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双法兰差压变送器的原理、安装要求及在化工行业中的应用

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 1 本文概述 
 化工行业为了确保安全平稳生产,需要对于生产各个环节的液位、物位进行实时的测量、监控与调节,使其保持在规定的范围内。无论对于产量的稳定,还是对于工作人员的人身安全都是非常重要的。科技发展至今,测量液位、物位的方法已经问世的有很多种,比如浮力法、静压法、电容法、超声波、雷达波等等。化工生产中,会遇到很多特殊的液体介质,比如有腐蚀性、挥发性、高粘度、易结晶、含杂质等各种各样的特点。为了解决导压管线腐蚀或堵塞的问题,一般选用双法兰差压液位变送器来测量液位,给现场仪表维护工作带来了极大的便利。本文以SC-3851LT系列为例,介绍了智能双法兰差压变送器的现场安装、调校和维护,以期为同行提供借鉴。本文智能双法兰差压变送器为例,介绍了智能双法兰差压变送器用于液位测量时的工作原理和调校步骤,详细分析并探讨了SC-3851LT智能双法兰变送器(液位计)的各类故障以及处理方法。
 
2 法兰式差压变送器结构及测量原理
   法兰式差压变送器的敏感元件是金属膜盒,经毛细管与变送器的测量室相通。由膜盒、毛细管、测量室组成的封闭系统内充有硅油,通过硅油传递压力。毛细管的内径较小(一般为0.7~1.8mm),在毛细管的外部套有金属蛇皮保护管,具有可挠性,单根毛细管长度一般在5~11m 之间可选择,省去了引压导管,安装也比较方便,解决了导管的腐蚀和阻塞问题。法兰变送器是在普通变送器基础上增加了一个远传密封装置构成的,所以也叫远传式变送器或隔膜密封式变送器。远传密封装置有法兰膜盒、毛细管和毛细管内填充液三部分组成。工作时,被测介质作用在法兰膜盒的隔离膜片上,使膜片产生变形,然后通过毛细管内的填充液将压力传递到变送器的敏感元件上,经过相应的转换,仪表便输出相应的信号。
 另外,因为毛细管内硅油液柱对双法兰差压变送器变送器的正负压室所产生的压力信号起到相互抵消的作用,所以理论上主体变送器的位置可以任意安装。
 
3 双法兰(智能)差压液位变送器的特点  
    SC-3851LT系列智能双法兰差压变送器结构如图1所示。

SC-3851双法兰差压变送器结构图


   图1 SC-3851LT 智能双法兰差压变送器结构图双法兰变送器和普通变送器相比较,有以下几个特点:
   (1)在普通变送器中,被测介质通过导压管进入测量室,如果被测介质是粘稠液体,则容易堵塞导压管;双法兰变送器用毛细管代替导压管,避免了堵塞现象,因为封闭毛细管中填充液的物化性质稳定,不像导压管内的介质那样易冻凝、易气化,因而不必像普通变送器那样加灌隔离液,增加隔离罐及冷凝器等辅助设施,既减少了静密封点,又提高了测量精度,同时降低了维护量。
   (2)双法兰差压变送器的法兰膜盒离变送器本体较远,可以提高仪表的接液温度,温度应用范围扩大。
 (3)结构简单(无任何可动或弹性元件)、可靠性高、维护量少、抗干扰能力强、调校简便,可广泛应用于粘稠、结晶、脏污、易燃易爆及腐蚀性液位的测量和信号变送,安全可靠。当然,双法兰差压变送器价格偏高,法兰膜片及毛细管易受损伤也是它的不足之处。
 
4 双法兰(智能)差压液位变送器的调校在进行任何设置或调校前,必须先把回路置于手动操作状态。
   4.1 变送器差压计算由于双法兰差压变送器在出厂校验时,正、负压法兰是放在同一高度上进行的,而在实际液位测量时,负法兰在上,正法兰在下,等于在变送器上预加了一个反向压差而使零位发生了负迁移,所以,在使用时需考虑零点迁移的问题。双法兰式差压变送器检测示意图如图2所示。

