摘要: 在石油化工生產(chǎn)裝置中，使用導壓管取壓安裝的儀表主要是壓力表、壓力變送器、差壓變送器等。為了正確測定工藝過(guò)程中的壓力參數，必須根據使用條件和要求，嚴格地選用壓力測量?jì)x表和正確的安裝方法。本文針對低溫液體的壓力測量?jì)x表的安裝方法進(jìn)行了分析闡述，提出了一種適用于低溫液體壓力測量的方法。

 

    在石油化工生產(chǎn)裝置中，使用導壓管取壓安裝的儀表主要是壓力、差壓( 流量) 等，本文以壓力為例介紹低溫液體介質(zhì)測量安裝的方法。為了正確測定工藝過(guò)程中的壓力參數，必須根據使用條件和要求，嚴格地選用壓力測量?jì)x表和正確的安裝方法。

 

    壓力測量?jì)x表的安裝方法，需要根據被測對象的特性來(lái)選擇。本文針對低溫液體乙烯的壓力測量?jì)x表的安裝方法進(jìn)行了分析闡 述，提出了一種適用于低溫液體乙烯壓力測量的方法。 

 

    1 壓力變送器測量原理

    壓力變送器是一種將壓力信號轉換為電信號的設備，包 括: 測壓元件傳感器、過(guò)程連接部件和測量電路三部分組成。主要是通過(guò)測壓元件傳感器檢測氣體、液體等流體的物理壓力參數，并將其轉換成標準的 4 ～ 20 mA 電信號，用于指示、報警、記錄及控制調節等。

 

    壓力變送器除了測量壓力外，還可以用于測量介質(zhì)的壓力差，包括差壓變送器、差壓式流量變送器、差 壓 式 液 位 變 送器等［1］。 

 

    2 壓力變送器安裝

    為了能夠準確測量壓力參數，壓力變送器的安裝還需要從取壓口的選擇、導壓管的安裝和壓力變送器的位置等方面進(jìn)行考慮和選擇。 

 

    2． 1 取壓口的選擇

    取壓口，就是指在被測對象上引取壓力信號的開(kāi)口。在選擇取壓口的時(shí)候，需要從以下幾個(gè)原則考慮: 

 

    1) 取壓口的位置應該能反映被測壓力的真實(shí)情況，因此取壓口要選在被測介質(zhì)直線(xiàn)流動(dòng)的管段上，盡量避開(kāi)管道拐彎、死角、分岔及流束形成渦流的地方。 

 

    2) 當測量氣體壓力時(shí)，取壓口應選在管道橫截面的上半部，如圖 1 所示。 

 

    3) 當測量液體壓力時(shí)，取壓口應選擇管道橫截面的下半部，并且在管道水平中心線(xiàn)下 45°的范圍內，如圖 2 所示。 

 

    4) 當蒸汽壓力時(shí)，取壓口應選在管道橫截面上、下部，并且與管道水平中心線(xiàn)成 45°的范圍內，如圖 3 所示。

 

 

 

    2． 2 導壓管的安裝

    在壓力測量中，導壓管是連接取壓口到壓力變送器的重要部件，也是傳輸壓力信號的主要設備，因此導壓管的連接方式、施工方法是否正確，決定了相關(guān)工藝參數測量是否準確。在導壓管安裝時(shí)，需要從以下幾個(gè)原則考慮: 

 

    1) 導壓管及附件的材料，應能夠適應被測介質(zhì)的性質(zhì)，即耐高溫、低溫、耐壓和耐腐蝕的性質(zhì)［2］。 

 

    2) 在取壓口附近的導壓管，應與取壓口垂直，管口應與管壁平齊，并不能有毛刺。 

 

    3) 導壓管的粗細、長(cháng)短應選用恰當，防止測量時(shí)產(chǎn)生較大的滯后，一般內徑為 6 ～ 10 mm，長(cháng)度在滿(mǎn)足測量要求的前提下，敷設路徑要盡量短，且不易大于 15 m。 

