探討雙法蘭差壓變送器在界位測量中的運用

李彩云

（北京燕化正邦設備檢修有限公司，北京 102599）

根據(jù)現(xiàn)階段的社會生產(chǎn)需求而言，在化工、石油和石化以及醫(yī)藥等眾多行業(yè)當中使用到多種不同形態(tài)的反應釜用來儲存生成的反應物以及采集物。這樣的介質(zhì)其形態(tài)上大多不固定，包括多種液體及液體混合產(chǎn)物，即表示為多種介質(zhì)混合物。在容器中，各種不同密度以及形態(tài)的物質(zhì)將會分層存在。為了能夠精準控制生產(chǎn)，則需要進一步研究混合物的組成情況，測量分界面位置。因此，依靠更加簡便的雙法蘭差壓變送器測量則更為安全高效。

1 雙法蘭差壓變送器構成以及作用

雙法蘭差壓變送器結構包括了帶密封隔膜的雙法蘭、差壓變送器、毛細管等，如圖1所示。它們之間用外套螺母、接管和接頭緊密連接起來，其中負責接通管路以及智能變送器的重要結構就是法蘭盤的存在，能夠精準連接儀表以及工藝設備，且法蘭盤中的膜盒同時具備壓力測量功能。

圖1 雙法蘭差壓變送器Fig.1 Double flange differential pressure transmitter

雙法蘭差壓變送器，其優(yōu)點在于能夠在任何位置以及高度進行安裝，更加便捷且適應性較強。針對于在反應釜中的不同介質(zhì)進行測量，能夠更加精準地獲取到不同介質(zhì)的界面位置，保障形成高精度的測量效果。基于在實際當中的測量作業(yè)而言，雙法蘭差壓變送器借助于兩側不同差壓的原件進行測量，獲取到基于不同壓力差狀態(tài)下的相關數(shù)據(jù)，并借助于將被測數(shù)據(jù)進行傳遞，在二次儀表上獲取到有關界面的位置參數(shù)。

雙法蘭差壓變送器在應用過程中對反應釜中的不同介質(zhì)的位置進行測量連接主要是應用到毛細管結構，毛細管內(nèi)部采用真空充填注滿液體（一般采用硅油），毛細管起到壓力傳遞作用，并不產(chǎn)生連通反應，相當于將差壓變送器測量元件中的隔離膜片延伸到設備開口處，則不會造成液體堵塞，具有較高的應用可靠度，能高效地解決粘稠、腐蝕、結焦等各種臟污介質(zhì)對測量帶來的影響，獲取被測參數(shù)僅需要根據(jù)高低壓側膜片受壓后產(chǎn)生微小位移，變形位移或頻率通過毛細管的液體傳遞給變送器，從而對兩側的壓差狀態(tài)進行測量，計算之間的壓差[4]。雙法蘭差壓變送器測量液位時，通常情況下與被測介質(zhì)在反應釜中的實際高度以及液體密度之間存在著一定的關聯(lián)，經(jīng)過調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)二者存在正比關系。

差壓變送器則是雙法蘭差壓變送器儀表中的關鍵部分，包括液晶顯示、電氣連接、電路板等眾多種類，能夠?qū)崟r顯示測量值，直接觀察到液位數(shù)據(jù)，便于管理。

2 界位測量中的雙法蘭差壓變送器應用

2.1 安裝

對反應釜中的不同介質(zhì)界位進行測量，首先需要精準安裝雙法蘭差壓變送器，要求反應釜底部的法蘭取壓口結構能夠與差壓變送器中的高壓側進行連接，則相應的低壓側與反應釜頂部的法蘭取壓口相連接，高低壓側均應垂直安裝。從而保證反應釜中的相關介質(zhì)界面實際位置能夠與壓差值成正比。借助于積分運算，從而獲取到更加完整的界面數(shù)據(jù)資料。

在差壓變送器中，液位計的應用其作用在于避免反應釜中的液體具有腐蝕性對差壓變送器測量產(chǎn)生一定影響。在雙法蘭結構的作用下，通過連接兩個法蘭結構，避免借助堵塞測量管或是對其產(chǎn)生腐蝕作用，確保能夠形成高精度的測量效果[1]。由于在實際中需要差壓變送器與反應釜相連接，則促使高壓取壓口能夠始終維持在起始液面的統(tǒng)一高度狀態(tài)。且在低壓室中，同樣具有一定要求，不能夠存在凝析介質(zhì)，才能夠精準測量，并保持密度不變的被測介質(zhì)狀態(tài)，滿足測量需求。

