差壓變送器在界面測(cè)量中的運(yùn)用

摘要:介紹了實(shí)際生產(chǎn)中對(duì)兩種混合液共存于同一 "罐容器體內(nèi)分界面測(cè)量的簡(jiǎn)單方法,。兩種液體特點(diǎn)為密度非常接近、在生產(chǎn)中界面以上液體始終充滿罐體或處于某一位置之上,?；谝陨锨闆r和差壓變送器的基本原理，可以根據(jù)差壓變送器對(duì)容器上下壓差的測(cè)量值的變化,，應(yīng)用目前自動(dòng)化先進(jìn)技術(shù)計(jì)算出混合介質(zhì)界面的高度,、體積或重量等。在實(shí)際運(yùn)用中大多是采用變送器與分布式控制系統(tǒng)DCS(DistributedControlSystem)配合完成對(duì)界面的間接測(cè)量,。此法已在我單位進(jìn)行了大量運(yùn)用,，其特點(diǎn)是測(cè)量精度高、對(duì)工作環(huán)境和被測(cè)介質(zhì)沒(méi)有太高要求,、操作安全方便,、易于安裝和維護(hù)，能有效解決現(xiàn)有技術(shù)中介質(zhì)分界面測(cè)量困難的問(wèn)題,。
0前言
　　石油,、化工、醫(yī)藥等行業(yè)中經(jīng)常使用各種塔,、槽,、罐、反應(yīng)釜等容器來(lái)儲(chǔ)存生產(chǎn)過(guò)程中使用的反應(yīng)物,、采集物和生成物,，這類(lèi)介質(zhì)通常沒(méi)有固定的形態(tài)(一般多為氣體或液體等流體)，也經(jīng)常是多種介質(zhì)的混合物,，其中,，不相溶的流體混合物在容器中通常會(huì)以分層形式存在，要了解混合物組成情況,、對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行控制,，需要測(cè)量分層流體的分界面位置。但由于這些容器通常為封閉容器,，其中的化工物料也通常具有毒性,、腐蝕性或具有較高的危險(xiǎn)性(如易燃易爆等)，有些對(duì)儲(chǔ)存環(huán)境也有嚴(yán)格的要求,，借助常用工具對(duì)分界面進(jìn)行人工測(cè)量顯然是不現(xiàn)實(shí)的,。
1現(xiàn)狀調(diào)查
　　目前，測(cè)量這類(lèi)容器內(nèi)介質(zhì)的分界面的一般方法是采用磁浮式液位計(jì),，使用密度位于上層流體密度和下層流體密度之間的浮子,，使得浮子漂浮在分界面處，通過(guò)測(cè)量浮子位置得到各分界面位置,。這種測(cè)量方法要求分界面上下介質(zhì)的密度差異大,、介質(zhì)潔凈,，對(duì)浮子材質(zhì)要求也較高(介質(zhì)通常具有較強(qiáng)的腐蝕性)，為便于測(cè)量浮子體積不能太小,。這種測(cè)量方法通常采用頂裝式安裝,，而這種方式最大的特點(diǎn)就是對(duì)其日常維護(hù)極為不便。在設(shè)備運(yùn)行時(shí),，對(duì)于容器內(nèi)分界面上下介質(zhì)密度差異較小,、介質(zhì)特性復(fù)雜(如具有強(qiáng)腐蝕性等)時(shí)，磁浮式液位計(jì)正好會(huì)出現(xiàn)各種問(wèn)題,，在實(shí)際生產(chǎn)中經(jīng)常出現(xiàn)測(cè)量不正常時(shí)不能維修的情況,。因此這種測(cè)量方法在生產(chǎn)中形同虛設(shè)，不但不能給生產(chǎn)帶來(lái)方便,，還給儀表維護(hù)單位增加不少工作,，甚至可能會(huì)給工藝造成誤操作。
　　另外一個(gè)對(duì)分界面的測(cè)量方法是采用雷達(dá)液位計(jì),，通過(guò)識(shí)別各分界面處反射的雷達(dá)波來(lái)測(cè)定分界面位置,。此測(cè)量方法要求分界面上下介質(zhì)的介電常數(shù)差異大，在雷達(dá)液位計(jì)安裝完畢后須通過(guò)其軟件對(duì)雷達(dá)液位計(jì)進(jìn)行濾波調(diào)試,，對(duì)于分界面上下介電常數(shù)差異小的介質(zhì)調(diào)試很難成功,。對(duì)于具有腐蝕性的介質(zhì)界面測(cè)量，雷達(dá)液位計(jì)還須選用防腐性雷達(dá)液位計(jì),?？梢?jiàn)，對(duì)于分界面的測(cè)量(特別是對(duì)介質(zhì)介電常數(shù)差異小或具有腐蝕性介質(zhì)),，采用雷達(dá)液位計(jì)不但投資大,，而且存在調(diào)試不成功而不能測(cè)量的風(fēng)險(xiǎn)。
　　綜上所述,，我們可以看出以上兩種對(duì)于容器內(nèi)界面的測(cè)量方法,，在實(shí)際的生產(chǎn)過(guò)程中均各自存在較大的弊端。對(duì)于容器內(nèi)分界面的測(cè)量,，兩種測(cè)量方法對(duì)于介質(zhì)的要求都非常苛刻,，且具有投資大和有不能正常測(cè)量風(fēng)險(xiǎn)存在的特點(diǎn),。對(duì)于存在于容器內(nèi)的兩種介質(zhì)密度差異小、介電常數(shù)相差小,、腐蝕性強(qiáng)的分界面測(cè)量,，采用上述兩種常規(guī)的直接測(cè)量方法很難達(dá)到真正的測(cè)量目的。在實(shí)際生產(chǎn)中我們應(yīng)用目前自動(dòng)化行業(yè)的先進(jìn)技術(shù)通過(guò)多次實(shí)驗(yàn),，針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)特定條件提出了一種通過(guò)差壓變送器測(cè)量上下界面壓差,，間接測(cè)量容器內(nèi)界面的方法,。在實(shí)際的生產(chǎn)測(cè)量中在我單位已廣泛使用，深受使用單位的歡迎,。
