法兰变送器在化工测量中的调试应用

杨亮英，薛家科，杜 悦，邬晓涛，薛凌飞

（1.重庆川仪自动化检修服务有限公司，重庆401121；2.陕西延长石油榆林煤化有限公司，陕西 榆林 719000）

在现代化工生产测量中，尽管测量方法及仪器众多，比如应用成熟的有直读法、浮力法、静压法、差压法、电容法、放射性同位素法、超声波法、激光法、涡衔法、涡流法、微波法以及射频导纳法等测量方法；测量仪器更是各先进厂家百花齐放。但是遇到有高温、强腐蚀、粘度大或悬浮体多、易结晶、测量头净化要求严、密封要求高等特殊介质的测量，特别是流量测量和液位测量一直是困扰广大仪控员工的老大难问题。经众多工程技术与专业维护人员长期探索和总结一致认为，遇到上述情况时应首选法兰变送器进行测量。

1 法兰变送器的调试原理

1.1 法兰变送器的测量简介

作为测量元件的金属膜盒1通过铠装的毛细管2与变送器3的测量侧保持相连，在膜盒、铠装毛细管和测量室组成的密封系统内充满惰性液体（一般需根据工况要求有耐高温、常规和耐低温区别的），作为传压介质。这样就构成了差压典型的测量，其实大多要求高的化工液位测量和流量测量都属于典型的差压测量，只不过有的差压变送器程序具备开方转换功能就使流量测量功能更加强大罢了。简易图见图1。

法兰变送器可安装在任何高度和位置。涉及到液体介质时，所测介质通常在密封容器或管道内，如图1所示，高压侧法兰必须补偿（消除）密封器内静压和动压变化的影响，低压侧法兰用来测量密封器内液体的液位差压；如果用于敞口容器，则高压侧法兰应与容器低端法兰连接，而低压侧法兰应置于大气中，并保持与高压侧法兰高度持平，或者改用单侧法兰；如用于真空场合，变送器的安装位置不能高于低压侧法兰安装高度。

图1 双法兰差压变送器测量液位示意图

1.2 密封型法兰变送器的调试

当双法兰送器安装在密封设备低侧法兰水平线以下时，高压测法兰与设备高端法兰连接，低压侧法兰与设备低端连接（图2）。

图2 变送器安装在密闭容器低端法兰水平线以下

则变送器量程为 L＝H×ρ1， 零点迁移量为△L＝h3×ρ2－h1×ρ1。

当液位在最低侧时，变送器所受的等效压力等于静压差：△P1＝h3×ρ2－h1×ρ1＝△L；当液位在最高侧时， 变送器所受的等效压力为△P2＝h3×ρ2－h1×ρ1－H×ρ1＝△L－H×ρ1，上述中 h3为设备法兰高低侧中心距。变送器的调试量程为△P＝△P1～△P2＝△L～△L－H×ρ1， 此时变送器输出为 （4～20）mA.DC，有时习惯上为自动方便，可改为反作用式变速器，对应变送器输出为（20～4）mA.DC。

当双法兰变送器安装在设备低侧法兰水平线上时，高压侧法兰与设备高端法兰连接，低压侧法兰与设备低端法兰连接。为避免变送器在测量过程中出现死区，需要注意：h1×ρ1≥h2×ρ2，则变送器量程为 L＝H×ρ1；此时零点迁移量为△L＝（h3－h2）×ρ2－（h1×ρ1－h2×ρ2）＝h3×ρ1－h2×ρ1。 当液位在最低侧时，变送器所受压力等效于△P1＝（h3－h2）×ρ2－（h1×ρ1－h2×ρ2）＝－△L；当液位在最高侧时，做用在变送器上的等效压力为△P2＝（h3－h2）×ρ2－〔（h1＋H）ρ1－h2×ρ2）］＝△L－H×ρ1。 此时， 送器的调试量程为△P＝△P1－△P2＝△L（1－Hρ1）（图 3）。

图3 变送器安装在密闭容器低端法兰水平线以上

图4 变送器安装在开口容器低端法兰水平线以下

当单法兰变送器安装在露天低端水平线以下时，如图4，高压侧法兰与设备低端法兰连接，低压侧法兰安装在设备设备与高压侧法兰同一水平线的大气中。则变送器的量程为L＝H×ρ1，零点迁移量为△L＝H×ρ1；液位最低侧时，变送器所受的等效压力为变送器上所受静压差△P1＝h1×ρ1＝△L；液位最高侧时，变送器所受压力△P2＝（H＋h1）×ρ1。 变送器的调试范围为△P＝△P1～△P2＝△L～H× ρ1＋△L，变送器输出配套为（4～20）mA.DC。

当变送器高压侧法兰与露天设备低压处法兰连接，而低压侧法兰安装在变送器低压侧同一水平的大气中时，如图5所示，为避免变送器在使用中出现死区现象，必须使 h1×ρ1≥h2×ρ2，否则会出现实际测量范围小于变送器校准范围的现象。 这样，变送器的 L＝H×ρ1；零点迁移量为△L＝h1× ρ1－h2×ρ2； 液位最低时， 变送器所受等效压力△P＝h1×ρ1－h2×ρ2＝－△L；液位最高时变送器所受等效压力为△P2＝（H＋h1）×ρ1－h2×ρ2＝H×ρ1＋△L。

图5 变送器安装在开口容器低端法兰水平线以下

2 法兰变送器的调试和应用技术总结

2.1 现场调试和使用技术总结

变送器铠装毛细管内惰性介质的比重和被测液体的比重是已知数据，只要确定了安装位置和形式以及被测液体的测量量程（H），准确的两区变送器的安装数据（h1、h2、h3），就可以方便地计算出变送器的量程（L）、零点迁移量△L、最低可测液位时作用在变送器的等效压力△P1及最高可测液位时作用在变送器上的等效压力△P2；在实验室将变送器正负压侧法兰置于同一水平位置校验好，然后安装在现场后根据测量相应数据进行科学迁移，就可以准确测量出设备内的液位或流量的准确数据。

2.2 必须要注意的地方

因为双法兰式液位或流量差压都是动态微差压，一般设计时都特别考虑了额定工况的静态压力，也就是所谓的静态压力补偿。所以大多数情况下，液位或流量只有在静压达到压力等级范围时，才会达到准确测量的效果。比如化工常用的汽包液位法兰变送器等效压力量程为±3.2kPa，静态额定压力为4MPa，同一压力等级范围为（2.5～6）MPa，也就是只有额定静压为（2.5～6）MPa时变送器才达到额定补偿，此时的差压测量值是有效的，否则超出这个静压范围时的测量值是不准确的，特别是静压低于2.5MPa时所测的差压一般是无效数值。

单法兰变送器测量液位时对压力补偿更是要求严格。特别是露天设备，当有密封型障碍时，必须考虑到压力补偿，否则测出的数据永远是超量程。

3 结语

从上述可知，法兰变送器的科学调试已经广泛应用于现代化工中的液位和流量测量，而且针对性地解决了其他变送器在特殊工况下无法科学工作的难题，经众多工程技术人员常年应用总结，此调试方案科学可行。

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