雙法蘭差壓式變送器在過虛分離器測量分析

摘要:通過對雙法蘭差壓變送器在過濾分離器液位測量中一直呈現(xiàn)測量不準(zhǔn)確及波動無常的原因分析,該文提出了在對特定工藝設(shè)備進(jìn)行液位測量時,采用干簧管液位遠(yuǎn)傳變送器測量的方法,以削弱液位測量易受介質(zhì)流速和介質(zhì)密度不穩(wěn)定的影響,有助于在工程設(shè)計(jì)過程中提高液位測量的穩(wěn)定性。
0引言
　　在天然氣脫硫裝置中,原料氣過濾分離器是不可缺少的。在某廠脫硫裝置正常生產(chǎn)過程中，發(fā)現(xiàn)原料氣過濾分離器的雙法蘭差壓式變送器液位測量值異常,波動特別大,有時甚至無法檢測到實(shí)際液位,但經(jīng)反復(fù)測試,確認(rèn)儀表本體和控制回路均正常。通過對生產(chǎn)過程的跟蹤和多次測試，經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)影響測量結(jié)果的主要原因是介質(zhì)流速和介質(zhì)密度的不穩(wěn)定性。采用干簧管液位遠(yuǎn)傳變送器測量的方法,削弱了這種影響,提高了液位測量的精度和穩(wěn)定性。
1工藝流程與測控點(diǎn)的配置
1.1工藝概述
　　某廠原料氣過濾分離器裝有四臺遠(yuǎn)傳雙法蘭差壓式液位計(jì)和兩臺現(xiàn)場磁浮子液位計(jì)，它們分別被安裝在過濾分離器的上部,有LT-101/102以及LG-100;下部為LT-104/105以及LG-103。這些變送器的測量范圍為-4.43-0KPa，測量間距為500mm。該系統(tǒng)的工藝流程如圖1所示。
 