2.工作原理
2.1原理及方法
　　針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn),，根據(jù)物理力學(xué)理論基礎(chǔ)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)工藝的特殊性,，提出了對(duì)充滿容器內(nèi)兩介質(zhì)分界面測(cè)量的新思路,。即通過(guò)差壓變送器對(duì)容器內(nèi)界面上下固定兩點(diǎn)間壓差的測(cè)量，再利用目前控制系統(tǒng)(DCS或PLC等)的可編程技術(shù),，計(jì)算出容器內(nèi)分界面的具體位置,。根據(jù)力學(xué)有所不同我們知道:界面上下介質(zhì)密度的不同，如果分界面上下介質(zhì)在固定區(qū)間內(nèi)所占比例不同,，區(qū)間內(nèi)的壓差值則不同,，且存在一-定的數(shù)學(xué) 關(guān)系。經(jīng)過(guò)推理和不斷實(shí)踐,，我們實(shí)現(xiàn)了對(duì)存在于容器內(nèi)的兩種介質(zhì)密度差異小,、介電常數(shù)相差小、腐蝕性強(qiáng),、測(cè)量精度要求高,、工藝介質(zhì)特性復(fù)雜的分界面測(cè)量。
 
2.2原理圖標(biāo)注說(shuō)明
1: 容器:
2: 容器內(nèi)介質(zhì)1,，密度為ρ:
3:容器內(nèi)介質(zhì)2,，密度為p:;
4:容器上部取壓口(變送器負(fù)壓);
5:容器下部取壓口(變送器正壓);
6:差壓變送器(法蘭式);
7:容器上部進(jìn)料口:
8:容器下部進(jìn)料口:
9:容器上部出料口:
10:容器下部出料口;
H:變送器正、負(fù)取壓口間距(固定距離);
h:容器上部取壓口距界面距離:
h2:容器下部取壓口距界面距離,。
注:圖中容器內(nèi)橫線表示界面以上介質(zhì),、斜線表示界面以下介質(zhì)。
3.技術(shù)方案
　　為實(shí)現(xiàn)上述目的,，采用如下技術(shù)方案:
　　差壓變送器的選用及安裝調(diào)試
　　差壓變送器的此裝置中的作用是:在生產(chǎn)過(guò)程中檢測(cè)出容器正,、負(fù)取壓口間的壓差值。在這種特殊條件下差壓變送器最好選用法蘭式智能差壓變送器,，以避免其負(fù)壓帶來(lái)其它外界干擾因素,。變送器的安裝方式為法蘭連接，變送器的量程最好設(shè)置為
　　P2gH (單位為Pa),。變送器的標(biāo)定方法是:按原理圖在容器上安裝后,，在變送器正負(fù)壓受力為零的條件下，通過(guò)手操器(帶HART協(xié)議功能)對(duì)其零位和量程進(jìn)行設(shè)定,，主要目的是遷移變送器毛細(xì)管內(nèi)硅油給其負(fù)壓室?guī)?lái)的固定壓力,。
主要計(jì)算設(shè)備介紹及實(shí)現(xiàn)方法
　　根據(jù)各單位實(shí)際情況可采用集散控制系統(tǒng)(DistributedControl System) 或可編程邏輯控制器PLC (ProgrammableLogic Controller) 采集現(xiàn)場(chǎng)變送器輸出信號(hào)(4- 20mA)。利用系統(tǒng)的可編程功能可計(jì)算出容器內(nèi)介面的具體位置,。由原理圖可得已知條件:差壓變送器測(cè)量的容器上下差壓△Pa,、變送器正負(fù)壓間距離H,、分界面上層介質(zhì)2的密度ρ、分界面下層介質(zhì)3的密度p,。由原理圖不難得出如下公式:
△Pa=p1gh1+p2gh2   (1)
由原理圖可知: H=h1+h2   (2)
由式(1),、式(2)得:
△Pa=p1g (H-h2) +p2gh2=ρ1gH+gh2 (P2-P1)
H變送器正負(fù)壓間距離:
Ρ1表示分界面上介質(zhì)密度;
Ρ2表示分界面下介質(zhì)密度;
h1表示分界面上介質(zhì)離界面高度:.
h2表示分界面高度;
g為當(dāng)?shù)刂亓铀俣瘸?shù)。
　　由此可見(jiàn),，計(jì)算設(shè)備根據(jù)固定值H和△Pa代入上下介質(zhì)密度ρ1及p2計(jì)算,，得出分界面高度h2。
　　此外,，當(dāng)被測(cè)介質(zhì)具有較強(qiáng)腐蝕性時(shí),，在差壓變送器應(yīng)采用相對(duì)應(yīng)的防腐雙法蘭差壓變送器。就能夠有效地解決該裝置的抗腐蝕問(wèn)題,。對(duì)于測(cè)量要求高低用戶可自由選用不同檔次的變送器,。
效果
　　本方案測(cè)量原理簡(jiǎn)單、計(jì)算速度快,、易于實(shí)現(xiàn)且對(duì)高度,、體積和/或重量數(shù)據(jù)均可進(jìn)行監(jiān)控，可以根據(jù)工藝要求對(duì)容器內(nèi)的兩種液體介質(zhì)進(jìn)行方便的監(jiān)控,，從而對(duì)容器內(nèi)的界面,、液位進(jìn)行有效的控制。