雙法蘭液位變送器的故障淺析

摘要：針對雙方液位計(jì)遷移量計(jì)算錯(cuò)誤，零點(diǎn)設(shè)定不當(dāng)?shù)膯栴}，本文主要介紹了雙法蘭差壓變送器測量原理以及測量液位時(shí)由于遷移量核零點(diǎn)設(shè)定不當(dāng)所產(chǎn)生的故障，并給出了詳細(xì)的原因分析及解決方法。
在煉油、石油化工生產(chǎn)、煤化工和煤制油等工業(yè)領(lǐng)域，液位是非常重要的工藝參數(shù)之一，測量液位的儀表種類繁多，如浮力式液位計(jì)、雷達(dá)液位計(jì)、放射性液位計(jì)、超聲波液位計(jì)、電容式液位計(jì)、音叉液位開關(guān)和差壓式液位計(jì)等。其中雙法蘭差壓液位計(jì)以其精度高、穩(wěn)定性好、測量范圍廣、測量精度高、安裝方便等優(yōu)點(diǎn)備受化工生產(chǎn)的青睞。
        雙法蘭差壓液位計(jì)能對變送器的參數(shù)進(jìn)行修改，可以與具有相同通訊協(xié)議的DCS系統(tǒng)或現(xiàn)場通訊控制、設(shè)定器進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊交換。在我廠合成氨生產(chǎn)裝置的各個(gè)環(huán)節(jié)中，我們多處利用雙法蘭差壓變送器測量鍋爐汽包、表面冷凝器、壓縮機(jī)段間分離器、氨冷器以及噴射蒸汽發(fā)生器（111~C）的液位。
1差壓變送器原理簡介
        雙法蘭液位變送器由差壓變送器、毛細(xì)管和帶密封隔膜的雙法蘭組成。密封隔膜的作用是防止管道中的介質(zhì)直接進(jìn)入差壓變送器，它與變送器之間是靠注滿液體的毛細(xì)管連接起來，當(dāng)膜片受壓后產(chǎn)生微小變形，變形位移通過毛細(xì)管的液體傳遞給變送器，由變送器處理后轉(zhuǎn)換輸出4—20mADC 電流信號。
        在對雙法蘭液位變送器的量程和遷移量的匯總核實(shí)時(shí)，發(fā)=現(xiàn)變送器量程存在選擇不當(dāng)，遷移量設(shè)置錯(cuò)誤的情況，這是造成儀表測量不準(zhǔn)的重要原因。如圖a。
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雙法蘭差壓變送器量程的計(jì)算公式為：
△P=ρ1Hg（1）
零點(diǎn)遷移量計(jì)算公式為:
S=~ρ2gh(2)
        其中△P為雙法蘭液位變送器的量程（單位：KPa）；H為被測容器內(nèi)的液位高度（單位：m）；g為重力加速度（單位:9.8m/s2）;ρ1為被測介質(zhì)密度（單位:kg/m3）;ρ2為毛細(xì)管內(nèi)填充甲基硅油的密度（單位：kg/m3）；S 為零點(diǎn)遷移量（單位：KPa）；h 為雙法蘭間距；
        由公式（1）、（2）可得，通過雙法蘭差壓變送器測量液位得到的結(jié)果，其準(zhǔn)確程度與三暢變送器的安裝位置無關(guān)，與被測容器內(nèi)也為高度H、被測介質(zhì)的密度ρ1以及毛線管內(nèi)填充液體密度
ρ2有關(guān)，變送器零點(diǎn)必須進(jìn)行負(fù)遷移，遷移零點(diǎn)的原理見圖b
變送器零點(diǎn)遷移示意圖
2故障案例及原因分析
（1）事件過程
2015 年9 月22 日塔西南化肥廠合成氨裝置103~J/JT 跳車。檢查發(fā)現(xiàn)段間分離器105~F液位高開關(guān)聯(lián)鎖動(dòng)作，雙法蘭液位變送器LT~11指示為零，將機(jī)組段間分離器底部導(dǎo)淋打開排出大量的水，經(jīng)檢查該雙法蘭液位計(jì)的遷移量偏差嚴(yán)重；量程也和設(shè)計(jì)嚴(yán)重不符，現(xiàn)場安裝使用的三暢變送器量程為62.3Kpa，而設(shè)計(jì)量程僅為3Kpa。
（2）原因分析