1.2液位測控回路的功能
　　從工藝和自動控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)看，原料氣過濾分離器的液位控制有如下功能:
(1)LC-101:在原料氣過濾器上部起液位調(diào)節(jié)作用,當(dāng)液位高于設(shè)定值時調(diào)節(jié)閥LV-101開度增大,液位低于設(shè)定時調(diào)節(jié)閥的開度減小，以保持原料氣過濾分離器部有一定的液位,防止酸性氣體從高壓系統(tǒng)竄人低壓系統(tǒng)，損壞設(shè)備。
(2)在聯(lián)鎖控制中LC-101和LI102測量值進(jìn)行二選--聯(lián)鎖,當(dāng)液位低于5%時聯(lián)鎖動作,關(guān)閉切斷閥XV-107;當(dāng)液位高于5%.操作人員為了排放酸性水必須在HIMA系統(tǒng)的IFTX畫面對切斷閥XV-107進(jìn)行手動復(fù)位后，切斷閥XV-107才會打開,液位調(diào)節(jié)系統(tǒng)LC-101才能調(diào)節(jié)液位，保持原料氣過濾分離器上部有一定的液位，防止液位過低酸性氣體從高壓系統(tǒng)竄入低壓系統(tǒng),損壞設(shè)備。
(3)LC-104:在原料氣過濾分離器下部起液位調(diào)節(jié)作用,當(dāng)液位高于設(shè)定值時調(diào)節(jié)閥LV-10開度增大，液位低于設(shè)定時調(diào)節(jié)閥的開度減小。以保持原料氣過濾分離器下部有一定的液位，防止酸性氣體從高壓系統(tǒng)竄人低壓系統(tǒng),損壞設(shè)備。
(4)在聯(lián)鎖控制中LC-104和LI-105測量值進(jìn)行二選一聯(lián)鎖，當(dāng)液位低于5%時聯(lián)鎖動作關(guān)閉切斷閥XV-108;當(dāng)液位高于5%,操作人員為了排放酸性水必須在HIMA系統(tǒng)的IFIX畫面對切斷閥XV-108進(jìn)行手動復(fù)位后，切斷閥XV-107才會打開,液位調(diào)節(jié)系統(tǒng)LC-104才能調(diào)節(jié)液位,保持原料氣過濾分離器下部有一定的液位，防止液位過低酸性氣體從高壓系統(tǒng)竄人低壓系統(tǒng),損壞設(shè)備。
2存在的問題及現(xiàn)象
　　在正常生產(chǎn)過程中，發(fā)現(xiàn)原料氣過濾分離器的液位計(jì)測量運(yùn)行狀態(tài)不好，波動無常,甚至無法檢測到實(shí)際液位,經(jīng)反復(fù)測試,確認(rèn)儀表本體和控制回路均為正常。以下是對生產(chǎn)過程中的跟蹤情況:
裝置投產(chǎn)以后，原料氣過濾分離器的遠(yuǎn)傳液位計(jì)與現(xiàn)場磁浮子液位計(jì)相差很大,有時現(xiàn)場沒有液位,但是遠(yuǎn)傳液位計(jì)檢測到的是滿液位。
　　裝置停車后.對原料氣過濾分離器進(jìn)行了常壓下液位建立。在0%.25%、50%.75%、100%共5點(diǎn)參照磁浮子液位計(jì)對遠(yuǎn)傳液位計(jì)進(jìn)行了調(diào)試。并反復(fù)對兩種液位計(jì)進(jìn)行了比較.兩種液位計(jì)檢測的結(jié)果也相吻合。但是，當(dāng)裝置運(yùn)行后,原料氣過濾分離器的液位檢測也出現(xiàn)與現(xiàn)場磁浮子液位不相吻合的現(xiàn)象。然而，有多個塔和罐都用雙法蘭差壓式變送器來檢測液位，如第一主吸收塔C-101的LT-120/121/122以及酸性氣分液罐D(zhuǎn)-301的液位LT-302/303/304位號，但這些變送器能正常的工作,準(zhǔn)確地檢測到實(shí)際的液位.這兩種不同的現(xiàn)象讓人費(fèi)解，也不得不對此進(jìn)行更深人的分析。
3測試與分析
3.1在離線和靜態(tài)工況進(jìn)行以下三種條件的測試
(1)對變送器本體檢查校驗(yàn):
　　將一臺現(xiàn)場波動特別大的變送器LT-102拆下,用FLUKE744及壓力模塊在常壓下進(jìn)行了校驗(yàn),校驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示。
 
經(jīng)校驗(yàn)LT-102變送器的最大誤差為0.016.符合精度要求。然后,又對一臺新的雙法蘭差壓式的液位變送器進(jìn)行了校驗(yàn),校驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2所示。
 
　　新表的最大誤差為0.010符合精度要求。
　　從這兩臺變送器的在常壓下的校驗(yàn)來看，變送器的精度是符合要求的。隨后我們將校驗(yàn)后的新表安裝在LT-102原變送器的現(xiàn)場所在位置。
 
(2)在新表投運(yùn)前,在常壓下建立液位與現(xiàn)場的另--臺雙法蘭液位變送器和磁翻板液位計(jì)進(jìn)行了觀察，首先建立液位進(jìn)行比較,這里以磁翻板液位計(jì)LG-100為參照,在常壓下雙法蘭液位變送器LT-101和LT-102(新表)的輸出值與LG-100所顯示的數(shù)據(jù)在正常誤差范圍內(nèi)。其數(shù)據(jù)如表3所示。
(3)在過濾器投運(yùn)前，加水建立液位在8MPa的靜壓下進(jìn)行觀察.每建立一個液位就進(jìn)行了穩(wěn)壓半小時的觀察,得出的數(shù)據(jù)如表4所示。
 
