雙法蘭差壓變送器在高加液位測量中的應(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)電廠高加液位測量方法進(jìn)行對比分析,闡述雙法蘭差壓變送器在高加液位測量中的優(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，同時對機(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,被測介質(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。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粒或者具有粘滯性，可能會堵塞導(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量液位的原理和普通差壓變送器測量液位的原理是-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,會對容器底部或側(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,此靜壓力與液體的高度h成正比,使用變送器測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應(yīng)量程、上限、下限的計(jì)算和設(shè)置決定了液位測量的正確性和正確性。根據(jù)雙法蘭變送器的特點(diǎn),對變送器位于兩個法蘭中間、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變送器安裝在兩個法蘭中間
       差壓變送器安裝高度在兩個法蘭中間,變送器的正壓測接下部法蘭,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,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,其變送器正壓測所受
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，△P1=ρ_介gh;當(dāng)液面最高H=h時,△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,其對應(yīng)輸出為4~20mADC。
2.2變送器安裝在兩個法蘭下方
       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)電廠高加液位測量以及常見密閉容器測量液位一樣,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,△P1=-ρ_介gh;當(dāng)液面最高H=h

時,△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,△P1=ρ_介gh;當(dāng)液面最高H=h
時,△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。其安裝位置對變送器的量程以及遷移量是沒有影響的。在對變送器相關(guān)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算時，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)場測量可以得到兩個法蘭的安裝距離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,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)管束綁扎以免振動等的影響，超長部分的毛細(xì)管應(yīng)卷在-起固定;彎曲毛細(xì)管時，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,各個高加的3個液位變送器統(tǒng)一安裝在一個儀表架內(nèi)。儀表架布置在和高加同一平臺且周圍環(huán)境溫度相對穩(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，同時也消除了因平衡容器內(nèi)液位變動，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,可以測量更高的溫度,不需要很長的儀表管對接液進(jìn)行冷卻。
(4)安裝方便,可以和高加布置在同-層平臺,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量液位需要通過很長的儀表管,引壓到更低-層的平臺,增加了投入及維護(hù)難度。
(5)測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遠(yuǎn)傳密封裝置，所以儀表的結(jié)構(gòu)相對較為復(fù)雜,材質(zhì)要求高,價格也更貴。
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量高加液位,和使用普通差壓變送器測量液位相比,優(yōu)點(diǎn)明顯,維護(hù)相對減少,而且布置更加靈活。