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測量不準確及波動無常的原因分析,該文提出了在對特定工藝設備進行液位測量時,采用干簧管液位遠傳變送器測量的方法,以削弱液位測量易受介質流速和介質密度不穩定的影響,有助于在工程設計過程中提高液位測量的穩定性。
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過程中，發現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際液位,但經反復測試,確認儀表本體和控制回路均正常。通過對生產過程的跟蹤和多次測試，經過分析發現影響測量結果的主要原因是介質流速和介質密度的不穩定性。采用干簧管液位遠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定性。
1工藝流程與測控點的配置
1.1工藝概述
　　某廠原料氣過濾分離器裝有四臺遠傳雙法蘭差壓式液位計和兩臺現場磁浮子液位計，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設計看，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節作用,當液位高于設定值時調節閥LV-101開度增大,液位低于設定時調節閥的開度減小，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竄人低壓系統，損壞設備。
(2)在聯鎖控制中LC-101和LI102測量值進行二選--聯鎖,當液位低于5%時聯鎖動作,關閉切斷閥XV-107;當液位高于5%.操作人員為了排放酸性水必須在HIMA系統的IFTX畫面對切斷閥XV-107進行手動復位后，切斷閥XV-107才會打開,液位調節系統LC-101才能調節液位，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竄入低壓系統,損壞設備。
(3)LC-104:在原料氣過濾分離器下部起液位調節作用,當液位高于設定值時調節閥LV-10開度增大，液位低于設定時調節閥的開度減小。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竄人低壓系統,損壞設備。
(4)在聯鎖控制中LC-104和LI-105測量值進行二選一聯鎖，當液位低于5%時聯鎖動作關閉切斷閥XV-108;當液位高于5%,操作人員為了排放酸性水必須在HIMA系統的IFIX畫面對切斷閥XV-108進行手動復位后，切斷閥XV-107才會打開,液位調節系統LC-104才能調節液位,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竄人低壓系統,損壞設備。
2存在的問題及現象
　　在正常生產過程中，發現原料氣過濾分離器的液位計測量運行狀態不好，波動無常,甚至無法檢測到實際液位,經反復測試,確認儀表本體和控制回路均為正常。以下是對生產過程中的跟蹤情況:
裝置投產以后，原料氣過濾分離器的遠傳液位計與現場磁浮子液位計相差很大,有時現場沒有液位,但是遠傳液位計檢測到的是滿液位。
　　裝置停車后.對原料氣過濾分離器進行了常壓下液位建立。在0%.25%、50%.75%、100%共5點參照磁浮子液位計對遠傳液位計進行了調試。并反復對兩種液位計進行了比較.兩種液位計檢測的結果也相吻合。但是，當裝置運行后,原料氣過濾分離器的液位檢測也出現與現場磁浮子液位不相吻合的現象。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-301的液位LT-302/303/304位號，但這些變送器能正常的工作,準確地檢測到實際的液位.這兩種不同的現象讓人費解，也不得不對此進行更深人的分析。
3測試與分析
3.1在離線和靜態工況進行以下三種條件的測試
(1)對變送器本體檢查校驗:
　　將一臺現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行了校驗,校驗數據如表1所示。
 
經校驗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行了校驗,校驗數據如表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來看，變送器的精度是符合要求的。隨后我們將校驗后的新表安裝在LT-102原變送器的現場所在位置。
 
(2)在新表投運前,在常壓下建立液位與現場的另--臺雙法蘭液位變送器和磁翻板液位計進行了觀察，首先建立液位進行比較,這里以磁翻板液位計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所顯示的數據在正常誤差范圍內。其數據如表3所示。
(3)在過濾器投運前，加水建立液位在8MPa的靜壓下進行觀察.每建立一個液位就進行了穩壓半小時的觀察,得出的數據如表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所顯示的數據在正常誤差范圍內,LI-102(新表)變送器的輸出值是穩定的,沒有出現波動象;L-101與LG-1001LI-102所顯示的數據誤差較大，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，發現過濾器的上部和下部的現場磁翻板液位比較穩定,然后,四臺雙法蘭液位變送器液位計輸出值波動比較大,在不同的時間對液位計進行了觀察,數據記錄在表5中。
 