從以上三種情況分析來看:.
　　在8MPa的靜壓下雙法蘭液位變送器L-102(新表)的輸出值與LC-100所顯示的數(shù)據(jù)在正常誤差范圍內(nèi),LI-102(新表)變送器的輸出值是穩(wěn)定的,沒有出現(xiàn)波動象;L-101與LG-1001LI-102所顯示的數(shù)據(jù)誤差較大，而且誤差為非線性，初步看來LI-101表體有問題。
3.2在工況條件下測試
　　將原料氣過濾分離器在工況下投人使用，發(fā)現(xiàn)過濾器的上部和下部的現(xiàn)場磁翻板液位比較穩(wěn)定,然后,四臺雙法蘭液位變送器液位計(jì)輸出值波動比較大,在不同的時間對液位計(jì)進(jìn)行了觀察,數(shù)據(jù)記錄在表5中。
 
　　從觀察到的數(shù)據(jù)看:這些雙法蘭液位變送器的輸出值波動很大，與現(xiàn)場液位不相符,無法檢測到真實(shí)的液位。
3.3從差壓式液位計(jì)的測量原理方面分析
　　用雙法蘭差壓式變送器檢測密閉容器內(nèi)的液位時，無論變送器的安裝位置是在兩法蘭之間還是在上法蘭之上或在下法蘭之下,其差壓與介質(zhì)的液位和密度之間都存在如下關(guān)系:
△P=pgH
式中:p----介質(zhì)的密度;
g----重力加速度;
H----最低液位至最高液位之間的距離。
　　該公式成立的一個重要條件就是密度e是一定的，近似為一個常數(shù)。這樣△P就是變送器的量程值。根據(jù)查閱設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)格書得知，通過原料氣過濾分離器里的介質(zhì)的密度為85.966~990.9kg/m³,是一個無法確定的值。從實(shí)際的生產(chǎn)運(yùn)行情況觀察也發(fā)現(xiàn)介質(zhì)的密度是隨著氣質(zhì)和氣溫而變化的，在這樣的條件之下,選用差壓變送器來測量這樣的液位是不合理的，也無法測量到真實(shí)的液位的。
3.4在8MPa的靜壓下同一個取樣點(diǎn)的兩臺雙法蘭液位計(jì)測量值出現(xiàn)誤差的原因分析
　　在8MPa的靜壓下在同-取壓點(diǎn)安裝了兩臺液位變送器(新舊各一臺),它們的測量值出現(xiàn)不一致的現(xiàn)象,究其原因有以下兩點(diǎn):
(1)在儀表安裝時沒有很好地保護(hù)雙法蘭的正、負(fù)壓側(cè)膜片,使得膜片變形受損,同一臺變送器正、負(fù)壓側(cè)膜片變形不一一致;同一個測點(diǎn)位置的兩臺變送器的膜片變形也不相同,因此在同一穩(wěn)定的靜壓狀態(tài)下，由于各膜片彈性形變的不同導(dǎo)致了測量不準(zhǔn)。(見圖2:受損的雙法蘭變送器的膜片)
 
(2)現(xiàn)場雖然同-取樣點(diǎn)安裝了兩臺變送器,但是由于安裝不規(guī)范,造成兩臺變送器的上、下法蘭不在同--水平線上,這樣變送器的量程就會發(fā)生變化，從而出現(xiàn)同一測點(diǎn)的兩臺變送器的相對誤差。在現(xiàn)場測量同-水平線上的測點(diǎn)相差可達(dá)s0mm,占了滿量程的10%.由以下公式計(jì)算:
△P=egH
△P=9.8*990.9*(0.5+0.05)
△P=5340.95Pa
△P=5.34KPa
式中:H----上下法蘭的高差;H=0.5m;
g----重力加速度;g=9.8m/s²;
p----介質(zhì)密度;p=990.9Kg/m³。
　　經(jīng)過計(jì)算得出的量程比設(shè)計(jì)的量程4.43KPa高了0.91KPa,那么顯示就比實(shí)際液位20.94%。這就是為什么同--取壓點(diǎn)為什么兩臺變送器輸出值不同的另一原因。
3.5設(shè)備結(jié)構(gòu)與氣流的影響
　　經(jīng)觀察還發(fā)現(xiàn):當(dāng)氣體流經(jīng)設(shè)備且沒有液位時,變送器有測量輸出同時輸出值波動,為什么會出現(xiàn)這樣的現(xiàn)象呢?查閱過濾器設(shè)備資料,它的為φ610mmx2500mm、通過原料氣過濾分離器的人口管徑為φ250mm、出口管徑為φ250mm、管道直徑與設(shè)備直徑之比為1/2.44;液位計(jì)上下法蘭間距為500mm,如圖3所示。
 
