本文中心思想是：雙法蘭差壓液位計是化工裝置中較為普遍使用的液位變送器之一，但在實際應(yīng)用中卻因測量有誤差等問題影響了生產(chǎn)的正常安全運(yùn)行。通過對雙法蘭液位計原理進(jìn)行分析，從雙法蘭液位計的現(xiàn)場安裝及裝置試運(yùn)行后發(fā)現(xiàn)的問題入手，對可能影響雙法蘭液位計測量精度的因素分別討論分析，提出了多種解決方案。并根據(jù)問題解決效率及可行性等方面的考慮，較終選定較為合理的解決方案。進(jìn)一步提出雙法蘭液位計在設(shè)計選型過程中可能對實際安裝或生產(chǎn)帶來的影響。

差壓液位計在石油、化工、冶金、電力、食品、醫(yī)藥等工業(yè)生產(chǎn)中被廣泛使用，通過檢測液體表壓并將測量信號轉(zhuǎn)化為4~20mADC輸出信號來反應(yīng)液位高度。在生產(chǎn)裝置中，對各反應(yīng)器、精餾塔、容器、儲罐等的液位測量極為關(guān)鍵。差壓液位計由于其精度較高、穩(wěn)定性好、易實現(xiàn)遠(yuǎn)傳、量程、零點外部連續(xù)可調(diào)，因此在化工裝置中是較為成熟的液位測量變送器之一。尤其以雙法蘭差壓液位計，因安裝便捷、對介質(zhì)的清潔度要求較低、適用性強(qiáng)等特點[1]，在化工生產(chǎn)中被廣泛使用。

本文通過對雙法蘭液位計測量原理和零點遷移問題的展開，以其在化工裝置安裝及運(yùn)用中產(chǎn)生的問題為例，提出了解決問題的優(yōu)化方案，根據(jù)解決過程中對問題的分析及較終的優(yōu)化方案，總結(jié)了應(yīng)用雙法蘭差壓液位計需注意的事項。

1雙法蘭液位計測量原理及遷移

1.1測量原理

雙法蘭液位計主要用于密閉受壓容器的液位測量，其測量安裝方式如圖1所示。變送器的法蘭直接與容器上的法蘭連接，作為敏感元件的測量頭經(jīng)毛細(xì)管與變送器的測量室相連通，在膜盒、毛細(xì)管和測量室所組成的封閉系統(tǒng)內(nèi)充有硅油，作為傳壓介質(zhì)，起到變送器與被測介質(zhì)隔離的作用。

雙法蘭液位計在實際應(yīng)用時，膜盒受到介質(zhì)施加的壓力從而產(chǎn)生位移，通過隔離液將測得的壓力傳送給變送器。該壓力會使壓力變送器內(nèi)的傳感膜片發(fā)生位移，位移量與測量壓力成正比，再將位移量信號轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的4~20mA輸出信號。

1.2遷移計算

在實際采用雙法蘭液位計進(jìn)行液位測量時，往往無法滿足雙法蘭變送器的正、負(fù)壓室與取壓點在同一水平面上。因此需要對雙法蘭液位計進(jìn)行遷移操作。這里根據(jù)雙法蘭液位計相對于容器的安裝位置，對雙法蘭變送器的量程及遷移量分三種情況進(jìn)行討論。

1.2.1雙法蘭液位計安裝于正壓側(cè)下方

當(dāng)雙法蘭變送器安裝在容器較低端法蘭水平線以下時，安裝位置如圖2所示。

假設(shè)工藝介質(zhì)的密度為ρ，雙法蘭液位計毛細(xì)管內(nèi)填充液的密度為ρ0，以及密閉容器中工藝介質(zhì)上

方的壓力為p0。故變送器的量程為：

1.2.2雙法蘭液位計安裝于正負(fù)壓側(cè)之間

當(dāng)變送器安裝在容器的正負(fù)壓側(cè)之間時，安裝位置如圖3所示。

1.2.3雙法蘭液位計安裝于負(fù)壓側(cè)上方

當(dāng)變送器安裝在容器的負(fù)壓側(cè)上時，安裝位置如圖4所示。

此時變送器的量程仍為：

根據(jù)上述計算，可發(fā)現(xiàn)公式（2）、（4）、（6）結(jié)果均相等�？梢婋p法蘭變送器不同于差壓變送器，其量程和零點遷移量是固定的[3]。

