雙法蘭差壓變送器在高加液位測(cè)量中的應(yīng)用

摘要:介紹雙法蘭差壓變送器在三門核電高壓加熱器液位測(cè)量中的參數(shù)計(jì)算、設(shè)置、調(diào)試、安裝。并通過和常規(guī)電廠高加液位測(cè)量方法進(jìn)行對(duì)比分析,闡述雙法蘭差壓變送器在高加液位測(cè)量中的優(yōu)點(diǎn)。
0引言
       核電常規(guī)島高壓加熱器(高加),是核電回?zé)嵯到y(tǒng)中重要的加熱設(shè)備,其運(yùn)行狀況的優(yōu)劣不僅影響機(jī)組的安全，同時(shí)對(duì)機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性也有較大的影響。要使加熱器安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，首先應(yīng)保證加熱器在正常、穩(wěn)定的水位下運(yùn)行,水位測(cè)量是前提性條件。常規(guī)火電廠通常的做法是通過平衡容器和普通差壓變送器進(jìn)行測(cè)量，而三門核電是使用霍尼韋爾ST3000系列雙法蘭遠(yuǎn)傳式差壓變送器。介紹雙法蘭差壓變送器測(cè)量液位原理和在三門核電的應(yīng)用。
1雙法蘭差壓變送器
       法蘭變送器是在普通的變送器基礎(chǔ)上增加了一個(gè)遠(yuǎn)程密封裝置構(gòu)成的,所以也叫遠(yuǎn)傳式變送器或隔膜密封式變送。遠(yuǎn)程密封裝置由法蘭膜盒、毛細(xì)管和毛細(xì)管內(nèi)的填充液三部分組成。工作時(shí),被測(cè)介質(zhì)作用在法蘭膜盒的隔離膜片.上,使膜片產(chǎn)生變形然后通過毛細(xì)管內(nèi)的填充液，將壓力傳到變送器的敏感元件,經(jīng)轉(zhuǎn)換,儀表便輸出相應(yīng)的信號(hào)。以下情況需要用到法蘭變送器:過程溫度超出變送器的正常工作范圍,而且不能用導(dǎo)壓管把溫度調(diào)節(jié)至極限范圍內(nèi);過程具有腐蝕性,需要頻繁更換變送器或使用特殊結(jié)構(gòu)材料;過程中含有懸浮固體顆?；蛘呔哂姓硿裕赡軙?huì)堵塞導(dǎo)壓管;要求使用衛(wèi)生連接件;要求能夠輕松清洗連接件位置,以避免批次間的污染;參考液柱不穩(wěn)定，需要更換濕/干柱以減少維護(hù)工作,或需要重新灌充/排干;需要測(cè)量密度或界面;變送器或?qū)汗苤械倪^程介質(zhì)可能凍結(jié)或凝固。
       雙法蘭差壓變送器測(cè)量液位的原理和普通差壓變送器測(cè)量液位的原理是-樣的,所不同的是引壓方式。容器中的液體或物料受重力的作用,會(huì)對(duì)容器底部或側(cè)壁產(chǎn)生一定的靜壓力P。當(dāng)液體或物料的密度均勻時(shí),此靜壓力與液體的高度h成正比,使用變送器測(cè)出容器底部的靜壓力，就可知道液位高度。
2安裝和調(diào)試
       雙法蘭液位變送器的正確規(guī)范安裝以及與安裝方式對(duì)應(yīng)量程、上限、下限的計(jì)算和設(shè)置決定了液位測(cè)量的正確性和正確性。根據(jù)雙法蘭變送器的特點(diǎn),對(duì)變送器位于兩個(gè)法蘭中間、下部法蘭下方和.上部法蘭.上方等3種安裝以及安裝方式對(duì)應(yīng)的參數(shù)計(jì)算和設(shè)置方法進(jìn)行比較分析。
2.1變送器安裝在兩個(gè)法蘭中間
       差壓變送器安裝高度在兩個(gè)法蘭中間,變送器的正壓測(cè)接下部法蘭,負(fù)壓側(cè)接.上部法蘭,這種安裝方式符合工作人員的習(xí)慣及常識(shí),如圖1所示。

圖1中,H為高加內(nèi)的實(shí)際液位;
