雙法蘭液位計在現(xiàn)場應(yīng)用中不容忽視的問題探討

馬英(海南省洋浦技工學(xué)校，海南 儋州 570206)

0 引言

在化工工藝中，各種儲罐、容器的液位測量、控制、報警對生產(chǎn)安全運行有至關(guān)重要的作用。差壓式液位計以其結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便、調(diào)整靈活、信號遠傳、穩(wěn)定可靠等一系列優(yōu)勢使它在石油石化行業(yè)液位測量中應(yīng)用極為廣泛，尤其對于腐蝕性、易結(jié)晶、高粘度介質(zhì)容器液位的測量優(yōu)勢更加顯著。但是，再可靠的儀表，也會有影響其測量穩(wěn)定性和準確度的因素。這就需要儀表維護人員在應(yīng)用差壓液位計時能夠正確判斷、分析出現(xiàn)的問題，并能根據(jù)其結(jié)構(gòu)和工作原理找到產(chǎn)生問題的原因從而修正或者避免問題。

1 雙法蘭液位計結(jié)構(gòu)組成和測量原理

了解雙法蘭液位計的結(jié)構(gòu)組成和工作原理，是分析應(yīng)用問題的前提。雙法蘭液位計，它是基于流體靜力學(xué)原理測量液位的，主要由法蘭式測量頭、毛細管和差壓變送器三部分組成(如圖1 所示)。法蘭處密封隔離膜片能夠防止容器中的介質(zhì)直接進入差壓變送器，它與變送器之間是靠充滿隔離液(一般采用硅油)的毛細管連接起來的，當膜片受壓后產(chǎn)生微小變形，變形位移通過隔離液傳遞給變送器，由變送器處理后轉(zhuǎn)換成輸出信號[1]。

圖1 雙法蘭液位計的組成及原理示意圖

根據(jù)流體靜力學(xué)原理可得，差壓變送器輸入的差壓信號與液位成正比，而差壓信號與輸出輸電流成線性對應(yīng)關(guān)系，表達式如下：

可見，當容器液位H=0 時，變送器輸入差壓信號Δp=-(h2-h1)ρ2g，雙法蘭液位變送器在對密閉容器液位測量時首先要對其測量范圍進行負遷移。而遷移量對應(yīng)的高度差h2-h1即為兩個法蘭安裝端面中心線之間的距離，因此，雙法蘭差壓液位計在兩個法蘭安裝位置確定以后，就可以根據(jù)公式計算出其負遷移量，再由遷移機構(gòu)或者手操器對差壓變送器實施負遷移。

2 實際應(yīng)用中不容忽視的問題

為了保證雙法蘭液位計液位測量的準確性，必須首先保證容器內(nèi)氣相、液相介質(zhì)對差壓變送器高、低壓側(cè)作用壓力傳遞的準確性，從壓力作用的起點出發(fā)，根據(jù)雙法蘭液位計的組成部分和工作原理來分析應(yīng)用中出現(xiàn)的問題，是工藝中常用的分析應(yīng)用問題的方法。

2.1 保持法蘭測量頭隔離膜片的完整和清潔

由于法蘭測量頭隔離膜片的隔離作用，使被測介質(zhì)不能與差壓變送器直接接觸，不會腐蝕或者堵塞儀表，使得雙法蘭液位計在腐蝕性、易結(jié)晶、高粘度介質(zhì)液位的測量中優(yōu)勢明顯。但是，法蘭隔離膜片材料的耐腐蝕可靠性會隨著使用時間的推移降低，并且法蘭隔離膜片的清潔度也會影響壓力傳感，具體表現(xiàn)為：

(1)當法蘭測量頭長期與容器內(nèi)腐蝕性介質(zhì)氣相或者液相接觸時，可能對膜片造成一定腐蝕進而出現(xiàn)隔離液漏液現(xiàn)象，使液位測量不準。膜片腐蝕漏液導(dǎo)致測量液位不準是雙法蘭液位計在應(yīng)用過程中常見的故障現(xiàn)象，如果膜片出現(xiàn)腐蝕，一定要及時更換法蘭。

(2)當其長期接觸易結(jié)晶、高粘度介質(zhì)時，容易導(dǎo)致介質(zhì)結(jié)晶或者粘附在膜片上，或者當容器底部有雜質(zhì)淤積在法蘭膜片處時，導(dǎo)致法蘭膜片壓力傳感出現(xiàn)滯后或液位變化而儀表輸出不變。因此，法蘭測量頭要定期拆開清洗，確保感壓靈敏度、傳壓響應(yīng)速度。

2.2 保持毛細引壓管的順暢不能有折

毛細管內(nèi)充有硅油，一方面用于隔離容器內(nèi)的腐蝕性或者結(jié)晶介質(zhì)，另一方面用于傳遞法蘭測量頭感受到的容器底部的介質(zhì)壓力，引壓管不需要豎直放置，多余長度的毛細引壓管可以卷起來固定，但要保證隔離液流動的順暢，毛細管不能有折[2]，如果打折，就阻礙了壓力的傳遞。

2.3 高溫、高壓容器內(nèi)介質(zhì)密度變化大，不容忽視

一般差壓式液位計在使用中忽略了液體密度的變化，在常溫常壓下這種忽略問題不大，但在高溫高壓條件下這種忽略將造成很大測量誤差。這是由于在高溫高壓條件下液體的密度波動很大。因此，在測量時需結(jié)合容器內(nèi)的實際壓力和溫度，修正介質(zhì)的密度，從而得到更加準確的液位高度值。

2.4 溫度對隔離液密度有影響

當容器介質(zhì)為高溫時，靠近容器部分的毛細管內(nèi)的硅油受熱大，膨脹系數(shù)大，而遠離容器部分的毛細管內(nèi)的硅油膨脹系數(shù)小，當環(huán)境溫度很低時，耐高溫硅油對低溫時間響應(yīng)慢，壓力傳遞不均衡，易造成液位測量的不穩(wěn)定。