1.3遷移方法

1.3.1根據(jù)計算公式遷移

根據(jù)工藝提供的參數(shù)，可以得到介質(zhì)的密度等數(shù)據(jù)，通過上述公式計算得出遷移的數(shù)值進(jìn)行設(shè)置。

1.3.2現(xiàn)場安裝后零點遷移

零點遷移，即通過遷移彈簧改變雙法蘭變送器的零點，使得被測液體為零時，變送器的輸出為起始值（4mA）。首先，測量出設(shè)備正負(fù)取壓點的實際高度差，根據(jù)液體密度算出較大差壓值，根據(jù)該差壓值設(shè)定變送器的量程。將正壓側(cè)頭道閥關(guān)閉，打開排放閥。通過475通訊器現(xiàn)場將此時的液位設(shè)定在零點。

方法一偏理論計算，在實際運(yùn)用中往往因為工藝參數(shù)（如法蘭開口位置等）與現(xiàn)場實際情況有所出入，導(dǎo)致存在一定誤差。而方法二根據(jù)現(xiàn)場實際情況進(jìn)行遷移設(shè)定，誤差較小。

2安裝問題分析及解決方案

2.1安裝問題分析

在某化工裝置的罐區(qū)和主反應(yīng)器上，均采用了雙法蘭液位計進(jìn)行液位測量。但在安裝過程中發(fā)現(xiàn)，由于現(xiàn)場容器的實際法蘭開口位置變化或受平臺影響，出現(xiàn)多個液位計負(fù)壓側(cè)法蘭毛細(xì)管設(shè)計長度過短而導(dǎo)致變送器無法安裝的情況�？紤]到項目開車在即，重新選型采購儀表需要一定的周期，無法立刻滿足生產(chǎn)要求，且不利于工程項目成本控制，因此需要對原有的安裝方案進(jìn)行調(diào)整。

2.2解決方案

根據(jù)上述分析，可通過適當(dāng)調(diào)整變送器安裝位置來解決該問題。但若變送器安裝位置超出正壓側(cè)一定高度，會引起負(fù)壓側(cè)上承受負(fù)的落差壓，長期運(yùn)行易導(dǎo)致負(fù)壓側(cè)損壞

[4]，因此通過計算得出該型號變送器的一個合理安裝范圍。在變送器推薦的安裝范圍之內(nèi)有檢修平臺或可以安裝變送器的空間，則可以將變送器移至該高度重新安裝，不會造成變送器的損壞。具體調(diào)整方案如下：

（1）對于罐區(qū)的雙法蘭液位計，由于儲罐均設(shè)有檢修平臺，可將變送器移至合適的平臺安裝。

（2）對于框架內(nèi)主反應(yīng)器上的雙法蘭液位計，由于框架層高較高，若將變送器調(diào)整至框架中的上一層，則所需遷移量超出了變送器本身量程的上下限，無法進(jìn)行遷移操作。因此可選取靠近反應(yīng)器正壓側(cè)的框架樓層，在反應(yīng)器周圍的框架基礎(chǔ)上搭設(shè)固定的鋼結(jié)構(gòu)平臺用于放置變送器，再搭設(shè)配套樓梯供操作人員日常檢修使用。但該方案受到現(xiàn)場情況的制約，部分框架內(nèi)的管道及儀表設(shè)備十分緊湊，沒法提供足夠的空間增加平臺和樓梯。即使搭設(shè)了鋼結(jié)構(gòu)平臺樓梯，也會影響到日后的檢修通道。

（3）部分無法增設(shè)平臺的變送器可采用從反應(yīng)器負(fù)壓側(cè)引下管線的方法安裝�？紤]到該反應(yīng)器在正常工況下不會滿罐，因此從反應(yīng)器頂部的負(fù)壓側(cè)B引出一段向下的管線，并在適當(dāng)位置A重新開口接出法蘭與變送器連接，管線的末端可連至催化劑回收管線或排空。調(diào)整方案如圖5所示。

