雙法蘭差壓變送器液位測量校驗全面解析

1 問題的提出

液位是石油化工生產(chǎn)過程中的重要參數(shù)之一。精確可靠地測量介質(zhì)液位是工業(yè)生產(chǎn)的需要, 也是從事儀表自動化維護工作的職責。液位測量的技術和方法有很多, 如直讀法、浮力法、靜壓法、電容法、放射性同位素法、超聲波法、微波法以及激光法等[ 1] , 而利用靜壓原理的雙法蘭差壓變送器測量液位是石油化工生產(chǎn)中經(jīng)常采用的液位測量方式。
當需要將變送器和工藝測量介質(zhì)隔離開時, 可以選用雙法蘭差壓變送器。 如: 當過程介質(zhì)溫度超出變送器的正常工作溫度范圍, 并且用引壓管也不能將溫度降至變送器的正常工作溫度范圍內(nèi)時; 當過程介質(zhì)有腐蝕性, 需要經(jīng)常更換或需要使用特殊的防腐蝕材料時; 當過程介質(zhì)中有很多固體顆?；蜻^程介質(zhì)凝固點為常溫, 無法用引壓管引出時; 當飲食行業(yè)需要方便地清洗, 防止批量之間污染時;當進行密度或界面測量等各種情況時, 均可以選用雙法蘭差壓變送器[3] 。作為敏感的金屬膜盒通過鎧裝毛細管與變送器的測量室相連接,在膜盒、鎧裝毛細管和測量室所組成的封閉系統(tǒng)內(nèi)充有密封液體（ 一般為硅油） 作為傳壓介質(zhì)。為使毛細管經(jīng)久耐用, 其外部均套有金屬蛇皮管保護。本文針對在大量程、高溫、高黏度、易結晶及強腐蝕情況下使用雙法蘭差壓變送器測量液位的系統(tǒng), 對其不同的安裝位置和形式, 如就計算遷移量及校驗的問題作系統(tǒng)的全面解析。
2 雙法蘭差壓變送器的安裝方式和計算[2]
雙法蘭差壓變送器可以安裝在任何高度和位置。但是用于真空場合時, 雙法蘭差壓變送器的安裝高度不能高于低壓室法蘭的水平線, 此時最好采用微波液位計來測量液位最為合適,本文在此不再探討微波液位計測量液位的安裝方式和運用等。
在液位測量中, 雙法蘭差壓變送器通常用于密閉容器, 可以消除密閉容器中氣體壓力變化的影響。當用于開口容器時, 則高壓側(cè)法蘭與容器低端法蘭連接, 而低壓室法蘭應置于大氣中, 但可以有置放位置的變化。
2.1 雙法蘭差壓變送器安裝在開口容器上
1） 雙法蘭差壓變送器安裝在開口容器低端法蘭水平線上, 且高低壓室法蘭與容器低端法蘭在一條水平線上。如圖1所示, 高壓室法蘭與容器低端法蘭相連接, 并且高壓室法蘭、低壓室法蘭與容器低端法蘭在一條水平線上。
則變送器量程為L = Hρ1 , 零點遷移量為A1 =h1 ρ1 , 最低測量液位時, 作用于變送器上等效靜壓差為△ρ1=h1 ρ1=A1
最高測量液位時, 作用于變送器上等效靜壓差為△ρ2=（h1+H）ρ1=Hρ1+A1
式中 H-最低測量液位到最高測量液位之間的高度;h1-最低測量液位到容器低端法蘭中心線之間的高度;ρ1-被測液體介質(zhì)的密度。
變送器檢驗范圍為△ρ=△ρ1~△ρ2=A1~（Hρ+A1）對應于變送器的輸出（ 若變送器為正作用）為4~ 20mA.
2） 雙法蘭差壓變送器安裝在開口容器低端法蘭水平線以上, 且低壓室法蘭與容器低端法蘭在一條水平線上。如圖2 所示, 高壓室法蘭與容器低端法蘭相連接, 并且高壓室法蘭、低壓室法蘭與容器低端法蘭在一條水平線上。但是雙法蘭差壓變送器安裝在開口容器低端法蘭水平線以上。