　　從觀察到的數據看:這些雙法蘭液位變送器的輸出值波動很大，與現場液位不相符,無法檢測到真實的液位。
3.3從差壓式液位計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,其差壓與介質的液位和密度之間都存在如下關系:
△P=pgH
式中:p----介質的密度;
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。這樣△P就是變送器的量程值。根據查閱設計技術規格書得知，通過原料氣過濾分離器里的介質的密度為85.966~990.9kg/m³,是一個無法確定的值。從實際的生產運行情況觀察也發現介質的密度是隨著氣質和氣溫而變化的，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，也無法測量到真實的液位的。
3.4在8MPa的靜壓下同一個取樣點的兩臺雙法蘭液位計測量值出現誤差的原因分析
　　在8MPa的靜壓下在同-取壓點安裝了兩臺液位變送器(新舊各一臺),它們的測量值出現不一致的現象,究其原因有以下兩點:
(1)在儀表安裝時沒有很好地保護雙法蘭的正、負壓側膜片,使得膜片變形受損,同一臺變送器正、負壓側膜片變形不一一致;同一個測點位置的兩臺變送器的膜片變形也不相同,因此在同一穩定的靜壓狀態下，由于各膜片彈性形變的不同導致了測量不準。(見圖2:受損的雙法蘭變送器的膜片)
 
(2)現場雖然同-取樣點安裝了兩臺變送器,但是由于安裝不規范,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生變化，從而出現同一測點的兩臺變送器的相對誤差。在現場測量同-水平線上的測點相差可達s0mm,占了滿量程的10%.由以下公式計算:
△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----介質密度;p=990.9Kg/m³。
　　經過計算得出的量程比設計的量程4.43KPa高了0.91KPa,那么顯示就比實際液位20.94%。這就是為什么同--取壓點為什么兩臺變送器輸出值不同的另一原因。
3.5設備結構與氣流的影響
　　經觀察還發現:當氣體流經設備且沒有液位時,變送器有測量輸出同時輸出值波動,為什么會出現這樣的現象呢?查閱過濾器設備資料,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、管道直徑與設備直徑之比為1/2.44;液位計上下法蘭間距為500mm,如圖3所示。
 
　　當在高靜壓(8MPa)工況下流體在流動中會發生紊流狀態,在紊流狀態下,流體質點除了沿軸向流動外,還要橫向運動。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測點之間和C、D之間分別存在一個動態的微壓值,此時在高靜壓(8MPa)工況下通過微壓差變送器(0~4.43KPa)就很靈敏地反應出一個動態的輸出變量(假液位)。
　　綜上所述，如果受不穩定的氣流、介質密度的不確定性和變送器膜片受損引起的不規則的形變所產生的測量誤差將形成疊加影響,使之產生無規律變化輸出。
4解決方法
　　在本生產工況中，由于通過原料氣過濾分離器的介質密度的不確定性，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生的動態性誤差。
　　鑒于上述原因，在試驗中我們選擇干簧管液位遠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的磁浮子系統耦合過來的液位信號作用在傳感器內的電阻鏈上的每一個干簧管上，引起輸出電阻連續變化，進面引起測量電壓發生連續變化,此電壓與液位成正比通過變送轉換器,輸出二線制4~20mADC電流信號。
試驗方案:
(1)在原有磁翻柱液位計的基礎上,增選用干簧管液位遠傳變送器一臺。
(2)采用外置棚綁式安裝方式，安裝到磁翻柱液位計LC-100上,不改變工藝設備原有構造。
(3)新增一根電纜，將信號接人DCS機柜，然后在DCS將此位號設為L-TEST進行組態、顯示。方框圖如圖4所示。
 
　　將干簧管液位遠傳變送器安裝、調試好后.經過一-段時間的運行,發現干簧管液位遠傳變送器檢測到的液位L-TEST與實際液位-致,液位測量穩定。然而原有的兩臺雙法蘭變送器檢測的液位U-101和L-102與實際液位相差較大,波動也很大,其曲線圖如圖5所示。
 
5結束語
　　試驗證明,干簧管液位遠傳變送器能準確、穩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，可得出以下結論:
(1)在介質密度不確定時,不宜選用差壓式變送器來進行測量設備的液位。
(2)在直徑較小的設備,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備中的液位。
(3)雙法蘭差壓變送器的安裝必須規范符合要求，保證安裝質量,否則在測量中就會帶來誤差。