由圖5可見，原本應(yīng)連接在B處的變送器負(fù)壓側(cè)改為連接至同一管線上的A法蘭處，上、下法蘭間長度縮短可確保變送器順利安裝。根據(jù)連通器原理，在同一管線上的氣壓處處相等。雖然變送器膜片法蘭安裝由平裝變?yōu)閭?cè)裝以及氣體的重力勢能因素會導(dǎo)致一部分誤差，但A處與B處的壓力基本可作為相等。

該方案中將變送器負(fù)壓側(cè)安裝在A處只會給測量帶來極小的誤差，不僅經(jīng)濟(jì)快捷，而且改動較小，可行性高。

3應(yīng)用實例分析及優(yōu)化方案

雙法蘭液位計是差壓變送器的一種，但相較于配導(dǎo)壓管的差壓變送器，雙法蘭液位計在工廠的實際應(yīng)用中有諸多優(yōu)點。以下以某化工裝置為例進(jìn)行分析。

3.1應(yīng)用優(yōu)勢

通�；ぱb置中使用配導(dǎo)壓管的差壓變送器進(jìn)行液位測量及控制較為普遍，在該化工裝置中的丁醇精餾塔上也用了普通的差壓液位計。設(shè)計之初，考慮到該精餾塔內(nèi)不存在高壓、高溫、顆粒狀介質(zhì)等狀況，因此未在差壓液位計的正、負(fù)壓室后設(shè)計隔離罐。在投料試車熱運(yùn)行階段發(fā)現(xiàn)負(fù)壓側(cè)常出現(xiàn)積液情況。經(jīng)過分析，認(rèn)為造成問題的原因為塔內(nèi)蒸出餾分會帶有一定水分，這些水分在負(fù)壓側(cè)遇冷，又無法通過壓差吸回塔內(nèi)，因此形成凝液積攢在負(fù)壓側(cè)。這導(dǎo)致變送器產(chǎn)生虛假高液位，需頻繁人工打開導(dǎo)淋閥排放凝液，給生產(chǎn)造成一定不便，帶來不安全因素。

為了解決該問題，后期只能采用諸如增加伴熱，隔離罐等方法解決。若采用雙法蘭液位計，變送器與被測設(shè)備之間使用毛細(xì)管連接，就能很好地避免該問題的發(fā)生。并且由于毛細(xì)管與變送器形成了密封系統(tǒng)，相較于差壓式變送器還可以有效地消除導(dǎo)壓管可能產(chǎn)生的工藝介質(zhì)泄露，也可免去頻繁向與差壓變送器配套的隔離罐中補(bǔ)充隔離液的繁瑣。

3.2問題實例分析及方案優(yōu)化

在該化工裝置試運(yùn)行期間，發(fā)現(xiàn)雙法蘭液位計與現(xiàn)場磁翻板液位計存在15%左右的測量誤差。在對現(xiàn)場磁翻板進(jìn)行檢查及通過前后工藝參數(shù)進(jìn)行計算后，初步判斷為雙法蘭液位計讀數(shù)有誤差。故障原因分析過程如下：

（1）測量法蘭問題：對變送器法蘭膜盒進(jìn)行外觀檢查，判斷是否存在膜盒凸起等損壞情況。若膜盒因處于過壓環(huán)境而出現(xiàn)表面凹凸不平，則極有可能造成變送器測量誤差甚至損壞。

（2）變送器故障：將兩片法蘭置于同一水平面上，檢查變送器讀數(shù)是否為0，判斷是否存在變送器故障。

（3）變送器設(shè)置問題：使用475通訊器對變送器進(jìn)行通訊，檢查變送器的參數(shù)是否有誤，尤其是零點以及量程設(shè)置是否正確。

（4）DCS組態(tài)設(shè)置：對DCS系統(tǒng)組態(tài)進(jìn)行檢查，確認(rèn)非系統(tǒng)運(yùn)行顯示故障或參數(shù)設(shè)置問題。

