張翼飛 謝秀飛 / 中國(guó)海洋石油集團(tuán)有限公司計(jì)量檢測(cè)中心

0 引言

雙法蘭液位變送器主要用于過(guò)程測(cè)量，其體積較小安裝方便。雙法蘭液位變送器的檢定工作通常采用離線檢定，既節(jié)約了能源又提高了效率，方便快捷。

1 雙法蘭液位變送器的原理及安裝方式

液位變送器是工業(yè)過(guò)程測(cè)量和控制系統(tǒng)中用以指示和控制液位的儀表。雙法蘭液位變送器屬于差壓式壓力變送器，其通過(guò)測(cè)量介質(zhì)差壓值再按照帕斯卡定律得到液位高度，主要用于測(cè)量帶壓容器內(nèi)的液體高度。

雙法蘭液位變送器一般安裝在帶壓容器上，安裝方式為側(cè)裝，如圖1所示。安裝時(shí)應(yīng)保證雙法蘭液位變送器的法蘭及變送器表頭的垂直度，否則會(huì)引起測(cè)量誤差。雙法蘭液位變送器的下法蘭為正壓側(cè)，安裝在罐體下側(cè)與液體介質(zhì)接觸。雙法蘭液位變送器的上法蘭為負(fù)壓側(cè)，安裝在罐體上側(cè)與氣體介質(zhì)接觸。假設(shè)雙法蘭液位變送器下法蘭感應(yīng)到的壓力的P2，P2=P0+P。雙法蘭液位變送器上法蘭感應(yīng)到的壓力為P0，那么雙法蘭液位變送器輸出的差壓值為 ΔP=P2-P0=P。

式中：P2——雙法蘭液位變送器下法蘭感應(yīng)到的壓力；

P0——罐體上側(cè)氣體介質(zhì)壓力；

P——液體介質(zhì)靜壓力

因此，雙法蘭液位變送器輸出的差壓值即表征了液體高度。所以根據(jù)帕斯卡定律可知同種密度的液體在同一深度，液體向各個(gè)方向的壓強(qiáng)都相等。雙法蘭液位變送器就是根據(jù)這一原理測(cè)量到的差壓值來(lái)推算介質(zhì)高度的。其公式為

式中：H——雙法蘭液位變送器所測(cè)液體介質(zhì)高度；

P——液體介質(zhì)靜壓力；

ρ——液體介質(zhì)的密度；

g——重力加速度

圖1 雙法蘭液位變送器的安裝方式

2 雙法蘭液位變送器的檢定方法比較和選擇

2.1 方法一：傳統(tǒng)的檢定方法

傳統(tǒng)的檢定方法就是根據(jù)JJG 882-2015《壓力變送器》的相關(guān)要求，按照附錄A中連接方式進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)器及雙法蘭液位變送器的安裝與連接，如圖2所示。連接好后按照規(guī)程要求進(jìn)行檢定。

該方式是將雙法蘭液位變送器下法蘭安裝于被檢表位置，上法蘭與大氣連通，調(diào)節(jié)介質(zhì)流量按照規(guī)程對(duì)各檢定點(diǎn)進(jìn)行檢定。同時(shí)記錄各檢定點(diǎn)數(shù)據(jù)，并進(jìn)行誤差等數(shù)據(jù)處理。

圖2 檢定系統(tǒng)連接

要特別注意的是該方法安裝方式與實(shí)際安裝方式完全不同。由于毛細(xì)管中充滿了壓力傳導(dǎo)介質(zhì)，因此用該方法檢定完成后的雙法蘭液位變送器一旦安裝到設(shè)備上其輸出差壓值會(huì)改變。還要在現(xiàn)場(chǎng)安裝后對(duì)其進(jìn)行二次檢定。

2.2 方法二：用專用設(shè)備的檢定方法

方法一的傳統(tǒng)檢定方法是將兩個(gè)法蘭水平放置于桌面上進(jìn)行校驗(yàn)。在此過(guò)程中，法蘭面水平放置。以人工手扶的方式保持法蘭靜止，兩個(gè)法蘭無(wú)規(guī)定的高度差。整個(gè)檢定過(guò)程繁瑣，不僅安全性較差，對(duì)于人力及物力要求較高，導(dǎo)致其工作效率及安全性較低。上述檢定方法存在以下問(wèn)題：

1）雙法蘭液位變送器的兩個(gè)法蘭在檢定規(guī)程中往往需要人工手扶的方式，無(wú)有效的固定措施，檢定中會(huì)帶來(lái)壓力波動(dòng)，影響檢定工作；

2） 雙法蘭液位變送器的兩個(gè)法蘭在同一水平面，未按照實(shí)際安裝方式使兩個(gè)法蘭達(dá)到規(guī)定高度。

為了解決雙法蘭液位變送器的安裝及離線檢定問(wèn)題，自行研制了一套裝置（如圖3）來(lái)完成雙法蘭液位變送器的離線檢定問(wèn)題。此裝置已獲得國(guó)家專利，專利號(hào)：ZL201820974816.8。