　　當(dāng)在高靜壓(8MPa)工況下流體在流動中會發(fā)生紊流狀態(tài),在紊流狀態(tài)下,流體質(zhì)點(diǎn)除了沿軸向流動外,還要橫向運(yùn)動。這樣就會造成碰撞,在這樣的氣流組織形式下形成旋渦,就在如圖3所示的A、B測點(diǎn)之間和C、D之間分別存在一個動態(tài)的微壓值,此時在高靜壓(8MPa)工況下通過微壓差變送器(0~4.43KPa)就很靈敏地反應(yīng)出一個動態(tài)的輸出變量(假液位)。
　　綜上所述，如果受不穩(wěn)定的氣流、介質(zhì)密度的不確定性和變送器膜片受損引起的不規(guī)則的形變所產(chǎn)生的測量誤差將形成疊加影響,使之產(chǎn)生無規(guī)律變化輸出。
4解決方法
　　在本生產(chǎn)工況中，由于通過原料氣過濾分離器的介質(zhì)密度的不確定性，以及在高靜壓工況下使用微差壓雙法蘭變送器檢測液位是不適合的，因此選擇-種能避免上述所分析原因的一種測量方式，以克服由于介質(zhì)密度的不確定性和在高靜壓下使用微差壓雙法蘭變送器檢檢測液位所產(chǎn)生的動態(tài)性誤差。
　　鑒于上述原因，在試驗(yàn)中我們選擇干簧管液位遠(yuǎn)傳變送器來測量原料氣過濾分離器的液位，其工作原理是將磁翻柱液位計(jì)的磁浮子系統(tǒng)耦合過來的液位信號作用在傳感器內(nèi)的電阻鏈上的每一個干簧管上，引起輸出電阻連續(xù)變化，進(jìn)面引起測量電壓發(fā)生連續(xù)變化,此電壓與液位成正比通過變送轉(zhuǎn)換器,輸出二線制4~20mADC電流信號。
試驗(yàn)方案:
(1)在原有磁翻柱液位計(jì)的基礎(chǔ)上,增選用干簧管液位遠(yuǎn)傳變送器一臺。
(2)采用外置棚綁式安裝方式，安裝到磁翻柱液位計(jì)LC-100上,不改變工藝設(shè)備原有構(gòu)造。
(3)新增一根電纜，將信號接人DCS機(jī)柜，然后在DCS將此位號設(shè)為L-TEST進(jìn)行組態(tài)、顯示。方框圖如圖4所示。
 
　　將干簧管液位遠(yuǎn)傳變送器安裝、調(diào)試好后.經(jīng)過一-段時間的運(yùn)行,發(fā)現(xiàn)干簧管液位遠(yuǎn)傳變送器檢測到的液位L-TEST與實(shí)際液位-致,液位測量穩(wěn)定。然而原有的兩臺雙法蘭變送器檢測的液位U-101和L-102與實(shí)際液位相差較大,波動也很大,其曲線圖如圖5所示。
 
5結(jié)束語
　　試驗(yàn)證明,干簧管液位遠(yuǎn)傳變送器能準(zhǔn)確、穩(wěn)定地測量本工藝原料氣過濾分離器的液位。通過上述的分析和試驗(yàn)，可得出以下結(jié)論:
(1)在介質(zhì)密度不確定時,不宜選用差壓式變送器來進(jìn)行測量設(shè)備的液位。
(2)在直徑較小的設(shè)備,且工況為高靜壓、低液位的條件下，不宜選用微差壓變送器測量設(shè)備中的液位。
(3)雙法蘭差壓變送器的安裝必須規(guī)范符合要求，保證安裝質(zhì)量,否則在測量中就會帶來誤差。