下，敷設(shè)路徑要盡量短，且不易大于15 m。

4)導(dǎo)壓管的水平段應(yīng)保持一定的坡度，并且這個坡度一般稍大于動力管道坡度，根據(jù)不同介質(zhì)可以按照1∶10-1∶100的坡度進行敷設(shè)。導(dǎo)壓管傾斜的方向必須保證產(chǎn)生的氣體、液體能夠順利排出[3]。當不能滿足要求時，需要在管路集氣處安裝排氣裝置，集液處安裝排液裝置。

5)當被測介質(zhì)易凍、易結(jié)晶、易氣化、易凝結(jié)時，或者環(huán)境溫度較高、較低時，應(yīng)考慮伴熱或者隔熱措施。

2.3 壓力變送器的位置

壓力變送器的安裝位置，應(yīng)充分考慮被測介質(zhì)的特性，一般情況下：

1)當測量氣體壓力時，應(yīng)優(yōu)先選擇變送器高于取壓點的安裝方案，這樣可以使導(dǎo)壓管內(nèi)的冷凝液回流至工藝管道，否則需要設(shè)置分離器，及時排出導(dǎo)壓管內(nèi)產(chǎn)生的凝液，如圖4所示。

圖4 測量氣體時壓力變送器位置

2)當測量液體壓力時，應(yīng)優(yōu)先選擇變送器低于取壓點的安裝方案，這樣可以保證導(dǎo)壓管內(nèi)不易集氣體，否則需要在導(dǎo)壓管的最高處增加排氣閥，或者設(shè)置集氣器，如圖5所示。

圖5 測量液體時壓力變送器位置

3)當測蒸汽時，應(yīng)優(yōu)先選擇變送器低于取壓點的安裝方案，這樣可以保證導(dǎo)壓管內(nèi)不易集氣體，另外還需要在導(dǎo)壓管最高處增加冷凝管，以避免蒸汽高溫對壓力變送器膜片造成的損害，如圖6所示。

圖6 測量蒸汽時壓力變送器位置

3 低溫液體測壓力

在石油化工裝置中，存在大量測量低溫液體壓力、流量的場合[4]，在測低溫流量時使用節(jié)流裝置，本質(zhì)也是測量液體壓力[5]。

在某石化裝置中，存在測量低溫液體乙烯壓力或者差壓式流量的工況。乙烯臨界溫度較低，僅為9.2℃，低于臨界溫度較低測量，壓力變送器低于取壓點的方式測量，導(dǎo)壓管內(nèi)充滿液體，把液體部分產(chǎn)生的壓力遷移，符合安裝要求。當環(huán)境溫度大于9.2℃時，導(dǎo)壓管內(nèi)的液態(tài)乙烯氣化，在導(dǎo)壓管內(nèi)形成氣相空間，由于變送器位置低于取壓點，氣化后的介質(zhì)流回工藝管道，由于環(huán)境溫度不是固定溫度，導(dǎo)致測量介質(zhì)壓力誤差過大，甚至無法測得有效的測量值。

3.1 測量方案調(diào)整

針對低溫液體乙烯的壓力測量，采取將液體乙烯氣化后，使導(dǎo)壓管內(nèi)液體的位置相對固定，氣相的壓力近似介質(zhì)的壓力，通過測量氣體乙烯的壓力實現(xiàn)測量液體乙烯的壓力。

其實現(xiàn)方法為：延長導(dǎo)壓管水平段長度，讓液體乙烯充分吸收環(huán)境的熱量(當環(huán)境溫度低于臨界溫度時，采用蒸汽伴熱或者電伴熱方式提供熱量)，然后氣化，低溫液體乙烯充分氣化后，使導(dǎo)壓管內(nèi)充滿氣相介質(zhì)。由于導(dǎo)壓管是聯(lián)通不間斷的，介質(zhì)的氣相壓力和導(dǎo)壓管內(nèi)的壓力幾乎相等，這樣就實現(xiàn)了通過測量介質(zhì)的氣相壓力來實現(xiàn)測量管線內(nèi)介質(zhì)壓力的目的。