(1)需要考慮環(huán)境高溫對硅油膨脹系數(shù)的影響。夏天環(huán)境溫度高，陽光能直接照射到?jīng)]有保溫系統(tǒng)的法蘭毛細管，使毛細管溫度急劇上升。如果儀表出廠時質(zhì)量不過關(guān)，在向膜盒內(nèi)充裝硅油前沒有將內(nèi)部空氣清除干凈(或充裝硅油膨脹系數(shù)過大)，導(dǎo)致氣體受熱膨脹，膜盒內(nèi)壓力升高，儀表指示出現(xiàn)偏差。暫時可以將法蘭及毛細管等陽光直射部分加裝保溫層來減小影響，長遠打算的話要更換雙法蘭。

(2)需要考慮低溫對硅油密度的影響。對于北方(尤其是東北地區(qū))環(huán)境來說，冬季溫度達到零度以下(甚至零下幾十度)，應(yīng)用雙法蘭液位計時首先要對硅油的耐溫范圍進行優(yōu)選，此外，為了可靠還需要對毛細管有保溫措施如用電伴熱的方式減小環(huán)境溫度對硅油密度的影響。

國外也有公司使用雙填充液(耐高溫+耐低溫)來解決容器內(nèi)外溫度差異對壓力傳遞響應(yīng)速度造成影響的問題。

2.5 負壓容器液位測量偏差大

雙法蘭變送器的工作壓力一般要求在大氣壓以上，如果需要在大氣壓以下(負壓)工作，工作溫度不能太高。雙法蘭液位計在負壓理論上是能夠正常工作的，但是在負壓下工作時，法蘭膜盒中的膜片因受真空而向外鼓包，于是毛細引壓管內(nèi)壓力降低，填充液的粘度也逐漸下降，并開始蒸發(fā)。當填充液內(nèi)出現(xiàn)氣體時，壓力的傳遞便會減慢，造成儀表測量滯后[3]。再就是，因為隔離液填充前需對毛細管抽真空，而這個過程往往會不可避免的產(chǎn)生一些微小的氣泡，在容器負壓下，這些小氣泡在負壓下會膨大，一些雜質(zhì)如水分會汽化形成氣泡，會影響壓力傳遞的穩(wěn)定性。因此，負壓下工作對雙法蘭液位計的質(zhì)量要求很高。要么選用高質(zhì)量的變送器，要么避免采用。

3 典型案例分析

工況描述：冬季，某北方公司工藝上使用雙法蘭液位計測量密閉儲罐液位，毛細管內(nèi)硅油是D 型，防凍零下45℃的。介質(zhì)溫度為10℃左右，罐外環(huán)境溫度為晚上零下20℃左右，白天零下15℃左右。上下法蘭及毛細管無伴熱，表頭(變送器)及多余的毛細管在保溫箱內(nèi)且保溫箱內(nèi)有電伴熱。

故障現(xiàn)象：連續(xù)幾天控制室操作盤上顯示雙法蘭液位計遠傳波動較大，但有一定規(guī)律。(第一天觀察發(fā)現(xiàn)：從早上8%開始慢慢上升，到中午達到100%，下午又降到40%多，實際現(xiàn)場翻板也就20 多%。第二天觀察發(fā)現(xiàn)：從中午的41%上升到下午三點的50%，夜間十點發(fā)現(xiàn)又降到43%了，次日早上八點又變到60%)

故障分析與排查：

(1)確認工藝是否有波動，可通過放空磁翻板液位計來確認是否存在虛假液位。排除虛假液位后，進一步排查儀表故障。

(2)液位不穩(wěn)，也就是差壓不穩(wěn)，首先考慮法蘭測量頭膜片是否有漏液。如果是負壓側(cè)法蘭漏液，會導(dǎo)致測量結(jié)果變大；正壓側(cè)法蘭漏液，會導(dǎo)致測量結(jié)果變小。經(jīng)檢查，上法蘭負壓室滲漏，毛細管內(nèi)硅油滲漏，導(dǎo)致液位計遠傳值偏高。

(3)差壓有升有降，還要考慮到隔離液受環(huán)境溫度的影響[2]。由于是冬季，溫度低且晝夜溫差大，耐低溫硅油的密度在低溫時變化也較大。負遷移量為Δp=-(h2-h1)ρ2g，硅油熱脹冷縮，溫度升高時，硅油密度降低，負遷移量變小，對應(yīng)輸入差壓增大，輸出電流增大，所測液位變大；反之，溫度下降時，硅油密度有所升高，負遷移量變大，對應(yīng)輸入差壓信號變小，輸出電流也變小，所測液位偏低。由于差壓變送器與毛細管局部在儀表箱內(nèi)(儀表箱內(nèi)有電伴熱受熱)，負壓側(cè)裸露在外的長度要大于正壓側(cè)，儀表箱外處于環(huán)境溫度下的毛細管受熱不均，也會導(dǎo)致壓力不穩(wěn)?；谝陨戏治?，可對雙法蘭連接處和裸露在外的毛細管增加同樣的保溫措施。

4 結(jié)語

雙法蘭液位計以其獨特的優(yōu)勢在工藝上得到廣泛的應(yīng)用，但是在使用過程中其測量準確性還是難免會受到一些因素的影響，需要結(jié)合工藝、環(huán)境溫度以及其結(jié)構(gòu)組成去分析出現(xiàn)的問題現(xiàn)象，及時調(diào)整和修正，才能更大程度的減小液位測量誤差和不穩(wěn)定性，服務(wù)于工藝生產(chǎn)自動化控制。