引言

        儀表是化工操作的眼睛。隨著(zhù)現代自動(dòng)化控制要求的不斷提高，過(guò)程操作中溫度、壓力、液位、流量等基本參數的準確和穩定就顯得尤為重要。其中，液位就是一個(gè)非常重要的工藝控制參數。根據液位測量的針對性、重要性以及液位計的測量原理，液位計的種類(lèi)和測量方式也多種多樣，有雷達液位計、超聲波液位計、浮球液位計、浮筒液位計、雙法蘭液位計、磁致伸縮液位計、放射性液位計、電接點(diǎn)液位計等 ，其中，雙法蘭液位變送器因其結構的不同，有著(zhù)上述儀表都無(wú)法具備的好特優(yōu)勢。

 

1 概述

1.1 測量原理

        雙法蘭差壓變送器由差壓變送器、毛細管和帶密封隔膜的法蘭組件構成，因為差壓變送器的正負壓室各連接一套毛細管和密封隔膜法蘭，所以稱(chēng)為雙法蘭差壓變送器。正負壓密封隔膜、毛細管和變送器正負壓膜盒腔體分別由填充液（一般為硅油）連通為一體。密封隔膜直接與工藝介質(zhì)接觸，其感受的壓力通過(guò)與之相連的毛細管傳到差壓變送器的正負壓膜盒上，由變送器處理后轉換成標準的電流輸出信號。根據用途的不同，可以用于液位測量、壓差測量和流量測量等。其中，用于液位測量的變送器比較多，一般稱(chēng)之為雙法蘭液位變送器。

 

1.2 雙法蘭液位變送器的特點(diǎn)

        由于變送器法蘭上的密封隔膜阻止了被測介質(zhì)進(jìn)到變送器的膜盒腔體，這樣就避免了高溫、腐蝕性等特殊介質(zhì)與變送器的膜盒直接接觸。與傳統的差壓液位變送器

相比，雙法蘭液位變送器沒(méi)有正負導壓管及二次閥等。因此，具有以下優(yōu)點(diǎn)：泄漏點(diǎn)大大減少、不會(huì )造成導壓管的堵塞、wuxu保溫伴熱系統、安裝位置更加靈活、尤其是不再需要加注隔離液，也就避免了因隔離液的流失或被置換造成的測量誤差，儀表故障率大大降低。因此，對密閉容器的液位測量，雙法蘭液位變送器有著(zhù)廣闊的應用。但是，也存在著(zhù)一些缺點(diǎn)，如：儀表成本較高、儀表的零點(diǎn)檢查校驗比較麻煩、密封隔膜不能直接接觸高溫介質(zhì)等。

 

1.3 鍋爐汽包液位的測量

        鍋爐的汽包液位是鍋爐及其控制系統中#重要的參數之一，液位測量的方法也很多，通常采用的是雙平衡容器加差壓變送器測量法，還有磁翻板液位計、電感浮球液位計、電接點(diǎn)液位計、電極式液位計、浮球液位控制報警儀等。

 

2 存在的問(wèn)題

        在采取差壓測量時(shí)，雙平衡容器在其中充當著(zhù)不可或缺的重要角色，但是由于一些用戶(hù)對于雙室平衡容器及其測量補償等方面缺少全面的必要的了解，致使應用中時(shí)有故障發(fā)生，甚至形成安全隱患。

 

        由于雙平衡容器與差壓變送器之間用導壓管連接，儀表人員要經(jīng)常檢查有無(wú)滲漏現象，尤其到冬季，還要重點(diǎn)做好保溫伴熱工作，一旦維護不到位、不及時(shí)，就會(huì )造成液位測量不準或聯(lián)鎖停機故障。例如：勝利油田發(fā)電廠(chǎng)一期工程，該工程投入運行早期，其汽包水位測量系統的誤差竟達70mm～90mm，造成了汽包滿(mǎn)水停機事故；山東匯東公司一期天然氣制氫廢熱鍋爐汽包液位，因儀表伴熱系統發(fā)生意外，導致液位計被凍，造成了裝置聯(lián)鎖停車(chē)。迄今為止，據不完全了解，目前仍有個(gè)別用戶(hù)存在一些類(lèi)似的問(wèn)題或者其它問(wèn)題。汽包液位是涉及機組安全和運行的重要參數和指標。因此，不允許發(fā)生任何的人為錯誤。

 

3 改造過(guò)程

3.1 改造初期

        在眾多的液位計選擇中，幾乎沒(méi)有發(fā)現雙法蘭液位變送器的影子，既然這種液位計有那么多的優(yōu)點(diǎn)，為什么卻沒(méi)得到應用呢？為此，作者便有了嘗試用雙法蘭液位變送器去測量鍋爐汽包液位的構想。

 

        在對汽包上的兩個(gè)液位計接口進(jìn)行改造后，安裝了一臺雙法蘭液位變送器，調校組態(tài)后，儀表投入運行，指示值和現場(chǎng)液位計完全一致。但是，隨著(zhù)鍋爐汽包內水溫的逐漸升高，發(fā)現雙法蘭液位計的指示值與現場(chǎng)液位計開(kāi)始出現偏離，數值逐漸偏低。

 

