絞吸挖泥船雙法蘭差壓變送器改進措施

摘要:針對絞吸挖泥船雙法蘭差壓變送器安裝方式存在的體積大、用料多、費用高和維護難的問題，對雙法蘭差壓變送器的安裝方式和結構改進措施進行研究。設計了合理的密封罐體，大大縮小密封面積，減少維護時間;設計減震裝置和雙焊接的連接方式，防止排泥管震動造成的零件松動;將雙法蘭設計成單法蘭，簡化變送器結構，減少用料及整體質量，更便于維護;針對變送器長期在水下工作的情況，選用防腐防銹的材料。采用改進前后變送器對比的方法，得出改進后變送器使用注意事項和效果。實船應用效果表明，改進后的變送器體積小、維護時間短，提高了船舶生產效率。
       絞吸挖泥船在生產過程中的參數和變量，需要用各種儀器儀表進行檢測，其中的主要變量必須通過現場變送器的轉換才能進入儀表系統顯示。目前，許多絞吸挖泥船測量泥泵吸入真空壓力數值使用的是雙法蘭差壓變送器，該設備能獲取疏浚船舶水下排泥管道內外的壓差值，并通過與之連接的電纜及時輸送到船舶控制臺，通過船舶控制臺調控動力排泥泵，使壓差值保持在正常范圍，從而使水下泥漿以合理的流速和濃度從排泥管排出。此種類型的差壓變送器體積較大，因船舶施工時變送器需要浸泡在水下，故安裝時需要做好水密工作，維護費時費力，大大降低了效率。本文對雙法蘭差壓變送器現場安裝方式進行改進。從新差壓變送器的使用情況看，改進后的差壓變送器體積小、拆裝方便，減少了維護檢修時間，提高了船舶生產效率［1］。
1雙法蘭差壓變送器安裝方式
       雙法蘭差壓變送器結構和安裝方式見圖1，其中有2個法蘭，單個法蘭直徑為170mm，每個法蘭由4條螺栓固定，共計8條;最外一圈為固定鐵罩的螺栓孔，共計14個，鐵罩1件，直徑500mm，高500mm，質量20kg［2］。

由圖1可以看出，雙法蘭差壓變送器安裝方式比較復雜，存在以下缺點:
1)因需要將整個差壓變送器與海水隔絕，需要的鐵罩直徑大、質量大，拆裝費時費力，且做水密的時間長，安裝費用高，工作量大。
2)維護困難。前期拆卸鐵罩、雙法蘭和維護檢修后回裝、重新做水密等工作需要大量時間，因雙法蘭的低壓端與吸泥管線相通，所以在維護檢修雙法蘭差壓變送器期間船舶不能施工，故降低了船舶生產效率。
3)對水密等級要求很高，容易泄漏，損壞設備。船舶施工時，雙法蘭差壓變送器會隨著橋梁下放至海水中，并伴有強烈的振動，鐵罩直徑越大，水密面積越大，泄露的風險越高。
4)占地多，需要的空間大。對于吸泥管線至橋梁頂部空間小的船舶來說，維護檢修需要更多的時間，降低了船舶生產效率。
5)雙法蘭差壓變送器沒有減震裝置，船舶施工時一直伴有強烈的振動，變送器使用壽命短。
2雙法蘭差壓變送器的改進
       隨著差壓變送器制造技術的進步，現場儀表在單向耐壓、使用環境要求等方面有了很大的改進，為改變雙法蘭安裝方式提供了技術支撐。通過對雙法蘭差壓變送器安裝方式的分析，以不影響壓力傳遞、方便維護檢修為出發點，突出簡易安裝、節約能耗的特點［3］，改進了雙法蘭差壓變送器的結構(圖2)。

2.1智能壓力變送器結構特征和工作原理
       改進后的差壓變送器是以智能壓力變送器為基礎、重新設計結構件組裝而成的。
       智能壓力變送器也是一種差壓變送器，以成熟的電容式傳感器和先進的微硅固態復合傳感器為基礎，通過模塊化設計理念精心開發，由帶集成電子適配單元的傳感器模塊和帶按鍵控制單元的放大模塊組成。過程壓力作用于壓力傳感器后，傳感器將壓力信號轉換為電信號，經電子適配單元采樣、調理、放大、轉換后，以4～20mA模擬信號輸出［4］。圖3為智能壓力變送器的工作原理以及各功能模塊的關系。