（5）工藝問題：判斷是否由于操作原因或工藝條件發(fā)生變化導(dǎo)致的誤差。

經(jīng)過對以上原因的反復(fù)檢查，排除了以上5條故障原因，考慮造成誤差的原因為雙法蘭液位計毛細(xì)管引發(fā)的故障。

經(jīng)分析，雙法蘭液位計毛細(xì)管可能引發(fā)誤差的原因如下：

（1）毛細(xì)管外部受損導(dǎo)致充灌液泄漏

毛細(xì)管通常被固定在反應(yīng)器的外部，且本身材質(zhì)硬度不高，極易在使用過程中受外力沖力發(fā)生折斷、碎裂。因為毛細(xì)管直徑較小，若出現(xiàn)折損現(xiàn)象不易察覺，導(dǎo)致毛細(xì)管中的充灌液泄露，使得雙法蘭變送器的測量出現(xiàn)誤差。

經(jīng)檢查，現(xiàn)場并未發(fā)現(xiàn)雙法蘭變送器毛細(xì)管出現(xiàn)明顯傷痕及泄漏。但為防止毛細(xì)管因風(fēng)產(chǎn)生振蕩或受到外部重物撞擊受損，應(yīng)將過長的毛細(xì)管進(jìn)行捆綁并固定在反應(yīng)器上的金屬框架或支撐上，并用角鋼對其進(jìn)行保護(hù)。

（2）毛細(xì)管內(nèi)填充液特性

毛細(xì)管內(nèi)的填充液會隨溫度的變化而產(chǎn)生熱脹冷縮，因此填充液的物理特性與體積會影響雙法蘭變送器的性能。工藝過程溫度或環(huán)境溫度變化都會導(dǎo)致毛細(xì)管內(nèi)填充液的熱脹冷縮現(xiàn)象，填充體積發(fā)生變化，從而引起變送器測量系統(tǒng)內(nèi)部壓力的變化。因此，所選擇填充液的特性也會影響測量精度。

通常選用的填充液主要有甲基硅油（D.C.200）、氟油、鹵化烴、乙二醇與水等。填充液會隨溫度的變化而產(chǎn)生熱脹冷縮從而改變其體積大小，填充液特性之一的熱膨脹系數(shù)會決定其體積的變化量。因此選擇具有較小熱膨脹系數(shù)的填充液將大幅減少溫度所帶來的測量誤差。常用的幾種填充液物理特性見表1。

同時，若填充液體積越大，熱膨脹對測量產(chǎn)生的影響將會越大。因此需要對填充液的體積進(jìn)行控制。通過較大限度地減少毛細(xì)管的長度和內(nèi)徑，使得填充液的體積盡可能地小，以避免因溫度變化產(chǎn)生的測量誤差。

在該項目中，雙法蘭變送器毛細(xì)管內(nèi)采用了甲基硅油作為充灌液。甲基硅油的密度是隨溫度產(chǎn)生變化的。考慮工地現(xiàn)場位于北方且試運(yùn)行期為1月份，夜間可能會出現(xiàn)-10℃以下的極端氣溫，因此毛細(xì)管中填充液的密度可能會產(chǎn)生變化。根據(jù)式（2），差壓值為-Hρ0g，當(dāng)極端溫度降至-10℃時，根據(jù)表1可知，甲基硅油的比重ρ0將會從1.07降至0.93，因此會產(chǎn)生13%左右的誤差�，F(xiàn)場通過HART475對該雙法蘭變送器將變送器重新校零后，誤差消失。

根據(jù)上述分析，環(huán)境溫度的變化會導(dǎo)致雙法蘭液位計的測量產(chǎn)生誤差。為了盡量降低這種極端低溫或極大溫差對測量結(jié)果的影響，采取了對雙法蘭液位計的毛細(xì)管增加保溫伴熱的措施，減少了毛細(xì)管內(nèi)充灌液受到環(huán)境溫度的影響。

3.3經(jīng)驗總結(jié)