        經(jīng)過(guò)分析，我意識到這是因為水的密度變化所帶來(lái)的誤差。由于水的密度受壓力的影響較小，而受溫度的影響較大，尤其在高于100℃后，隨著(zhù)溫度的升高，水的密度減小的很快。例如，溫度為100℃、壓力為0.1Mpa時(shí)，水的密度為958.1kg/m 3 ；在溫度保持不變，壓力增到3.5Mpa時(shí)，水的密度為959.7kg/m 3 ，變化量?jì)H為1.6kg/m 3 ，約0.17%；但當壓力保持3.5Mpa不變，水的溫度從100℃升到240℃時(shí)，密度就會(huì )從959.7kg/m 3 下降到813.7kg/m 3 ，變化幅度約15%�？梢�(jiàn)，隨著(zhù)汽包溫度的升高，汽包內水的密度會(huì )明顯變小，同樣的液位測量結果就會(huì )偏低，誤差甚至超過(guò)20%。因差壓式液位計是建立在介質(zhì)密度不變的前提下來(lái)測量的，如密度發(fā)生變化，就不能測量出實(shí)際的汽包水位，從而造成假水位現象。

 

3.2 加入溫度補償

        為解決這個(gè)問(wèn)題，必須引入密度補償，以測出精que的汽包水位。以下是根據飽和水的密度表 ，繪制出的表壓為3.5Mpa下水的密度與溫度的變化關(guān)系圖如圖2所示。

        依照圖2所示，就可以設計一套密度補償方案：在DCS上編制相應的補償程序，通過(guò)一個(gè)受溫度控制的信號放大器，將變送器來(lái)的電流信號經(jīng)溫度補償后傳送到DCS畫(huà)面，如圖3所示。

        經(jīng)模擬試驗，隨著(zhù)溫度的變化，汽包液位在DCS顯示的數值會(huì )自動(dòng)得到修定，顯示數值真實(shí)、可靠。

 

3.3 發(fā)現蒸汽對儀表的干擾影響

        加入密度補償后，系統成功消除了密度變化造成的影響，儀表也應該可以正常運行了。但實(shí)際運行不久就發(fā)現，液位的顯示值逐漸變得不穩定，波動(dòng)較大。在排除了DCS軟硬件及線(xiàn)路原因后，認為是液位變送器出現了問(wèn)題。重新對變送器進(jìn)行檢查、校驗、標定零點(diǎn)、查看組態(tài)，但一切都很正常，沒(méi)發(fā)現問(wèn)題。再次投表運行，故障沒(méi)有消除，依舊存在著(zhù)上述現象。

 

        到底什么原因呢？經(jīng)過(guò)認真分析后確定，根本問(wèn)題不在儀表本身，而是出在測量過(guò)程的某個(gè)環(huán)節上，大致認為可能與以下幾個(gè)因素有關(guān)：一是高溫對密封隔膜內填充液的影響；二是汽包內蒸汽流量波動(dòng)引起的“虛假水位”三是在負壓側膜盒表面處存在著(zhù)氣液兩相，并不斷相互轉變，對負壓側膜盒造成了干擾。不管哪個(gè)因素是主要原因，它們都直接干擾了變送器的負壓側膜盒，從而#終導致了變送器測量信號的不穩定。

 

3.4 徹底消除干擾

        如果在負壓側加裝一個(gè)隔離罐，并確保隔離罐內始終有水，讓水起到緩沖隔離的作用，上述現象就應該可以消除。按照這個(gè)思路，我再次進(jìn)行了改造。

 

        shou先，要讓隔離罐里水保持液態(tài)而且水位穩定，這其實(shí)很好做到。因為只要讓隔離罐的溫度低于汽包的溫度，汽包里的飽和蒸汽進(jìn)到隔離罐后就能自動(dòng)冷凝成水，而且只要安裝距離適當，水溫始終會(huì )保持在既不會(huì )汽化、冬季也不會(huì )結冰的范圍，罐內水位也能保持不變。如圖4所示，又在變送器的負壓側加裝了一個(gè)特殊的水隔離器（不開(kāi)設灌液口、排液口）。

        由圖4對比可以發(fā)現，#關(guān)鍵的改變地方是，負壓側法蘭面由原來(lái)的垂直安裝改為了水平向上安裝，這樣，隔離器內就始終會(huì )存留一段水，負壓側法蘭的膜盒與汽包里的蒸汽就被這一段水隔開(kāi)了，從而消除了高溫蒸汽對膜盒的干擾影響。

 

        一切改造完成后，再次將變送器重新投入運行。果然，變送器測量值沒(méi)有再發(fā)生波動(dòng)現象。一個(gè)小時(shí)、兩個(gè)小時(shí)、一天、三天……儀表顯示一直非常穩定，通過(guò)對比其它液位計，數值準確無(wú)誤。

 

        #終，經(jīng)過(guò)不斷的的實(shí)驗，改變并不斷完善儀表的過(guò)程測量條件，優(yōu)化DCS數據對補償信號的后期處理，實(shí)現了雙法蘭液位變送器在鍋爐汽包液位測量上的成功應用。

 

4 總結

        相比于雙平衡容器差壓液位計，雙法蘭液位變送器不用保溫伴熱，幾乎沒(méi)有泄露點(diǎn)，消除了儀表人員大量的日常維護工作，而且測量數值準確、可靠、穩定。完全可以用于鍋爐汽包的液位測量，甚至可以當做汽包液位的聯(lián)鎖信號源，為鍋爐的安全穩定運行做出更加可靠的保障。