       h為高加內(nèi)的上部法蘭和下部法蘭之間的距離;h1為變送器負(fù)壓側(cè)和高加上部法蘭之間的高度;h2為變送器正壓側(cè)和高加下部法蘭之間的高度;P0為設(shè)計(jì)工況下高加內(nèi)的壓力;ρ_水為設(shè)計(jì)工況下高加內(nèi)水的密度;ρ_介為毛細(xì)管內(nèi)所充介質(zhì)的密度。
在高加內(nèi)水的高度為H時(shí),其變送器正壓測(cè)所受
的壓力為:
P+=Po+ρ_水gH-ρ_介gh2
變送器負(fù)壓側(cè)所受的壓力為:
P-=P0+ρ_介gh2
所以,變送器正負(fù)壓側(cè)的差壓:
△P=P+-P-=ρ_水gH-ρ_介gh2-ρ_介gh2=ρ_水gH-ρ_水gh
當(dāng)液面最低H=0時(shí)，△P1=ρ_介gh;當(dāng)液面最高H=h時(shí),△P2=ρ_水gh-ρ_介gh。
所以變送器要做負(fù)遷移,遷移量:
A=-ρ_介gh
所以變送器需要校驗(yàn)的量程為:
L=△P2-△P1=ρ_水gh
      利用手操器將變送器的零點(diǎn)設(shè)置為-ρ_介gh,滿點(diǎn)設(shè)置為ρ_水gh-ρ_介gh,其對(duì)應(yīng)輸出為4~20mADC。
2.2變送器安裝在兩個(gè)法蘭下方
       變送器位于下部法蘭下面,和圖1一樣使用常用的高壓側(cè)接下面、負(fù)壓側(cè)接.上面的引壓方式,變送器的布置和常規(guī)電廠高加液位測(cè)量以及常見密閉容器測(cè)量液位一樣,如圖2所示。這種安裝方式--般需要把變送器布置于容器所在平臺(tái)的下一層。
變送器正壓側(cè)所受的壓力為:
P+=P0+ρ_介gH+ρ_介gh2
變送器負(fù)壓側(cè)所受的壓力為:
P+=P0+ρ_介gh2
所以，變送器正負(fù)壓側(cè)的差壓:
△P=P+-P-=ρ_水gH-ρ_介gh2-ρ_介gh2=ρ_水gH-ρ_水gh
當(dāng)液面最低H=0時(shí),△P1=-ρ_介gh;當(dāng)液面最高H=h

時(shí),△P2=ρ_水gh-ρ_介gh。
所以變送器要做負(fù)遷移，遷移量:
A=-ρ_介gh
所以變送器需要校驗(yàn)的量程為:
L=△P2-△P1=ρ_水gh
       利用手操器將變送器的零點(diǎn)設(shè)置為-ρ_介gh,滿點(diǎn)設(shè)置為:ρ_水gh-ρ_介gh,其對(duì)應(yīng)輸出為4~20mADC。
2.3變送器安裝在兩法蘭.上方
       變送器位于上部法蘭.上面,引壓方式和上述兩種方法一致,如圖3所示,但這種布置方式很少用到。

變送器正壓側(cè)所受的壓力為:
P+=P0+ρ_水gH-ρ_介gh2
變送器負(fù)壓側(cè)所受的壓力為:
P_=P0+ρ_介gh2
所以,變送器正負(fù)壓側(cè)的差壓:
△P=P+-P-=ρ_水gH-ρ_介gh2-ρ_介gh2=ρ_水gH-ρ_介gh
當(dāng)液面最低H=0時(shí),△P1=ρ_介gh;當(dāng)液面最高H=h
時(shí),△P2=ρ_水gh-ρ_介gh。
所以變送器要做負(fù)遷移,遷移量:
A=-ρ_水gh
所以變送器需要校驗(yàn)的量程為:
L=△P2-△P1=ρ_水gh
       利用手操器對(duì)變送器的零點(diǎn)設(shè)置為-ρ_介gh,滿點(diǎn)設(shè)置為:ρ_水gh-ρ_介gh,其對(duì)應(yīng)輸出為4~20mADC。
2.4調(diào)試安裝
