探讨双法兰差压变送器在界位测量中的运用

李彩云

（北京燕化正邦设备检修有限公司，北京 102599）

根据现阶段的社会生产需求而言，在化工、石油和石化以及医药等众多行业当中使用到多种不同形态的反应釜用来储存生成的反应物以及采集物。这样的介质其形态上大多不固定，包括多种液体及液体混合产物，即表示为多种介质混合物。在容器中，各种不同密度以及形态的物质将会分层存在。为了能够精准控制生产，则需要进一步研究混合物的组成情况，测量分界面位置。因此，依靠更加简便的双法兰差压变送器测量则更为安全高效。

1 双法兰差压变送器构成以及作用

双法兰差压变送器结构包括了带密封隔膜的双法兰、差压变送器、毛细管等，如图1所示。它们之间用外套螺母、接管和接头紧密连接起来，其中负责接通管路以及智能变送器的重要结构就是法兰盘的存在，能够精准连接仪表以及工艺设备，且法兰盘中的膜盒同时具备压力测量功能。

图1 双法兰差压变送器Fig.1 Double flange differential pressure transmitter

双法兰差压变送器，其优点在于能够在任何位置以及高度进行安装，更加便捷且适应性较强。针对于在反应釜中的不同介质进行测量，能够更加精准地获取到不同介质的界面位置，保障形成高精度的测量效果。基于在实际当中的测量作业而言，双法兰差压变送器借助于两侧不同差压的原件进行测量，获取到基于不同压力差状态下的相关数据，并借助于将被测数据进行传递，在二次仪表上获取到有关界面的位置参数。

双法兰差压变送器在应用过程中对反应釜中的不同介质的位置进行测量连接主要是应用到毛细管结构，毛细管内部采用真空充填注满液体（一般采用硅油），毛细管起到压力传递作用，并不产生连通反应，相当于将差压变送器测量元件中的隔离膜片延伸到设备开口处，则不会造成液体堵塞，具有较高的应用可靠度，能高效地解决粘稠、腐蚀、结焦等各种脏污介质对测量带来的影响，获取被测参数仅需要根据高低压侧膜片受压后产生微小位移，变形位移或频率通过毛细管的液体传递给变送器，从而对两侧的压差状态进行测量，计算之间的压差[4]。双法兰差压变送器测量液位时，通常情况下与被测介质在反应釜中的实际高度以及液体密度之间存在着一定的关联，经过调查研究发现二者存在正比关系。

差压变送器则是双法兰差压变送器仪表中的关键部分，包括液晶显示、电气连接、电路板等众多种类，能够实时显示测量值，直接观察到液位数据，便于管理。

2 界位测量中的双法兰差压变送器应用

2.1 安装

对反应釜中的不同介质界位进行测量，首先需要精准安装双法兰差压变送器，要求反应釜底部的法兰取压口结构能够与差压变送器中的高压侧进行连接，则相应的低压侧与反应釜顶部的法兰取压口相连接，高低压侧均应垂直安装。从而保证反应釜中的相关介质界面实际位置能够与压差值成正比。借助于积分运算，从而获取到更加完整的界面数据资料。

在差压变送器中，液位计的应用其作用在于避免反应釜中的液体具有腐蚀性对差压变送器测量产生一定影响。在双法兰结构的作用下，通过连接两个法兰结构，避免借助堵塞测量管或是对其产生腐蚀作用，确保能够形成高精度的测量效果[1]。由于在实际中需要差压变送器与反应釜相连接，则促使高压取压口能够始终维持在起始液面的统一高度状态。且在低压室中，同样具有一定要求，不能够存在凝析介质，才能够精准测量，并保持密度不变的被测介质状态，满足测量需求。

安装双法兰差压变送器，要求符合安装标准规范，能够保障使用安全，否则将会对变送器的使用质量、测量结果以及寿命等产生影响。仪表安装地点应选取在不仅需要便于观测，同时也需要便于维修的地方。与反应釜保持相对较近的被测距离，才能够避免原材料消耗。安装双法兰差压变送器时，需要对使用环境进行相应的控制，环境温度不能变化太大，符合绝热状态温度，否则应采取隔热措施。若差压变送器本体安装在室外，最好采用安装配套仪表保温箱，将差压变送器测量表头安装在仪表保温箱内，保证变送器内部电路板及显示屏满足适用温度，能更加高效测量结果处理，转换成输出信号。毛细管受到外界温度的影响出现变形等问题，将会对差压的测量计算等产生相应的影响，无法精准测量界位，且使用内部调节装置，对误差进行补偿，并对量程进行调节，适应不同生产环境下的变化需求，才能够更加精准地测量不同介质界面位置，从而为相应行业的生产提供详细数据资料。

在安装时，需要对毛细管的敷设施加保护措施。为了减小环境温度差对测量的影响，可将高、低压测的毛细管捆绑在一起，并固定牢固，防止风以及振动的影响，对于超长部分应卷在一起固定。毛细管直径较小，一般内径在0.7mm～1.8mm，外面套有金属蛇皮管进行保护，具有可挠性。安装时，对毛细管的实际长度进行考量，单跟毛细管长度一般在3m～11m之间可以选择，选择适应其长度范围，避免出现超出使用长度的问题。安装时毛细管的弯曲半径不能够小于50mm，不能扭曲、挤压，不能施加过大的压力，否则将会造成毛细管过弯断裂[5]。