 

    4) 導壓管的水平段應保持一定的坡度，并且這個(gè)坡度一般稍大于動(dòng)力管道坡度，根據不同介質(zhì)可以按照 1∶ 10 － 1∶ 100 的坡度進(jìn)行敷設。導壓管傾斜的方向必須保證產(chǎn)生的氣體、液體能夠順利排出［3］。當不能滿(mǎn)足要求時(shí)，需要在管路集氣處安裝排氣裝置，集液處安裝排液裝置。

 

    5) 當被測介質(zhì)易凍、易結晶、易氣化、易凝結時(shí)，或者環(huán)境溫度較高、較低時(shí)，應考慮伴熱或者隔熱措施。 

 

    2． 3 壓力變送器的位置

    壓力變送器的安裝位置，應充分考慮被測介質(zhì)的特性，一般情況下: 

 

    1) 當測量氣體壓力時(shí)，應優(yōu)先選擇變送器高于取壓點(diǎn)的安裝方案，這樣可以使導壓管內的冷凝液回流至工藝管道，否則需要設置分離器，及時(shí)排出導壓管內產(chǎn)生的凝液，如圖 4 所示。

 

 

    2) 當測量液體壓力時(shí)，應優(yōu)先選擇變送器低于取壓點(diǎn)的安裝方案，這樣可以保證導壓管內不易集氣體，否則需要在導壓管的#高處增加排氣閥，或者設置集氣器，如圖 5 所示。

 

 

 

    3) 當測蒸汽時(shí)，應優(yōu)先選擇變送器低于取壓點(diǎn)的安裝方 案，這樣可以保證導壓管內不易集氣體，另外還需要在導壓管#高處增加冷凝管，以避免蒸汽高溫對壓力變送器膜片造成的 損害，如圖 6 所示

 

 

    3 低溫液體測壓力

    在石油化工裝置中，存在大量測量低溫液體壓力、流量的場(chǎng)合［4］，在測低溫流量時(shí)使用節流裝置，本質(zhì)也是測量液體壓力［5］。

 

    在某石化裝置中，存在測量低溫液體乙烯壓力或者差壓式流量的工況。乙烯臨界溫度較低，僅為 9． 2℃，低于臨界溫度較低測量，壓力變送器低于取壓點(diǎn)的方式測量，導壓管內充滿(mǎn)液體，把液體部分產(chǎn)生的壓力遷移，符合安裝要求。當環(huán)境溫度大于 9． 2℃時(shí)，導壓管內的液態(tài)乙烯氣化，在導壓管內形成氣相空間，由于變送器位置低于取壓點(diǎn)，氣化后的介質(zhì)流回工藝管道，由于環(huán)境溫度不是固定溫度，導致測量介質(zhì)壓力誤差過(guò)大，甚至無(wú)法測得有效的測量值。 

 

    3． 1 測量方案調整

    針對低溫液體乙烯的壓力測量，采取將液體乙烯氣化后，使導壓管內液體的位置相對固定，氣相的壓力近似介質(zhì)的壓力，通過(guò)測量氣體乙烯的壓力實(shí)現測量液體乙烯的壓力。

 

    其實(shí)現方法為: 延長(cháng)導壓管水平段長(cháng)度，讓液體乙烯充分

吸收環(huán)境的熱量( 當環(huán)境溫度低于臨界溫度時(shí)，采用蒸汽伴熱

或者電伴熱方式提供熱量) ，然后氣化，低溫液體乙烯充分氣化

后，使導壓管內充滿(mǎn)氣相介質(zhì)。由于導壓管是聯(lián)通不間斷的，

介質(zhì)的氣相壓力和導壓管內的壓力幾乎相等，這樣就實(shí)現了通

過(guò)測量介質(zhì)的氣相壓力來(lái)實(shí)現測量管線(xiàn)內介質(zhì)壓力的目的。

 

