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探討雙法蘭液位計(jì)在實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中不容忽視的問題
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探討雙法蘭液位計(jì)在實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中不容忽視的問題

時(shí)間:2020-09-16 16:08:26

         摘要:雙法蘭液位計(jì)以其測(cè)量穩(wěn)定可靠、安裝維護(hù)方便的優(yōu)勢(shì)在石油石化工藝上應(yīng)用極為廣泛,尤其當(dāng)容器內(nèi)介質(zhì)為腐蝕性、易結(jié)晶、粘度高時(shí)更具優(yōu)勢(shì)。結(jié)合雙法蘭液位的結(jié)構(gòu)及工作原理,從工藝現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用出發(fā),并針對(duì)典型案例分析對(duì)雙法蘭液位計(jì)測(cè)量穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性不容忽視的影響因素。iU4壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器

 
引言
       在化工工藝中,各種儲(chǔ)罐、容器的液位測(cè)量、控制、報(bào)警對(duì)生產(chǎn)安全運(yùn)行有至關(guān)重要的作用。差壓式液位計(jì)以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便、調(diào)整靈活、信號(hào)遠(yuǎn)傳、穩(wěn)定可靠等一系列優(yōu)勢(shì)使它在石油石化行業(yè)液位測(cè)量中應(yīng)用極為廣泛,尤其對(duì)于腐蝕性、易結(jié)晶、高粘度介質(zhì)容器液位的測(cè)量?jī)?yōu)勢(shì)更加顯著。但是,再可靠的儀表,也會(huì)有影響其測(cè)量穩(wěn)定性和準(zhǔn)確度的因素。這就需要儀表維護(hù)人員在應(yīng)用差壓液位計(jì)時(shí)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(jì)結(jié)構(gòu)組成和測(cè)量原理
       了解雙法蘭液位計(jì)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(jì),它是基于流體靜力學(xué)原理測(cè)量液位的,主要由法蘭式測(cè)量頭、毛細(xì)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(jìn)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(xì)管連接起來的,當(dāng)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(hào)[1]。
 雙法蘭液位計(jì)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(hào)與液位成正比,而差壓信號(hào)與輸出輸電流成線性對(duì)應(yīng)關(guān)系,表達(dá)式如下:
pH=p+Hρ1g+h1 ρ1g 
pL=p+h2 ρ2 g 
Δp=pH-pL=Hρ1g-(h2-h1)ρ2 g
       可見,當(dāng)容器液位H=0 時(shí),變送器輸入差壓信號(hào)Δp=-(h2- h1)ρ2g,雙法蘭液位變送器在對(duì)密閉容器液位測(cè)量時(shí)shou先要對(duì)其測(cè)量范圍進(jìn)行負(fù)遷移。而遷移量對(duì)應(yīng)的高度差h2-h1 即為兩個(gè)法蘭安裝端面中心線之間的距離,因此,雙法蘭差壓液位計(jì)在兩個(gè)法蘭安裝位置確定以后,就可以根據(jù)公式計(jì)算出其負(fù)遷移量,再由遷移機(jī)構(gòu)或者手操器對(duì)差壓變送器實(shí)施負(fù)遷移。
 
2 實(shí)際應(yīng)用中不容忽視的問題
       為了保證雙法蘭液位計(jì)液位測(cè)量的準(zhǔn)確性,必須shou先保證容器內(nèi)氣相、液相介質(zhì)對(duì)差壓變送器高、低壓側(cè)作用壓力傳遞的準(zhǔn)確性,從壓力作用的起點(diǎn)出發(fā),根據(jù)雙法蘭液位計(jì)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(cè)量頭隔離膜片的完整和清潔
       由于法蘭測(cè)量頭隔離膜片的隔離作用,使被測(cè)介質(zhì)不能與差壓變送器直接接觸,不會(huì)腐蝕或者堵塞儀表,使得雙法蘭液位計(jì)在腐蝕性、易結(jié)晶、高粘度介質(zhì)液位的測(cè)量中優(yōu)勢(shì)明顯。但是,法蘭隔離膜片材料的耐腐蝕可靠性會(huì)隨著使用時(shí)間的推移降低,并且法蘭隔離膜片的清潔度也會(huì)影響壓力傳感,具體表現(xiàn)為:
       (1) 當(dāng)法蘭測(cè)量頭長(zhǎng)期與容器內(nèi)腐蝕性介質(zhì)氣相或者液相接觸時(shí),可能對(duì)膜片造成一定腐蝕進(jìn)而出現(xiàn)隔離液漏液現(xiàn)象,使液位測(cè)量不準(zhǔn)。膜片腐蝕漏液導(dǎo)致測(cè)量液位不準(zhǔn)是雙法蘭液位計(jì)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(shí)更換法蘭。
       (2) 當(dāng)其長(zhǎng)期接觸易結(jié)晶、高粘度介質(zhì)時(shí),容易導(dǎo)致介質(zhì)結(jié)晶或者粘附在膜片上,或者當(dāng)容器底部有雜質(zhì)淤積在法蘭膜片處時(shí),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(cè)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(xì)引壓管的順暢不能有折
       毛細(xì)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(cè)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(zhǎng)度的毛細(xì)引壓管可以卷起來固定,但要保證隔離液流動(dòng)的順暢,毛細(xì)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(jì)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(cè)量誤差。這是由于在高溫高壓條件下液體的密度波動(dòng)很大。因此,在測(cè)量時(shí)需結(jié)合容器內(nèi)的實(shí)際壓力和溫度,修正介質(zhì)的密度,從而得到更加準(zhǔn)確的液位高度值。
 
