李彩云

（北京燕化正邦設(shè)備檢修有限公司，北京 102599）

根據(jù)現(xiàn)階段的社會(huì)生產(chǎn)需求而言，在化工、石油和石化以及醫(yī)藥等眾多行業(yè)當(dāng)中使用到多種不同形態(tài)的反應(yīng)釜用來(lái)儲(chǔ)存生成的反應(yīng)物以及采集物。這樣的介質(zhì)其形態(tài)上大多不固定，包括多種液體及液體混合產(chǎn)物，即表示為多種介質(zhì)混合物。在容器中，各種不同密度以及形態(tài)的物質(zhì)將會(huì)分層存在。為了能夠精準(zhǔn)控制生產(chǎn)，則需要進(jìn)一步研究混合物的組成情況，測(cè)量分界面位置。因此，依靠更加簡(jiǎn)便的雙法蘭差壓變送器測(cè)量則更為安全高效。

1 雙法蘭差壓變送器構(gòu)成以及作用

雙法蘭差壓變送器結(jié)構(gòu)包括了帶密封隔膜的雙法蘭、差壓變送器、毛細(xì)管等，如圖1所示。它們之間用外套螺母、接管和接頭緊密連接起來(lái)，其中負(fù)責(zé)接通管路以及智能變送器的重要結(jié)構(gòu)就是法蘭盤的存在，能夠精準(zhǔn)連接儀表以及工藝設(shè)備，且法蘭盤中的膜盒同時(shí)具備壓力測(cè)量功能。

圖1 雙法蘭差壓變送器Fig.1 Double flange differential pressure transmitter

雙法蘭差壓變送器，其優(yōu)點(diǎn)在于能夠在任何位置以及高度進(jìn)行安裝，更加便捷且適應(yīng)性較強(qiáng)。針對(duì)于在反應(yīng)釜中的不同介質(zhì)進(jìn)行測(cè)量，能夠更加精準(zhǔn)地獲取到不同介質(zhì)的界面位置，保障形成高精度的測(cè)量效果?；谠趯?shí)際當(dāng)中的測(cè)量作業(yè)而言，雙法蘭差壓變送器借助于兩側(cè)不同差壓的原件進(jìn)行測(cè)量，獲取到基于不同壓力差狀態(tài)下的相關(guān)數(shù)據(jù)，并借助于將被測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行傳遞，在二次儀表上獲取到有關(guān)界面的位置參數(shù)。

雙法蘭差壓變送器在應(yīng)用過(guò)程中對(duì)反應(yīng)釜中的不同介質(zhì)的位置進(jìn)行測(cè)量連接主要是應(yīng)用到毛細(xì)管結(jié)構(gòu)，毛細(xì)管內(nèi)部采用真空充填注滿液體（一般采用硅油），毛細(xì)管起到壓力傳遞作用，并不產(chǎn)生連通反應(yīng)，相當(dāng)于將差壓變送器測(cè)量元件中的隔離膜片延伸到設(shè)備開口處，則不會(huì)造成液體堵塞，具有較高的應(yīng)用可靠度，能高效地解決粘稠、腐蝕、結(jié)焦等各種臟污介質(zhì)對(duì)測(cè)量帶來(lái)的影響，獲取被測(cè)參數(shù)僅需要根據(jù)高低壓側(cè)膜片受壓后產(chǎn)生微小位移，變形位移或頻率通過(guò)毛細(xì)管的液體傳遞給變送器，從而對(duì)兩側(cè)的壓差狀態(tài)進(jìn)行測(cè)量，計(jì)算之間的壓差[4]。雙法蘭差壓變送器測(cè)量液位時(shí)，通常情況下與被測(cè)介質(zhì)在反應(yīng)釜中的實(shí)際高度以及液體密度之間存在著一定的關(guān)聯(lián)，經(jīng)過(guò)調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)二者存在正比關(guān)系。

差壓變送器則是雙法蘭差壓變送器儀表中的關(guān)鍵部分，包括液晶顯示、電氣連接、電路板等眾多種類，能夠?qū)崟r(shí)顯示測(cè)量值，直接觀察到液位數(shù)據(jù)，便于管理。

2 界位測(cè)量中的雙法蘭差壓變送器應(yīng)用

2.1 安裝

對(duì)反應(yīng)釜中的不同介質(zhì)界位進(jìn)行測(cè)量，首先需要精準(zhǔn)安裝雙法蘭差壓變送器，要求反應(yīng)釜底部的法蘭取壓口結(jié)構(gòu)能夠與差壓變送器中的高壓側(cè)進(jìn)行連接，則相應(yīng)的低壓側(cè)與反應(yīng)釜頂部的法蘭取壓口相連接，高低壓側(cè)均應(yīng)垂直安裝。從而保證反應(yīng)釜中的相關(guān)介質(zhì)界面實(shí)際位置能夠與壓差值成正比。借助于積分運(yùn)算，從而獲取到更加完整的界面數(shù)據(jù)資料。