    要實(shí)現這種測壓方案，關(guān)鍵是要控制好介質(zhì)氣化后形成的氣液兩相的界面位置，盡量避免導壓管內液柱的高度變化對測量準確性造成的影響。

 

    因此針對這種方案，在取壓口選擇、導壓管安裝和變送器位置的選擇上都要做一定的修改。 

 

    3． 2 方案分析

    為了對方案可行性進(jìn)行分析，現假設條件如下: 

    1) 介質(zhì)保冷，至導壓管水平段。

    2) 取壓點(diǎn)到導壓管水平段都為液態(tài)。 

    3) 介質(zhì)在導壓管水平段完全氣化。 

    4) 導壓管水平段到變送器的垂直管內為氣態(tài)。

 

    設取壓點(diǎn)到導壓管水平段距離為: L; 取壓點(diǎn)與管道水平中心線(xiàn)夾角為: θ; 液態(tài)乙烯密度: ρ1 ; 工藝管道內介質(zhì)壓力為 P0，變送器測得壓力為 P1，則

 

    (1) 當取壓口在管道水平中心線(xiàn)上方時(shí)，如圖 7 所示，變送器實(shí)際測量壓力應為: P1 = P0 － ρ1 * g* L* sinθ。 

 

    (2) 當取壓點(diǎn)在管道水平中心線(xiàn)下方時(shí)，如圖 8 所示，變送器實(shí)際測量壓力應為: P1 = P0 + ρ1 * g* L* sinθ。

 

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    為了保證變送器測得壓力與工藝管道內介質(zhì)壓力相同，即 P1 = P0，那么需要使 θ 盡可能的小，理想狀態(tài)時(shí) θ 為 0°，即取壓口方向與管道中心水平線(xiàn)方向一致。

 

    但是當 θ 為 0°時(shí)，會(huì )使得在取壓口附近存在氣液兩相的情況，為了保證能夠將氣化后的氣體封存在導壓管內，同時(shí)又避免導壓管內液柱變化太大，影響其測量準確性，所以取 θ 為 5 ～ 10°。 

 

    3． 3 安裝方案調整

    3． 3． 1 取壓口的選擇

    取壓口方向與管道水平中心線(xiàn)方向的夾角為 5° ～ 10°，把氣化后的氣體封住在導壓管里，又盡量避免導壓管里的液柱變化太大，影響測量準確性。 

 

    3． 3． 2 導壓管的安裝

    為了滿(mǎn)足方案的假設條件，需要對導壓管進(jìn)行特殊處理。 

 

    (1) 從取壓點(diǎn)至導壓管水平段，已經(jīng)導壓管水平段 300 mm 處，需要作保冷處理，使介質(zhì)處于液體狀態(tài)。 

 

    (2) 導壓管水平段距離要足夠長(cháng)，至少 2000 mm，保證介質(zhì)在該處能夠完全氣化，并有一定的氣相空間，避免導壓管垂直段存在液相的情況。 

 

    (3) 考慮到項目所在地冬天氣溫較低，低于乙烯的臨界溫度，因此在導壓管水平段至壓力變送器之間要進(jìn)行伴熱處理，使這段距離內的介質(zhì)處于氣相狀態(tài)。 

 

    3． 3． 3 壓力變送器的安裝

    測量低溫乙烯壓力其實(shí)是測量氣化后的氣體壓力，變送器的位置應高于引壓閥。這樣避免液相流向壓力變送器，保證壓力變送器不要損壞。

 

    調整后的安裝方案，如圖 9 所示。

 

 

    4 小結

    本文通過(guò)分析測量壓力參數時(shí)的影響因素，結合實(shí)際生產(chǎn)情況，給出了一種測量低溫液體壓力儀表的安裝方法，利用該方法，彌補了傳統測壓方式的不足，同時(shí)也很好的解決了實(shí)際生產(chǎn)需要問(wèn)題。