双法兰差压变送器检测液位原理图


   图2 双法兰差压变送器检测液位原理图
   假设双法兰填充液密度为ρ,被测介质密度为ρ’,该双法兰液位计为负迁移,迁移量(测量范围下限)为-ρgH。图2所示仪表量程为ρ’gH,下限加量程可得测量上限,则该表测量范围为-ρgH~(ρ’-ρ)gH。
   同理可得最低被测液位不在下法兰中心位置的变送器差压测量范围、最高被测液位不在上法兰中心位置的变送器差压测量范围,以及用于界面测量的变送器差压测量范围。只要清楚最低被测液位时变送器的正负压室的受压情况,以及液位在满量程变化范围内的受压情况,就可以得到变送器正确的测量范围。即智能仪表里所要设置的LRV 和URV两个参数。
   目前安装的双法兰都有上、下一次阀的放空装置,现场校验时关闭正、负压一次阀,打开放空阀,此时变送器所读的压力值就是就是变送器的迁移量,即为变送器测量下限,加上变送器所测的量程即可得到变送器的测量上限,这样操作调校得到的数据更为准确,从而避免因为理论计算带来的误差,提高了变送器的测量准确度。
   4.2 调校
 双法兰的调校比较特殊,无需手动调整零点和量程,一般不采用实际打压的方式调校,而是通过HART或其他协议手操器对变送器进行读写,达到设置变送器测量上下限的目的。从而完成对变送器的调校。手操器实际应用与其他智能仪表通讯方法一样,将手操器信号线与变送器信号接线端(或室内安全栅本安侧接线端)直接挂接,即可对变送器进行通讯和设置。就双法兰差压变送器来说,主要有测量下限LRV、测量上限URV 和阻尼时间等参数。设置简单便捷。当然,要注意测量范围的设置不要超出变送器测量极限。
 
5 实际应用中的注意事项
   5.1 选型
   主要注意变送器法兰尺寸与设备法兰尺寸的匹配,常用的一般为DN50mm 和DN80mm。SC-3851LT系列智能双法兰差压变送器毛细管填充液的类型也是比较容易忽视的地方,以EJA118W 来说,一般有A、B两种填充液,分别对应两种不同的填充液密度和不同的使用环境温度。
   5.2 安装
   首先,双法兰的高、低压侧要安装正确,标有“L”的低压侧在上,标有“H”的高压侧在下。其次,一定要保护好毛细管,最好使用角钢进行支撑保护,并且保证弯曲弧度不能小于厂家要求。安装双法兰差压变送器过程中,垫片选用一定要合适,不能压到法兰膜片,一定要确保每条螺栓都受力均匀(对角紧固),这样能才保证法兰面的平整,避免因法兰面不平而造成开车后泄漏。变送器的主体安装一定要低于高压侧(H 侧)法兰一段距离,具体视厂家要求而定,一般为500mm左右,主要是避免填充液液柱差长期反向加到法兰膜片上引起膜片变形损坏,从而影响到仪表的准确测量。虽然双法兰变送器主体安装理论上不受位置影响,但那是建立在正常工作的基础上,有一定的介质液位差可以抵消部分膜片所受的反向压力,但只要双法兰反向受力存在,长时间使用后势必会影响到双法兰变送器的准确度、稳定性甚至使用寿命。同样道理,双法兰变送器不适合使用在负压场合。
   5.3 毛细管环境
 一定要保证正、负压毛细管处于相同的环境温度当中,避免因温度不一致带来的测量误差。个别设计中有将毛细管进行伴热的做法也值得商榷,因无法保证正、负压所受的温度影响一致。而且伴热过大会引起毛细管内填充液汽化,使法兰及变送器本体膜片鼓凸变形,导致仪表报废。应当根据当地最低气温条件选择合适的毛细管填充液型号。尽量避免在毛细管上增加额外热源。
 
6 结束语
   双法兰差压变送器,具有量程比大、测量精度高、显示直观及调校简便等特点,与老式差压测液位方式相比,降低了维护工作量,提高了过程控制品质,能够为为生产监测提供有效、正确的仪表数据。目前,双法兰还可以应用到楔式流量计的测量当中,具有一定的推广价值。

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