在差壓變送器中，液位計(jì)的應(yīng)用其作用在于避免反應(yīng)釜中的液體具有腐蝕性對(duì)差壓變送器測(cè)量產(chǎn)生一定影響。在雙法蘭結(jié)構(gòu)的作用下，通過(guò)連接兩個(gè)法蘭結(jié)構(gòu)，避免借助堵塞測(cè)量管或是對(duì)其產(chǎn)生腐蝕作用，確保能夠形成高精度的測(cè)量效果[1]。由于在實(shí)際中需要差壓變送器與反應(yīng)釜相連接，則促使高壓取壓口能夠始終維持在起始液面的統(tǒng)一高度狀態(tài)。且在低壓室中，同樣具有一定要求，不能夠存在凝析介質(zhì)，才能夠精準(zhǔn)測(cè)量，并保持密度不變的被測(cè)介質(zhì)狀態(tài)，滿足測(cè)量需求。

安裝雙法蘭差壓變送器，要求符合安裝標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，能夠保障使用安全，否則將會(huì)對(duì)變送器的使用質(zhì)量、測(cè)量結(jié)果以及壽命等產(chǎn)生影響。儀表安裝地點(diǎn)應(yīng)選取在不僅需要便于觀測(cè)，同時(shí)也需要便于維修的地方。與反應(yīng)釜保持相對(duì)較近的被測(cè)距離，才能夠避免原材料消耗。安裝雙法蘭差壓變送器時(shí)，需要對(duì)使用環(huán)境進(jìn)行相應(yīng)的控制，環(huán)境溫度不能變化太大，符合絕熱狀態(tài)溫度，否則應(yīng)采取隔熱措施。若差壓變送器本體安裝在室外，最好采用安裝配套儀表保溫箱，將差壓變送器測(cè)量表頭安裝在儀表保溫箱內(nèi)，保證變送器內(nèi)部電路板及顯示屏滿足適用溫度，能更加高效測(cè)量結(jié)果處理，轉(zhuǎn)換成輸出信號(hào)。毛細(xì)管受到外界溫度的影響出現(xiàn)變形等問題，將會(huì)對(duì)差壓的測(cè)量計(jì)算等產(chǎn)生相應(yīng)的影響，無(wú)法精準(zhǔn)測(cè)量界位，且使用內(nèi)部調(diào)節(jié)裝置，對(duì)誤差進(jìn)行補(bǔ)償，并對(duì)量程進(jìn)行調(diào)節(jié)，適應(yīng)不同生產(chǎn)環(huán)境下的變化需求，才能夠更加精準(zhǔn)地測(cè)量不同介質(zhì)界面位置，從而為相應(yīng)行業(yè)的生產(chǎn)提供詳細(xì)數(shù)據(jù)資料。

在安裝時(shí)，需要對(duì)毛細(xì)管的敷設(shè)施加保護(hù)措施。為了減小環(huán)境溫度差對(duì)測(cè)量的影響，可將高、低壓測(cè)的毛細(xì)管捆綁在一起，并固定牢固，防止風(fēng)以及振動(dòng)的影響，對(duì)于超長(zhǎng)部分應(yīng)卷在一起固定。毛細(xì)管直徑較小，一般內(nèi)徑在0.7mm～1.8mm，外面套有金屬蛇皮管進(jìn)行保護(hù)，具有可撓性。安裝時(shí)，對(duì)毛細(xì)管的實(shí)際長(zhǎng)度進(jìn)行考量，單跟毛細(xì)管長(zhǎng)度一般在3m～11m之間可以選擇，選擇適應(yīng)其長(zhǎng)度范圍，避免出現(xiàn)超出使用長(zhǎng)度的問題。安裝時(shí)毛細(xì)管的彎曲半徑不能夠小于50mm，不能扭曲、擠壓，不能施加過(guò)大的壓力，否則將會(huì)造成毛細(xì)管過(guò)彎斷裂[5]。