要實現(xiàn)這種測壓方案，關(guān)鍵是要控制好介質(zhì)氣化后形成的氣液兩相的界面位置，盡量避免導(dǎo)壓管內(nèi)液柱的高度變化對測量準確性造成的影響。

因此針對這種方案，在取壓口選擇、導(dǎo)壓管安裝和變送器位置的選擇上都要做一定的修改。

3.2 方案分析

為了對方案可行性進行分析，現(xiàn)假設(shè)條件如下：

1)介質(zhì)保冷，至導(dǎo)壓管水平段。

2)取壓點到導(dǎo)壓管水平段都為液態(tài)。

3)介質(zhì)在導(dǎo)壓管水平段完全氣化。

4)導(dǎo)壓管水平段到變送器的垂直管內(nèi)為氣態(tài)。

設(shè)取壓點到導(dǎo)壓管水平段距離為：L；取壓點與管道水平中心線夾角為：θ；液態(tài)乙烯密度：ρ1；工藝管道內(nèi)介質(zhì)壓力為P0，變送器測得壓力為P1，則

(1)當取壓口在管道水平中心線上方時，如圖7所示，變送器實際測量壓力應(yīng)為：

P1=P0-ρ1*g*L*sinθ。

(2)當取壓點在管道水平中心線下方時，如圖8所示，變送器實際測量壓力應(yīng)為：

P1=P0+ρ1*g*L*sinθ。

圖7 取壓口在管道水平中心線上方

圖8 取壓口在管道水平中心線下方

為了保證變送器測得壓力與工藝管道內(nèi)介質(zhì)壓力相同，即P1=P0，那么需要使θ盡可能的小，理想狀態(tài)時θ為0°，即取壓口方向與管道中心水平線方向一致。

但是當θ為0°時，會使得在取壓口附近存在氣液兩相的情況，為了保證能夠?qū)饣蟮臍怏w封存在導(dǎo)壓管內(nèi)，同時又避免導(dǎo)壓管內(nèi)液柱變化太大，影響其測量準確性，所以取θ為5～10°。

3.3 安裝方案調(diào)整

3.3.1 取壓口的選擇

取壓口方向與管道水平中心線方向的夾角為5°～10°，把氣化后的氣體封住在導(dǎo)壓管里，又盡量避免導(dǎo)壓管里的液柱變化太大，影響測量準確性。

3.3.2 導(dǎo)壓管的安裝

為了滿足方案的假設(shè)條件，需要對導(dǎo)壓管進行特殊處理。

(1)從取壓點至導(dǎo)壓管水平段，已經(jīng)導(dǎo)壓管水平段300 mm處，需要作保冷處理，使介質(zhì)處于液體狀態(tài)。

(2)導(dǎo)壓管水平段距離要足夠長，至少2000 mm，保證介質(zhì)在該處能夠完全氣化，并有一定的氣相空間，避免導(dǎo)壓管垂直段存在液相的情況。

(3)考慮到項目所在地冬天氣溫較低，低于乙烯的臨界溫度，因此在導(dǎo)壓管水平段至壓力變送器之間要進行伴熱處理，使這段距離內(nèi)的介質(zhì)處于氣相狀態(tài)。

3.3.3 壓力變送器的安裝

測量低溫乙烯壓力其實是測量氣化后的氣體壓力，變送器的位置應(yīng)高于引壓閥。這樣避免液相流向壓力變送器，保證壓力變送器不要損壞。

調(diào)整后的安裝方案，如圖9所示。

圖9 低溫液體壓力測量安裝示意圖

4 小結(jié)

本文通過分析測量壓力參數(shù)時的影響因素，結(jié)合實際生產(chǎn)情況，給出了一種測量低溫液體壓力儀表的安裝方法，利用該方法，彌補了傳統(tǒng)測壓方式的不足，同時也很好的解決了實際生產(chǎn)需要問題。