安裝雙法蘭差壓變送器，要求符合安裝標準規(guī)范，能夠保障使用安全，否則將會對變送器的使用質(zhì)量、測量結果以及壽命等產(chǎn)生影響。儀表安裝地點應選取在不僅需要便于觀測，同時也需要便于維修的地方。與反應釜保持相對較近的被測距離，才能夠避免原材料消耗。安裝雙法蘭差壓變送器時，需要對使用環(huán)境進行相應的控制，環(huán)境溫度不能變化太大，符合絕熱狀態(tài)溫度，否則應采取隔熱措施。若差壓變送器本體安裝在室外，最好采用安裝配套儀表保溫箱，將差壓變送器測量表頭安裝在儀表保溫箱內(nèi)，保證變送器內(nèi)部電路板及顯示屏滿足適用溫度，能更加高效測量結果處理，轉換成輸出信號。毛細管受到外界溫度的影響出現(xiàn)變形等問題，將會對差壓的測量計算等產(chǎn)生相應的影響，無法精準測量界位，且使用內(nèi)部調(diào)節(jié)裝置，對誤差進行補償，并對量程進行調(diào)節(jié)，適應不同生產(chǎn)環(huán)境下的變化需求，才能夠更加精準地測量不同介質(zhì)界面位置，從而為相應行業(yè)的生產(chǎn)提供詳細數(shù)據(jù)資料。

在安裝時，需要對毛細管的敷設施加保護措施。為了減小環(huán)境溫度差對測量的影響，可將高、低壓測的毛細管捆綁在一起，并固定牢固，防止風以及振動的影響，對于超長部分應卷在一起固定。毛細管直徑較小，一般內(nèi)徑在0.7mm～1.8mm，外面套有金屬蛇皮管進行保護，具有可撓性。安裝時，對毛細管的實際長度進行考量，單跟毛細管長度一般在3m～11m之間可以選擇，選擇適應其長度范圍，避免出現(xiàn)超出使用長度的問題。安裝時毛細管的彎曲半徑不能夠小于50mm，不能扭曲、擠壓，不能施加過大的壓力，否則將會造成毛細管過彎斷裂[5]。

安裝雙法蘭時，對壓力膜盒做好保護，不能將膜盒直接放于地面，防止膜盒表面變形、有劃傷和損壞。法蘭安裝應密封良好，根據(jù)工藝設備要求選取法蘭公稱直徑和公稱壓力相對應的法蘭墊片，且墊片無劃痕，墊片應均勻加裝在固定法蘭螺栓內(nèi)側，避免法蘭墊片與膜盒出現(xiàn)過于擁擠的現(xiàn)象，否則將會在擠壓作用下造成壓力值測量不準，影響正常傳遞壓力數(shù)值。螺栓要按設計規(guī)定規(guī)格選用，不能隨意代替，安裝前應進行油潤，防止生銹。螺帽與螺栓應垂直地支撐在法蘭面上，在緊固螺帽時，采用對角線緊固法，先預緊，然后按一定順序逐個緊固，防止法蘭受力不勻壓偏而密封不嚴。

安裝完成后，需要對差壓變送器進行調(diào)試，調(diào)節(jié)零點遷移作用，確保儀表零點標準，才能夠正常實施測量作業(yè)[2]。

2.2 測量

雙法蘭差壓變送器測量界位，最好是兩種介質(zhì)密度相差較大。在使用到雙法蘭差壓變送器測量兩種不同介質(zhì)界面的過程中，需要正確選擇適合的變送器結構，并檢查驗收其各項組成部分，按照嚴格的技術標準執(zhí)行相應的操作，保障正確安裝，避免基于人為失誤促使儀表使用性能受到影響。測量時，上下法蘭必須完全被液體浸沒。同時，在使用中需要做好相應的維護工作。檢修的過程中，若發(fā)現(xiàn)磁翻板對界位測量不敏感，難以形成良好的界位測量效果，或是在較為寒冷的環(huán)境中出現(xiàn)凍凝現(xiàn)象，或是普通差壓變送器導壓管出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象，或是介質(zhì)臟污促使浮子卡動等，則可以使用到雙法蘭差壓變送器對液位進行控制，并對反應釜中的各種介質(zhì)進行精準的測量。對反應釜內(nèi)部的液體以及氣體等介質(zhì)界面位置變化進行跟蹤，并借助于控制裝置生成的相關參數(shù)，保障形成更加穩(wěn)定的裝置運行效率，符合設計標準，避免在使用過程中出現(xiàn)冒罐問題。