安裝雙法蘭時(shí)，對(duì)壓力膜盒做好保護(hù)，不能將膜盒直接放于地面，防止膜盒表面變形、有劃傷和損壞。法蘭安裝應(yīng)密封良好，根據(jù)工藝設(shè)備要求選取法蘭公稱直徑和公稱壓力相對(duì)應(yīng)的法蘭墊片，且墊片無(wú)劃痕，墊片應(yīng)均勻加裝在固定法蘭螺栓內(nèi)側(cè)，避免法蘭墊片與膜盒出現(xiàn)過(guò)于擁擠的現(xiàn)象，否則將會(huì)在擠壓作用下造成壓力值測(cè)量不準(zhǔn)，影響正常傳遞壓力數(shù)值。螺栓要按設(shè)計(jì)規(guī)定規(guī)格選用，不能隨意代替，安裝前應(yīng)進(jìn)行油潤(rùn)，防止生銹。螺帽與螺栓應(yīng)垂直地支撐在法蘭面上，在緊固螺帽時(shí)，采用對(duì)角線緊固法，先預(yù)緊，然后按一定順序逐個(gè)緊固，防止法蘭受力不勻壓偏而密封不嚴(yán)。

安裝完成后，需要對(duì)差壓變送器進(jìn)行調(diào)試，調(diào)節(jié)零點(diǎn)遷移作用，確保儀表零點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)，才能夠正常實(shí)施測(cè)量作業(yè)[2]。

2.2 測(cè)量

雙法蘭差壓變送器測(cè)量界位，最好是兩種介質(zhì)密度相差較大。在使用到雙法蘭差壓變送器測(cè)量?jī)煞N不同介質(zhì)界面的過(guò)程中，需要正確選擇適合的變送器結(jié)構(gòu)，并檢查驗(yàn)收其各項(xiàng)組成部分，按照嚴(yán)格的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行相應(yīng)的操作，保障正確安裝，避免基于人為失誤促使儀表使用性能受到影響。測(cè)量時(shí)，上下法蘭必須完全被液體浸沒。同時(shí)，在使用中需要做好相應(yīng)的維護(hù)工作。檢修的過(guò)程中，若發(fā)現(xiàn)磁翻板對(duì)界位測(cè)量不敏感，難以形成良好的界位測(cè)量效果，或是在較為寒冷的環(huán)境中出現(xiàn)凍凝現(xiàn)象，或是普通差壓變送器導(dǎo)壓管出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象，或是介質(zhì)臟污促使浮子卡動(dòng)等，則可以使用到雙法蘭差壓變送器對(duì)液位進(jìn)行控制，并對(duì)反應(yīng)釜中的各種介質(zhì)進(jìn)行精準(zhǔn)的測(cè)量。對(duì)反應(yīng)釜內(nèi)部的液體以及氣體等介質(zhì)界面位置變化進(jìn)行跟蹤，并借助于控制裝置生成的相關(guān)參數(shù)，保障形成更加穩(wěn)定的裝置運(yùn)行效率，符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，避免在使用過(guò)程中出現(xiàn)冒罐問題。

測(cè)量中主要是應(yīng)用到集收納控制系統(tǒng)加以輔助，或是借助于編程邏輯控制器PLC等協(xié)助應(yīng)用，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)變送器測(cè)量中的信號(hào)進(jìn)行采集，并進(jìn)行整合輸出。根據(jù)系統(tǒng)編程功能，對(duì)反應(yīng)釜的內(nèi)部介質(zhì)界面位置進(jìn)行計(jì)算，實(shí)際測(cè)量中差壓變送器與容器之間的上下壓差設(shè)定為ΔPa，變送器兩側(cè)的壓差之間距離表示為H0，在反應(yīng)釜中的上層介質(zhì)密度設(shè)定為ρ輕，下層介質(zhì)的密度則設(shè)定為ρ重。其中，H2表示為反應(yīng)釜中分界面的上層介質(zhì)距離分界面的實(shí)際高度，H1表示為下層介質(zhì)距離分界面的實(shí)際高度參數(shù)，H為液位測(cè)量的高度，g表示為重力加速度的常數(shù)。雙法蘭差壓變送器測(cè)量界位示意圖如圖2所示。

圖2 雙法蘭差壓變送器測(cè)量界位示意圖Fig.2 Schematic diagram of measurement boundary for double flange differential pressure transmitter

當(dāng)界面最低時(shí)，即輕介質(zhì)液體充滿容器時(shí)，即零點(diǎn)根據(jù)公式為：

當(dāng)界面最高時(shí)，即重介質(zhì)液體充滿容器時(shí)，即滿量程根據(jù)公式為：

量程范圍為：

界面為零時(shí)，儀表正負(fù)壓室的壓力為：

遷移量為：

如P正＜P負(fù)為負(fù)遷移，如P正＞P負(fù)為正遷移[3]。

同時(shí)在測(cè)量界位的過(guò)程中，若當(dāng)前介質(zhì)具有一定的腐蝕性，則相應(yīng)地需要選擇具有防腐作用的雙法蘭差壓變送器結(jié)構(gòu)，從而能夠適應(yīng)各種不同的介質(zhì)需求形成相應(yīng)的精準(zhǔn)測(cè)量效果。