       通過.上面3種安裝方式的計(jì)算，可以看出,雙法蘭差壓變送器在高加液位測(cè)量中，無論變送器安裝在取壓口的任何位置,其遷移量和量程都是不變的。其安裝位置對(duì)變送器的量程以及遷移量是沒有影響的。在對(duì)變送器相關(guān)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算時(shí)，毛細(xì)管填充液的密度ρ_介是已知的，通過設(shè)計(jì)文件或者現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量可以得到兩個(gè)法蘭的安裝距離h,這樣可以方便計(jì)算出液位變送器的量程L和遷移量A。然后   用HART手操器對(duì)變送器的零點(diǎn)和滿點(diǎn)進(jìn)行設(shè)置。
       雙法蘭差壓變送器的校驗(yàn)和普通差壓變送器類似,但需要考慮毛細(xì)管內(nèi)的液位變化帶來的壓力變化。所以需將變送器的兩個(gè)法蘭置于同一-水平面上,用法蘭連接頭連接變送器毛細(xì)管法蘭和壓力校驗(yàn)儀,壓力平穩(wěn)升至最大量程，并保持5min,確認(rèn)毛細(xì)管無泄漏，然后用5點(diǎn)法在△P1到△P2范圍內(nèi)進(jìn)行校驗(yàn)。校驗(yàn)過程中，膜片朝下放置可能會(huì)損傷膜片表壓,應(yīng)做好保護(hù)。
       變送器校驗(yàn)合格后，安裝前應(yīng)檢查法蘭與毛細(xì)管、毛細(xì)管與變送器的連接部分及毛細(xì)管本身是否有液體泄漏;法蘭膜片有無變形損傷、腐蝕。安裝時(shí),為.減小環(huán)境溫差的影響,可將高.低壓側(cè)的毛細(xì)管束在一起,并將毛細(xì)管束綁扎以免振動(dòng)等的影響，超長(zhǎng)部分的毛細(xì)管應(yīng)卷在-起固定;彎曲毛細(xì)管時(shí)，彎曲半徑不應(yīng)小于150mm,以免管截面變小,影響壓力傳送,降低靈敏度;安裝過程中，避免扭曲擠壓毛細(xì)管。
       三門核電采用第一種安裝方式,為了運(yùn)行巡檢及維護(hù)方便,各個(gè)高加的3個(gè)液位變送器統(tǒng)一安裝在一個(gè)儀表架內(nèi)。儀表架布置在和高加同一平臺(tái)且周圍環(huán)境溫度相對(duì)穩(wěn)定的地方，這樣可以減小或者消除因周圍環(huán)境溫度變化導(dǎo)致毛細(xì)管填充液膨脹收縮弓|起的附加誤差。
3和普通差壓液位變送器的比較
(1)省去了平衡容器和儀表管,減少維護(hù)工作。
       由于變送器毛細(xì)管內(nèi)充滿介質(zhì)，所以省去了平衡容器、參比液柱和儀表管,減少了設(shè)備投入以及這些設(shè)備的日常維護(hù)工作，同時(shí)也消除了因平衡容器內(nèi)液位變動(dòng)，儀表管堵、漏和有不凝性氣體引起的附   加誤差。
(2)省去了閥組,減少了閥組的投入以及日常維護(hù)工作。
(3)因法蘭膜盒離變送器本體遠(yuǎn),而且毛細(xì)管內(nèi)充滿隔離介質(zhì)，所以在合理選擇毛細(xì)管介質(zhì)的情況下,可以測(cè)量更高的溫度,不需要很長(zhǎng)的儀表管對(duì)接液進(jìn)行冷卻。
(4)安裝方便,可以和高加布置在同-層平臺(tái),不用考慮引壓點(diǎn)的位置，巡檢及維護(hù)方便。而普通差壓變送器測(cè)量液位需要通過很長(zhǎng)的儀表管,引壓到更低-層的平臺(tái),增加了投入及維護(hù)難度。
(5)測(cè)量精度和普通差壓變送器幾乎相同。
(6)因?yàn)殡p法蘭差壓變送器比普通變送器多了一個(gè)遠(yuǎn)傳密封裝置，所以儀表的結(jié)構(gòu)相對(duì)較為復(fù)雜,材質(zhì)要求高,價(jià)格也更貴。
4結(jié)語:
       經(jīng)過正確的校驗(yàn)、安裝和調(diào)試,使用雙法蘭能正確地測(cè)量高加液位,和使用普通差壓變送器測(cè)量液位相比,優(yōu)點(diǎn)明顯,維護(hù)相對(duì)減少,而且布置更加靈活。