則變送器量程, 零點遷移量, 最低測量液位時作用于變送器上等效靜壓差, 最高測量液位時, 作用于變送器上等效靜壓差, 變送器檢驗范圍均與本節(jié)
1） 相同。對應于變送器的輸出（ 若變送器為正作用） 為4~ 20 mA 。
3） 雙法蘭差壓變送器安裝在開口容器低端法蘭水平線以上, 且低壓室法蘭與容器低端法蘭不在一條水平線上, 如圖3 所示。雙法蘭差壓變送器安裝在開口容器低端法蘭水平線以上, 高壓室法蘭與容器低端法蘭相連接, 低壓室法蘭與容器低端法蘭不在一條水平線上。
則 變送器量程為L=Hρ1,零點遷移量為A2=h1ρ1-h2ρ0（ρ0為毛細管中硅油密度）。為了避免變送器在測量過程中出現(xiàn)死區(qū), 必須使h1ρ1≥h2ρ0, 否則將會出現(xiàn)實際測量范圍小于變送器檢驗范圍的現(xiàn)象。最低測量液位時, 作用于變送器上等效靜壓差為△ρ1=h1ρ1-h2ρ0=A2最高測量液位時, 作用于變送器上等效靜壓差為△ρ2=（h1+H）ρ1-H2ρ0=Hρ1+A2變送器檢驗范圍為△ρ=△ρ1~△ρ2=A2~（Hρ1+A2）, 對應于變送器的輸出（ 若變送器為正作用） 為4 ~ 20 mA。
4） 雙法蘭差壓變送器安裝在開口容器低端法蘭水平線以下, 高壓室法蘭與容器低端法蘭相連接, 低壓室法蘭與容器低端法蘭在一條水平線上,如圖4 所示。則變送器量程, 零點遷移量, 最低測量液位時作用于變送器上等效靜壓差, 最高測量液位時, 作用于變送器上等效靜壓差, 變送器檢驗范圍均與本節(jié)1） 相同。對應于變送器的輸出（ 若變送器為正作用） 也為4 ~ 20 mA。
5） 雙法蘭差壓變送器安裝在開口容器低端法蘭水平線以下, 且低壓室法蘭與容器低端法蘭不在一條水平線上, 如圖5 所示。高壓室法蘭與容器低端法蘭相連接, 低壓室法蘭與容器低端法蘭不在一條水平線上。

則 變送器量程為L=Hρ1,零點遷移量為A3=h1ρ1+h2ρ0, 最低測量液位時, 作用于變送器上等效靜壓差為△ρ1=h1ρ1+h2ρ0=A3最高測量液位時, 作用于變送器上等效靜壓差為△ρ2=（h1+H）ρ1+h2ρ0=Hρ1+A3變送器檢驗范圍為△ρ=△ρ1~△ρ2=A3~（Hρ1+A3）對應于變送 器的輸出（ 若變送器為正作用） 為4~20 mA 。
2. 2 雙法蘭差壓變送器安裝在密閉容器上
1） 雙法蘭差壓變送器安裝在密閉容器低端法蘭水平線上, 且高低壓室法蘭與容器高低端法蘭相連接, 并且變送器與容器低壓法蘭在一條水平線上, 如圖6 所示。