雙法蘭液位計雖為普通常見的測量儀表，但在安裝與實際運(yùn)行過程中還是存在諸多問題，通過對這些問題的分析，得出今后在處理雙法蘭變送器時，需注意如下幾個方面：

（1）變送器適宜的安裝位置可以通過計算得出，但實際安裝情況下需要重新考慮場地、反應(yīng)器安裝位置及反應(yīng)塔上平臺位置等因素。根據(jù)實際情況選擇變送器的安裝位置時，盡可能使得變送器安裝在變送器正壓側(cè)下方位置，以保護(hù)膜頭不受損。

（2）當(dāng)測量容器放置在非格柵板鋪平臺的構(gòu)筑物上，需考慮上下法蘭的安裝問題。應(yīng)預(yù)先留好足夠大的板面穿孔或利用容器與平臺的間隙，使得法蘭頭可以通過穿孔和間隙安裝到反應(yīng)器指定的法蘭接口上。

（3）毛細(xì)管需要進(jìn)行額外的保護(hù)，以免在操作過程中因外力受到損壞，通常應(yīng)將過長的毛細(xì)管捆綁固定并采用角鋼進(jìn)行保護(hù)。

（4）工藝過程溫度及環(huán)境溫度的變化都有可能影響毛細(xì)管內(nèi)充灌液的密度，從而給測量帶來誤差。因此，當(dāng)工藝過程溫度及環(huán)境溫度過高或過低時，應(yīng)考慮毛細(xì)管內(nèi)充灌液的膨脹特性，若接液溫度過高而導(dǎo)致充灌液受熱膨脹超過一定極限后，會導(dǎo)致測量壓力值改變，產(chǎn)生巨大誤差。需要根據(jù)過程溫度選擇性質(zhì)合適的充灌液，并適當(dāng)?shù)卦黾颖馗魺岽胧?/p>

（5）當(dāng)測量罐內(nèi)是真空時[5]，由于充灌液中所含有的空氣會在真空場合中發(fā)生體積膨脹，這種體積膨脹會產(chǎn)生一個壓力值，這個壓力值作用在測量系統(tǒng)中即會導(dǎo)致差壓值產(chǎn)生誤差。此外，充灌液在負(fù)壓狀況下的沸點也會降低，若工藝溫度高于此沸點，部分充灌液氣化會產(chǎn)生氣化壓力，也可能產(chǎn)生測量誤差。因此，真空場合的雙法蘭液位計與普通選型不同，需要重新考慮合適的毛細(xì)管充灌液、變送器結(jié)構(gòu)與安裝形式。

（6）變送器的響應(yīng)時間受變送器毛細(xì)管的內(nèi)直徑、填充液的黏度以及毛細(xì)管長度三個因素影響�？s小毛細(xì)管的內(nèi)直徑、采用黏度較大的填充液、增加毛細(xì)管長度會降低變送器的響應(yīng)時間，反之則會加快變送器的響應(yīng)時間。當(dāng)測量罐體較大且液位變化緩慢時響應(yīng)時間可以適當(dāng)較長，而當(dāng)測量罐體積狹小或內(nèi)部反應(yīng)劇烈時，響應(yīng)時間應(yīng)盡量快速。根據(jù)所屬工況對變送器毛細(xì)管進(jìn)行選擇，確保該變送器的響應(yīng)時間可以滿足測量的需要。

4結(jié)束語

雙法蘭液位計雖為普通常見的測量儀表，但如果對選型、安裝和應(yīng)用的一些關(guān)鍵因素考慮不周，在使用過程中仍會存在問題。筆者認(rèn)為設(shè)計初期若能充分考慮到過程溫度、壓力、介質(zhì)和環(huán)境因素及安裝條件等可能給測量精度、穩(wěn)定運(yùn)行和使用壽命帶來影響的因素，尤其是可能產(chǎn)生的極端情況，就會避免一些在安裝和投用過程中可能產(chǎn)生的問題，為裝置的安全、穩(wěn)定和長周期運(yùn)行打下良好的基礎(chǔ)。

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