2.3 應(yīng)用智能雙法蘭差壓變送器

智能雙法蘭差壓變送器結(jié)構(gòu)具有更加強(qiáng)大的測(cè)量功能，并能夠形成更加精準(zhǔn)的測(cè)量效果，僅需要合理的應(yīng)用維護(hù)，就能夠獲取到反應(yīng)釜中的不同介質(zhì)界位參數(shù)。相較于一般狀態(tài)下的差壓變送器結(jié)構(gòu)，增加了微處理器，形成更加廣泛的測(cè)量作用。通過(guò)數(shù)據(jù)通訊控制生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，能夠完成自動(dòng)測(cè)量，精準(zhǔn)現(xiàn)實(shí)反應(yīng)釜中的不同介質(zhì)界位參數(shù)。通過(guò)智能設(shè)定變送器的參數(shù)，進(jìn)行修改、調(diào)試以及設(shè)定等，在自動(dòng)化的作用下進(jìn)行管理能夠有效避免人為干擾，在計(jì)算完成后植入到相應(yīng)的雙法蘭差壓變送器中，能夠形成更加精準(zhǔn)的測(cè)量效果。

3 雙法蘭差壓變送器測(cè)量界位的常見故障處理

1）上法蘭排出來(lái)是輕介質(zhì)，下法蘭排出來(lái)是重介質(zhì)，是正常工況，可以與就地磁翻板液位計(jì)作比較，新零點(diǎn)計(jì)算：

2）上法蘭排出來(lái)是輕介質(zhì)，下法蘭排出來(lái)是輕介質(zhì)，是正常工況，此時(shí)為零點(diǎn)量程下限，觀察PV值與理論值是否一致。理論計(jì)算：

3）上法蘭排出來(lái)是重介質(zhì)，下法蘭排出來(lái)是重介質(zhì)，是正常工況，此時(shí)為量程上限，觀察PV值與理論值是否一致。理論計(jì)算：

表1 常見故障分析處理表Table 1 Common fault analysis and handling table

4）上法蘭排出來(lái)是氣體，下法蘭排出來(lái)是重介質(zhì)，是不正常工況，不具備界面產(chǎn)生條件。

5）上法蘭排出來(lái)是氣體，下法蘭排出來(lái)是輕介質(zhì)，是不正常工況，不具備界面產(chǎn)生條件。

4 雙法蘭差壓變送器現(xiàn)場(chǎng)故障案例

故障現(xiàn)象：某烯烴裝置，一油水分離罐南側(cè)安裝一雙法蘭差壓變送器，夏季氣溫較高，太陽(yáng)直射，工藝反應(yīng)液位顯示波動(dòng)。

故障分析：1）判斷是工藝介質(zhì)原因。經(jīng)與工藝確認(rèn)后，介質(zhì)沒有更換，現(xiàn)場(chǎng)就地液位計(jì)不波動(dòng)，排除原因；2）判斷變送器參數(shù)有問題。連接手操器檢查，更改阻尼參數(shù)后仍然波動(dòng)，排除原因；3）判斷是毛細(xì)管沒有固定牢固，離伴熱管太緊或太陽(yáng)直射溫度太高。經(jīng)檢查，毛細(xì)管固定牢固，無(wú)晃動(dòng)跡象。毛細(xì)管外的蛇皮管溫度太高，使毛細(xì)管溫度急劇上升，毛細(xì)管內(nèi)硅油系數(shù)膨脹，膜盒壓力升高，儀表指示波動(dòng)。

故障處理：將毛細(xì)管及雙法蘭等太陽(yáng)直射的部位加裝保溫措施，避免太陽(yáng)光直射，降低外界溫度，恢復(fù)膜盒正常壓力。待工藝觀察一段時(shí)間后，儀表波動(dòng)消除。

5 結(jié)束語(yǔ)

采用雙法蘭差壓變送器解決了易凝固、易結(jié)晶、易腐蝕、高粘度的液位測(cè)量問題，對(duì)反應(yīng)釜混合介質(zhì)界位測(cè)量中的雙法蘭差壓變送器實(shí)際使用進(jìn)行研究，其能夠精準(zhǔn)測(cè)量反應(yīng)釜中的各種介質(zhì)位置。根據(jù)壓差進(jìn)行精準(zhǔn)計(jì)算，從而能夠?yàn)楣I(yè)生產(chǎn)提供更加可靠的相關(guān)參數(shù)，順利完成生產(chǎn)任務(wù)。