圖3 雙法蘭液位變送器檢定裝置

2.3 兩種方法的比較和選擇

從以下幾個(gè)方面對(duì)兩種方法進(jìn)行比較：（1）復(fù)雜程度。對(duì)于不同大小法蘭的雙法蘭液位變送器方法一必須準(zhǔn)備n個(gè)法蘭來(lái)適應(yīng)雙法蘭液位變送器的法蘭安裝，設(shè)備及連接等較復(fù)雜；（2）操作性。方法一操作復(fù)雜，方法二設(shè)備規(guī)范、體積小、可操作性強(qiáng)；（3）安全性。方法一造成膜片損壞的危險(xiǎn)性較大。方法二只需要將雙法蘭液位變送器的兩個(gè)法蘭安裝好就可以完成檢定工作；（4）經(jīng)濟(jì)性。方法一成本高，雙法蘭液位變送器在實(shí)驗(yàn)室完成檢定后，由于檢定時(shí)的安裝方式與實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)安裝方式不同，造成了雙法蘭液位變送器現(xiàn)場(chǎng)安裝后要進(jìn)行適合現(xiàn)場(chǎng)安裝方式的二次檢定。方法二設(shè)備完全模擬現(xiàn)場(chǎng)安裝條件，一次檢定即可，現(xiàn)場(chǎng)安裝后可直接使用。

從以上比較可知，方法二更適合工作需要。

3 雙法蘭液位變送器安裝裝置

如圖4所示為雙法蘭液位變送器的安裝裝置，主要分三部分：機(jī)架、安裝臺(tái)、上法蘭安裝板。

圖4 雙法蘭液位變送器檢定裝置

3.1 機(jī)架的設(shè)計(jì)

機(jī)架包括一個(gè)梯形機(jī)座，用于各零部件支撐。為了使整個(gè)裝置處于水平位置，在機(jī)座下部設(shè)置了調(diào)平螺桿。機(jī)座上部還設(shè)置有兩個(gè)軸承，兩個(gè)軸承的軸心在同一直線上。其作用就是將安裝臺(tái)安裝在機(jī)座上，該裝置是將螺桿穿過(guò)軸承旋入安裝臺(tái)側(cè)面螺紋中使安裝臺(tái)安裝在機(jī)座上的。此時(shí)安裝臺(tái)可以以軸承軸心做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，從而可以達(dá)到水平和垂直位置。為了使安裝臺(tái)在水平位置和垂直位置均可以固定不動(dòng)，機(jī)座上設(shè)置了與安裝臺(tái)同軸的水平定位孔和垂直定位孔。雙法蘭液位變送器法蘭在水平位置時(shí)方便安裝，因此可以用水平定位銷插入水平定位孔將安裝臺(tái)固定在水平位置。當(dāng)雙法蘭液位變送器安裝好后，拔出水平定位銷轉(zhuǎn)動(dòng)安裝臺(tái)至垂直位置，然后將垂直定位銷插入垂直定位孔就可以將安裝臺(tái)固定在垂直位置。此時(shí)就可以按照檢定規(guī)程進(jìn)行檢定了。

3.2 安裝臺(tái)的設(shè)計(jì)

為了雙法蘭液位變送器方便安裝，設(shè)置了安裝臺(tái)。下法蘭安裝位置檢定時(shí)需要進(jìn)壓，因此設(shè)計(jì)了檢定孔。為了適應(yīng)不同大小的法蘭，該裝置設(shè)置了下法蘭定位槽。將雙法蘭液位變送器的下法蘭放置在下法蘭安裝位置，然后將下法蘭壓桿放置在雙法蘭液位變送器下法蘭的合適位置上，用螺桿螺母就可以很好地將下法蘭通過(guò)下法蘭壓桿緊固在安裝臺(tái)上。為了雙法蘭液位變送器的上法蘭安裝以及上下法蘭距離的調(diào)整，在安裝臺(tái)上設(shè)置了上法蘭位置調(diào)整槽。上法蘭安裝板可以自由地在上法蘭位置調(diào)整槽的不同位置固定安裝。

3.3 上法蘭安裝板的設(shè)計(jì)

為了可以將雙法蘭液位變送器的上法蘭固定安裝在安裝臺(tái)上，設(shè)計(jì)了上法蘭安裝板。為了適合不同大小的上法蘭，在上法蘭安裝板上設(shè)計(jì)了一個(gè)足夠長(zhǎng)的上法蘭定位槽。通過(guò)螺桿螺母將上法蘭安裝到上法蘭安裝板上后，將整個(gè)上法蘭安裝板整體一起安裝到安裝臺(tái)上。具體實(shí)施就是把螺桿穿過(guò)上法蘭安裝板螺栓孔和上法蘭定位槽緊固即可。

3.4 雙法蘭液位變送器的安裝過(guò)程

第一步：用水平定位銷將安裝板固定于水平位置；

第二步：將下法蘭固定在下法蘭位置上，將上法蘭先安裝在上法蘭安裝板上，再整體安裝在安裝臺(tái)上。此時(shí)應(yīng)注意兩個(gè)法蘭之間的距離應(yīng)保持正確；

第三步：拔出水平定位銷，轉(zhuǎn)動(dòng)安裝臺(tái)至垂直位置，用垂直定位銷將安裝臺(tái)固定在垂直位置；

第四步：連接氣源至檢定孔，按照檢定規(guī)程的具體要求操作，記錄數(shù)據(jù)，完成檢定。

3.5 測(cè)量結(jié)果與驗(yàn)證

以廠家 YOKOGAWA 0.2 級(jí)，量程為 0～3 500 mmH2O雙法蘭液位變送器為例，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比結(jié)果如表1所示。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，使用雙法蘭液位變送器校驗(yàn)裝置在檢定雙法蘭液位變送器時(shí)最大誤差為5 mmH2O，小于最大允許誤差±7 mmH2O，該裝置比現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確，工作效率大大提高。

表1 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，本文提及的雙法蘭液位變送器的檢定方法是較為全面且符合實(shí)際的。