2.2智能壓力變送器改裝
1)智能壓力變送器外形及尺寸見圖4。打開電子部件側表蓋，拆下集成電路板，注意集成電路板背后的連接線，避免扯斷。斷開連接線，拆下電氣密封悶頭，此處仍須注意連接線不要破壞內部的連接銅柱。

2)拆下接線端表蓋，將電源模塊拆下，注意連接銅柱。拆下電氣密封悶頭內的2根連接銅柱備用。
3)選用直徑和集成電路板一樣大、厚5mm的硬質塑料，打孔后將集成電路板、2根銅柱和電源模塊連接，連接方式和在電氣密封悶頭中一樣，此部分稱為轉換模塊。
4)將變送器的剩余本體部分、轉換模塊和結構件組裝，即成為新的差壓變送器。該變送器尺寸為120mm×120mm×350mm，遠小于雙法蘭差壓變送器安裝后的尺寸。
3改進后的差壓變送器安裝注意事項
新的變送器也有一定的局限性，變送器組裝和現場安裝時須注意以下幾個方面:
1)就地安裝取壓口的選擇十分重要，分清高、低壓力端，使后續的維護檢修方便。
2)因變送器會長期浸泡在海水中，所以結構件及所有螺栓均為不銹鋼材質，防止生銹和腐蝕。
3)變送器安裝連接后必須確保罐體蓋、電纜引入裝置密封可靠，否則將導致電子部件受潮影響變送器的性能和使用壽命。
4)在船舶施工時，會有強烈的振動，故所有螺栓安裝前必須涂抹螺紋膠加以固定。
5)確保引壓管道與變送器的高、低壓側連接正確。
6)電纜建議使用屏蔽雙絞線，并避免與其他帶感性負載電路和大容量電器鋪設在一起或安裝在大型電氣設備附近，屏蔽層必須接地。
7)安裝減震裝置時，建議放入一層橡膠墊，以保證更好的減震效果。
4差壓變送器改進效果
改進后的差壓變送器可以克服雙法蘭差壓變送器的很多缺陷，改進成果顯著(圖5)。
1)變送器結構件罐體端口直徑只有120mm，遠小于改進前鐵罩直徑的500mm，水密工作量大大降低，從而降低了泄露的風險。
2)變送器體積和質量變小，降低了制作成本。
3)節省現場空間，使設備現場整潔、不擁擠，更方便維護。
4)減少維護時間，增加船舶施工時間，提高船舶生產效率。
5)設計了減震裝置和雙焊接的連接方式，可以更好地保護變送器，延長變送器使用壽命。

5經濟效益分析
       絞吸挖泥船“天杉”船于2018年11月26日更換了新差壓變送器，應用于某25萬噸級航道疏浚工程，工程單價為16元/m3。改進前的雙法蘭差壓變送器維護檢修時間4h，改進后只需要1h，節省了3h，這部分時間船舶可以正常施工。根據《主要疏浚施工監測設備校驗規程》規定，絞吸挖泥船吸入真空壓力傳感器每半年維護校驗1次［5］，“天杉”船生產率為3500m3/h，綜合計算，“天杉”船半年可增加產值為16元/m3×3h×3500m3/h=16.8萬元。
       新差壓變送器的使用，不僅縮短了正常維護時間，還在差壓變送器故障拆檢中節省了時間，進而增加船舶施工時間，并且船舶在長時間的運轉下，可以更好地保持泥漿濃度，提高了船舶生產效率。
6結論
1)改進雙法蘭差壓變送器的目的是提高變送器的可靠性，減少變送器的維修、維護工作量和時間。
2)在了解現場條件的基礎上，選擇最優的變送器結構形式，可以保證變送器安裝使用的合理性，從而提高船舶的生產效率。
3)改進后的差壓變送器已在某疏浚工程中推廣應用，僅以一條絞吸挖泥船為例，半年可增加產值16.8萬元。