差壓變送器未按設(shè)計(jì)選型訂購；以及儀表人員對雙法蘭液位計(jì)的遷移量計(jì)算存在認(rèn)識上誤區(qū)，一般只注重灌水的調(diào)試，并未查看設(shè)計(jì)資料根據(jù)原始數(shù)據(jù)以及生產(chǎn)需要進(jìn)行準(zhǔn)確遷移。下表c為錦西化工機(jī)械廠針對我廠LT~11的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)表
錦西化工機(jī)械廠液位變送器計(jì)算數(shù)據(jù)

由上表c知;
非常大測量范圍（量程）
△Pmax=ρ1Hg=9.81×300=2.94KPa
遷移量△P1=P+~P~=~ρ2gh（3）
=~0.95×9.81×990
=9.226KPa
即當(dāng)H0→0時(shí)，差壓變送器遷移量為△P1=~9.226KPa，這種遷移為“全遷移”。如表c設(shè)計(jì)液位H0=325mm以上顯示液位，因此差壓變送器需要“回遷”
所以非常終遷移量△P1=~9.226+ρ1gH0=~9.226+9.81×0.325=~6.03KPa
        綜上可知變送器的安裝位置的高低對遷移量以及測量結(jié)果沒有任何影響，當(dāng)被測液位為0時(shí)，變送器正負(fù)壓室的壓差非常大（這里的壓差為正負(fù)室壓差的值），變送器的輸出電流為4mA，隨著液位的上升，變送器正負(fù)測量室的壓差逐漸減小，變送器的輸出電流為20mA。
        由于變送器毛細(xì)管內(nèi)工作介質(zhì)和被測液體的密度是已知的，三暢變送器的安裝位置和測量范圍就是確定的，因此只要知道液位測量的數(shù)據(jù)H、h、ρ2以及H0，就可以計(jì)算出變送器的量程和遷移量，可以準(zhǔn)確對變送器進(jìn)行調(diào)校了。
（3）事件過程
        2010年11月，合成氨裝置111~C蒸汽帶水，由于當(dāng)時(shí)處于開工階段，噴射蒸汽放空，導(dǎo)致脫碳溶液隨蒸汽帶出，132~F頂部放空帶出大量堿液。當(dāng)時(shí)LT~20顯示液位偏低為50%，而實(shí)際液位接近80%，為了配合工藝調(diào)整，儀表運(yùn)行人員進(jìn)行了量程的遷移，但待工況穩(wěn)定后又重新回遷。
（4）原因分析
        事后分析差壓變送器并未故障，由遷移量公式可知，遷移量△P=P+~P~=~ρ2gh+ρ1gH0；對111~C而言ρ1為被測苯菲爾溶液，而雙法蘭間距一定，硅油密度也已知?？梢娺w移量與111~C內(nèi)部溶液的密度ρ1息息相關(guān)。處于開工階段如果兩塔液泛，就會(huì)導(dǎo)致再生氣二氧化碳攜帶大量堿液，從而使111~C溶液的濃度增大，同時(shí)溶液的密度也隨之增大，非常終結(jié)果就是遷移量△P改變，出現(xiàn)差壓變送器指示小于磁翻板液位計(jì)指示值狀況，這種情形在日常生產(chǎn)也時(shí)有發(fā)生，儀表運(yùn)行人員反復(fù)對LT~20進(jìn)行“正遷”和“負(fù)遷”。其實(shí)就是溶液密度的變化引起的偏差。
3結(jié)語
        雙法蘭差壓變送器是先進(jìn)的智能儀表在化工生產(chǎn)中應(yīng)用很廣，在測量使用時(shí)，不但選型要與設(shè)計(jì)符合，而且準(zhǔn)確的遷移量也是至關(guān)重要的：雙法蘭液位計(jì)的調(diào)校，通常是用法蘭與三暢變送器的法蘭連接，用標(biāo)準(zhǔn)的壓力信號來調(diào)校；如果調(diào)校前能根據(jù)現(xiàn)場的實(shí)際，進(jìn)行計(jì)算，并以計(jì)算依據(jù)為根據(jù)進(jìn)行調(diào)校舊很方便。日常生產(chǎn)中工藝是主導(dǎo)，儀表是工藝操作的眼睛，兩者是相輔相成的，儀表指示異常時(shí)，首先要從工藝角度進(jìn)行分析。對于111~C而言，當(dāng)變送器和磁翻板顯示液位出現(xiàn)較大偏差時(shí)，工藝人員必須引起足夠重視，這時(shí)可能就是溶液濃度較大變化導(dǎo)致的，需要及時(shí)作出調(diào)整。