則 變送器量程為L=Hρ1, 零點遷移量為A4=h1ρ1-h3ρ0（ρ0為毛細管中硅油密度） , 最低測量液位時, 作用于變送器上等效靜壓差為△ρ1=h1ρ1-h3ρ0=A4, 最高測量液位時, 作用于變送器上等效靜壓差為△ρ2=（h1+H）ρ1-h3ρ0=Hρ1+A4式中 h3-容器高低端法蘭中心線之間的距離。
變送器檢驗范圍為△ρ=△ρ1~△ρ2=A4~（Hρ1+A4）,對應于變送器的輸出（ 若變送器為正作用） 為4~20mADC。
2） 雙法蘭差壓變送器安裝在密閉容器低端法蘭水平線以下, 且高低壓室法蘭與容器高低端法蘭相連接, 并且變送器安裝在密閉容器低端法蘭水平
線以下, 如圖7所示。則變送器量程, 零點遷移量, 最低測量液位時作用于變送器上等效靜壓差, 最高測量液位時作用于變送器上等效靜壓差, 變送器檢驗范圍, 均與本節(jié)1） 同。
對應于變送器的輸出（ 若變送器為正作用） 為4~20mADC。

3） 雙法蘭差壓變送器高低壓室法蘭與容器高低端法蘭相連接, 并且變送器安裝在密閉容器高低端法蘭水平線之間, 如圖8所示。
那 么變送器量程為L=Hρ1, 零點遷移量為A4=h1ρ1-h3ρ0.為了避免變送器在測量過程中出現(xiàn)死區(qū), 必須使h1ρ1≥h3ρ0, 否則將會出現(xiàn)實際測量范圍小于變送器檢驗范圍的現(xiàn)象。最低測量液位時, 作用于變送器上等效靜壓差為△ρ1=h1ρ1-h3ρ0=A4

最高測量液位時, 作用于變送器上等效靜壓差為△ρ2=（h1+H）ρ1-h3ρ0=Hρ1+A4變送器檢驗范圍為△ρ=△ρ1~△ρ2=A4~（Hρ1+A4）, 對應于變送器的輸出（ 若變送器為正作用） 為4~20 mA。
4） 雙法蘭差壓變送器安裝在密閉容器高端法蘭水平線以上, 且高低壓室法蘭與容器高低端法蘭相連接, 如圖9 所示。

則 變送器量程為L=Hρ1,, 零點遷移量為A5=h1ρ1-（h5-h4）ρ0.為了避免變送器在測量過程中出現(xiàn)死區(qū), 必須使h1ρ1≥（h5-h4）ρ0,否則將會出現(xiàn)實際測量范圍小于變送器檢驗范圍的現(xiàn)象。最低測量液位時, 作用于變送器上等效靜壓差為△ρ1=h1ρ1-（h5-h4）ρ0=A5最高測量液位時, 作用于變送器上等效靜壓差為△ρ2=（h1+H）ρ1-（h5-h4）ρ0=Hρ1+A5式中 h4-變送器正、負壓室中心線到容器高端法蘭中心線之間的距離;h5-變送器正、負壓室中心線到容器低端法蘭中心線之間的距離。
變送器檢驗范圍為△ρ=△ρ1~△ρ2=A5~（Hρ1+A5）, 對應于變送器的輸出（ 若變送器為正作用） 為4~20 mA。
3 結束語
綜上所述, 在利用雙法蘭差壓變送器測 量液位時, 由于毛細管中填充液體的密度是已知的, 因此只要確定了變送器的安裝位置和形式以及H,準確地量取變送器的安裝數(shù)據(jù)（h1,h2,h3,h4,h5）,就可以很方便地分析計算出變送器量程L,零 點遷移量A ,△ρ1 和△ρ2,再校驗△ρ,對應于4~20mA就可以了。安裝時應注意導壓管要固定牢靠, 避免管路晃動引起信號波動; 導壓管的彎曲半徑不應小于150mm, 免得致使管截面變小阻塞, 妨礙壓力傳播; 要特別注意磕碰感測膜片, 砸傷, 踩斷導壓管, 確保儀表內(nèi)部始終處在充滿硅油, 嚴格密封下正常進行。然后在現(xiàn)場把校驗好的變送器按要求安裝在容器上, 就可以準確地測量出容器內(nèi)液體的液位了。