2.4 溫度對(duì)隔離液密度有影響
       當(dāng)容器介質(zhì)為高溫時(shí),靠近容器部分的毛細(xì)管內(nèi)的硅油受熱大,膨脹系數(shù)大,而院秒容器部分的毛細(xì)管內(nèi)的硅油膨脹系數(shù)小,當(dāng)環(huán)境溫度很低時(shí),耐高溫硅油對(duì)低溫時(shí)間響應(yīng)慢,壓力傳遞不均衡,易造成液位測(cè)量的不穩(wěn)定。
       (1) 需要考慮環(huán)境高溫對(duì)硅油膨脹系數(shù)的影響。夏天環(huán)境溫度高,陽(yáng)光能直接照射到?jīng)]有保溫系統(tǒng)的法蘭毛細(xì)管,使毛細(xì)管溫度急劇上升。如果儀表出廠時(shí)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(shí)可以將法蘭及毛細(xì)管等陽(yáng)光直射部分加裝保溫層來減小影響,長(zhǎng)遠(yuǎn)打算的話要更換雙法蘭。
       (2) 需要考慮低溫對(duì)硅油密度的影響。對(duì)于北方( 尤其是東北地區(qū)) 環(huán)境來說,冬季溫度達(dá)到零度以下( 甚至零下幾十度),應(yīng)用雙法蘭液位計(jì)時(shí)shou先要對(duì)硅油的耐溫范圍進(jìn)行優(yōu)選,此外,為了可靠還需要對(duì)毛細(xì)管有保溫措施如用電伴熱的方式減小環(huán)境溫度對(duì)硅油密度的影響。國(guó)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(duì)壓力傳遞響應(yīng)速度造成影響的問題。
 
2.5 負(fù)壓容器液位測(cè)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(fù)壓) 工作,工作溫度不能太高。雙法蘭液位計(jì)在負(fù)壓理論上是能夠正常工作的,但是在負(fù)壓下工作時(shí),法蘭膜盒中的膜片因受真空而向外鼓包,于是毛細(xì)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(dāng)填充液內(nèi)出現(xiàn)氣體時(shí),壓力的傳遞便會(huì)減慢,造成儀表測(cè)量滯后[3]。再就是,因?yàn)楦綦x液填充前需對(duì)毛細(xì)管抽真空,而這個(gè)過程往往會(huì)不可避免的產(chǎn)生一些微小的氣泡,在容器負(fù)壓下,這些小氣泡在負(fù)壓下會(huì)膨大,一些雜質(zhì)如水分會(huì)汽化形成氣泡,會(huì)影響壓力傳遞的穩(wěn)定性。因此,負(fù)壓下工作對(duì)雙法蘭液位計(jì)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(jì)測(cè)量密閉儲(chǔ)罐液位,毛細(xì)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(xì)管無伴熱,表頭( 變送器) 及多余的毛細(xì)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(jì)遠(yuǎn)傳波動(dòng)較大,但有一定規(guī)律。( 地衣天觀察發(fā)現(xiàn):從早上8% 開始慢慢上升,到中午達(dá)到100%,下午又降到40% 多,實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)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(diǎn)的50%,夜間十點(diǎn)發(fā)現(xiàn)又降到43% 了,次日早上八點(diǎn)又變到60%)
 
故障分析與排查:
       (1) 確認(rèn)工藝是否有波動(dòng),可通過放空磁翻板液位計(jì)來確認(rèn)是否存在虛假液位。排除虛假液位后,進(jìn)一步排查儀表故障。
       (2) 液位不穩(wěn),也就是差壓不穩(wěn),shou先考慮法蘭測(cè)量頭膜片是否有漏液。如果是負(fù)壓側(cè)法蘭漏液,會(huì)導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果變大;正壓側(cè)法蘭漏液,會(huì)導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果變小。經(jīng)檢查,上法蘭負(fù)壓室滲漏,毛細(xì)管內(nèi)硅油滲漏,導(dǎo)致液位計(jì)遠(yuǎn)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(shí)變化也較大。負(fù)遷移量為Δp=-(h2-h1)ρ2g,硅油熱脹冷縮,溫度升高時(shí),硅油密度降低,負(fù)遷移量變小,對(duì)應(yīng)輸入差壓增大,輸出電流增大,所測(cè)液位變大;反之,溫度下降時(shí),硅油密度有所升高,負(fù)遷移量變大,對(duì)應(yīng)輸入差壓信號(hào)變小,輸出電流也變小,所測(cè)液位偏低。由于差壓變送器與毛細(xì)管局部在儀表箱內(nèi)( 儀表箱內(nèi)有電伴熱受熱),負(fù)壓側(cè)裸露在外的長(zhǎng)度要大于正壓側(cè),儀表箱外處于環(huán)境溫度下的毛細(xì)管受熱不均,也會(huì)導(dǎo)致壓力不穩(wěn)�;谝陨戏治�,可對(duì)雙法蘭連接處和裸露在外的毛細(xì)管增加同樣的保溫措施。
 
4 結(jié)語(yǔ)
       雙法蘭液位計(jì)以其好特的優(yōu)勢(shì)在工藝上得到廣泛的應(yīng)用,但是在使用過程中其測(cè)量準(zhǔn)確性還是難免會(huì)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(shí)調(diào)整和修正,才能更大程度的減小液位測(cè)量誤差和不穩(wěn)定性,服務(wù)于工藝生產(chǎn)自動(dòng)化控制。
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