測量中主要是應用到集收納控制系統(tǒng)加以輔助，或是借助于編程邏輯控制器PLC等協(xié)助應用，對現(xiàn)場變送器測量中的信號進行采集，并進行整合輸出。根據(jù)系統(tǒng)編程功能，對反應釜的內(nèi)部介質(zhì)界面位置進行計算，實際測量中差壓變送器與容器之間的上下壓差設定為ΔPa，變送器兩側的壓差之間距離表示為H0，在反應釜中的上層介質(zhì)密度設定為ρ輕，下層介質(zhì)的密度則設定為ρ重。其中，H2表示為反應釜中分界面的上層介質(zhì)距離分界面的實際高度，H1表示為下層介質(zhì)距離分界面的實際高度參數(shù)，H為液位測量的高度，g表示為重力加速度的常數(shù)。雙法蘭差壓變送器測量界位示意圖如圖2所示。

圖2 雙法蘭差壓變送器測量界位示意圖Fig.2 Schematic diagram of measurement boundary for double flange differential pressure transmitter

當界面最低時，即輕介質(zhì)液體充滿容器時，即零點根據(jù)公式為：

當界面最高時，即重介質(zhì)液體充滿容器時，即滿量程根據(jù)公式為：

量程范圍為：

界面為零時，儀表正負壓室的壓力為：

遷移量為：

如P正＜P負為負遷移，如P正＞P負為正遷移[3]。

同時在測量界位的過程中，若當前介質(zhì)具有一定的腐蝕性，則相應地需要選擇具有防腐作用的雙法蘭差壓變送器結構，從而能夠適應各種不同的介質(zhì)需求形成相應的精準測量效果。

2.3 應用智能雙法蘭差壓變送器

智能雙法蘭差壓變送器結構具有更加強大的測量功能，并能夠形成更加精準的測量效果，僅需要合理的應用維護，就能夠獲取到反應釜中的不同介質(zhì)界位參數(shù)。相較于一般狀態(tài)下的差壓變送器結構，增加了微處理器，形成更加廣泛的測量作用。通過數(shù)據(jù)通訊控制生產(chǎn)現(xiàn)場，能夠完成自動測量，精準現(xiàn)實反應釜中的不同介質(zhì)界位參數(shù)。通過智能設定變送器的參數(shù)，進行修改、調(diào)試以及設定等，在自動化的作用下進行管理能夠有效避免人為干擾，在計算完成后植入到相應的雙法蘭差壓變送器中，能夠形成更加精準的測量效果。

3 雙法蘭差壓變送器測量界位的常見故障處理

1）上法蘭排出來是輕介質(zhì)，下法蘭排出來是重介質(zhì)，是正常工況，可以與就地磁翻板液位計作比較，新零點計算：

2）上法蘭排出來是輕介質(zhì)，下法蘭排出來是輕介質(zhì)，是正常工況，此時為零點量程下限，觀察PV值與理論值是否一致。理論計算：

3）上法蘭排出來是重介質(zhì)，下法蘭排出來是重介質(zhì)，是正常工況，此時為量程上限，觀察PV值與理論值是否一致。理論計算：

表1 常見故障分析處理表Table 1 Common fault analysis and handling table

4）上法蘭排出來是氣體，下法蘭排出來是重介質(zhì)，是不正常工況，不具備界面產(chǎn)生條件。

5）上法蘭排出來是氣體，下法蘭排出來是輕介質(zhì)，是不正常工況，不具備界面產(chǎn)生條件。

4 雙法蘭差壓變送器現(xiàn)場故障案例

故障現(xiàn)象：某烯烴裝置，一油水分離罐南側安裝一雙法蘭差壓變送器，夏季氣溫較高，太陽直射，工藝反應液位顯示波動。

故障分析：1）判斷是工藝介質(zhì)原因。經(jīng)與工藝確認后，介質(zhì)沒有更換，現(xiàn)場就地液位計不波動，排除原因；2）判斷變送器參數(shù)有問題。連接手操器檢查，更改阻尼參數(shù)后仍然波動，排除原因；3）判斷是毛細管沒有固定牢固，離伴熱管太緊或太陽直射溫度太高。經(jīng)檢查，毛細管固定牢固，無晃動跡象。毛細管外的蛇皮管溫度太高，使毛細管溫度急劇上升，毛細管內(nèi)硅油系數(shù)膨脹，膜盒壓力升高，儀表指示波動。

故障處理：將毛細管及雙法蘭等太陽直射的部位加裝保溫措施，避免太陽光直射，降低外界溫度，恢復膜盒正常壓力。待工藝觀察一段時間后，儀表波動消除。

5 結束語

采用雙法蘭差壓變送器解決了易凝固、易結晶、易腐蝕、高粘度的液位測量問題，對反應釜混合介質(zhì)界位測量中的雙法蘭差壓變送器實際使用進行研究，其能夠精準測量反應釜中的各種介質(zhì)位置。根據(jù)壓差進行精準計算，從而能夠為工業(yè)生產(chǎn)提供更加可靠的相關參數(shù)，順利完成生產(chǎn)任務。