安装双法兰时，对压力膜盒做好保护，不能将膜盒直接放于地面，防止膜盒表面变形、有划伤和损坏。法兰安装应密封良好，根据工艺设备要求选取法兰公称直径和公称压力相对应的法兰垫片，且垫片无划痕，垫片应均匀加装在固定法兰螺栓内侧，避免法兰垫片与膜盒出现过于拥挤的现象，否则将会在挤压作用下造成压力值测量不准，影响正常传递压力数值。螺栓要按设计规定规格选用，不能随意代替，安装前应进行油润，防止生锈。螺帽与螺栓应垂直地支撑在法兰面上，在紧固螺帽时，采用对角线紧固法，先预紧，然后按一定顺序逐个紧固，防止法兰受力不匀压偏而密封不严。

安装完成后，需要对差压变送器进行调试，调节零点迁移作用，确保仪表零点标准，才能够正常实施测量作业[2]。

2.2 测量

双法兰差压变送器测量界位，最好是两种介质密度相差较大。在使用到双法兰差压变送器测量两种不同介质界面的过程中，需要正确选择适合的变送器结构，并检查验收其各项组成部分，按照严格的技术标准执行相应的操作，保障正确安装，避免基于人为失误促使仪表使用性能受到影响。测量时，上下法兰必须完全被液体浸没。同时，在使用中需要做好相应的维护工作。检修的过程中，若发现磁翻板对界位测量不敏感，难以形成良好的界位测量效果，或是在较为寒冷的环境中出现冻凝现象，或是普通差压变送器导压管出现堵塞现象，或是介质脏污促使浮子卡动等，则可以使用到双法兰差压变送器对液位进行控制，并对反应釜中的各种介质进行精准的测量。对反应釜内部的液体以及气体等介质界面位置变化进行跟踪，并借助于控制装置生成的相关参数，保障形成更加稳定的装置运行效率，符合设计标准，避免在使用过程中出现冒罐问题。

测量中主要是应用到集收纳控制系统加以辅助，或是借助于编程逻辑控制器PLC等协助应用，对现场变送器测量中的信号进行采集，并进行整合输出。根据系统编程功能，对反应釜的内部介质界面位置进行计算，实际测量中差压变送器与容器之间的上下压差设定为ΔPa，变送器两侧的压差之间距离表示为H0，在反应釜中的上层介质密度设定为ρ轻，下层介质的密度则设定为ρ重。其中，H2表示为反应釜中分界面的上层介质距离分界面的实际高度，H1表示为下层介质距离分界面的实际高度参数，H为液位测量的高度，g表示为重力加速度的常数。双法兰差压变送器测量界位示意图如图2所示。

图2 双法兰差压变送器测量界位示意图Fig.2 Schematic diagram of measurement boundary for double flange differential pressure transmitter

当界面最低时，即轻介质液体充满容器时，即零点根据公式为：

当界面最高时，即重介质液体充满容器时，即满量程根据公式为：

量程范围为：

界面为零时，仪表正负压室的压力为：

迁移量为：

如P正＜P负为负迁移，如P正＞P负为正迁移[3]。

同时在测量界位的过程中，若当前介质具有一定的腐蚀性，则相应地需要选择具有防腐作用的双法兰差压变送器结构，从而能够适应各种不同的介质需求形成相应的精准测量效果。

2.3 应用智能双法兰差压变送器

智能双法兰差压变送器结构具有更加强大的测量功能，并能够形成更加精准的测量效果，仅需要合理的应用维护，就能够获取到反应釜中的不同介质界位参数。相较于一般状态下的差压变送器结构，增加了微处理器，形成更加广泛的测量作用。通过数据通讯控制生产现场，能够完成自动测量，精准现实反应釜中的不同介质界位参数。通过智能设定变送器的参数，进行修改、调试以及设定等，在自动化的作用下进行管理能够有效避免人为干扰，在计算完成后植入到相应的双法兰差压变送器中，能够形成更加精准的测量效果。

3 双法兰差压变送器测量界位的常见故障处理

1）上法兰排出来是轻介质，下法兰排出来是重介质，是正常工况，可以与就地磁翻板液位计作比较，新零点计算：

2）上法兰排出来是轻介质，下法兰排出来是轻介质，是正常工况，此时为零点量程下限，观察PV值与理论值是否一致。理论计算：

3）上法兰排出来是重介质，下法兰排出来是重介质，是正常工况，此时为量程上限，观察PV值与理论值是否一致。理论计算：

表1 常见故障分析处理表Table 1 Common fault analysis and handling table

4）上法兰排出来是气体，下法兰排出来是重介质，是不正常工况，不具备界面产生条件。

5）上法兰排出来是气体，下法兰排出来是轻介质，是不正常工况，不具备界面产生条件。

4 双法兰差压变送器现场故障案例

故障现象：某烯烃装置，一油水分离罐南侧安装一双法兰差压变送器，夏季气温较高，太阳直射，工艺反应液位显示波动。

故障分析：1）判断是工艺介质原因。经与工艺确认后，介质没有更换，现场就地液位计不波动，排除原因；2）判断变送器参数有问题。连接手操器检查，更改阻尼参数后仍然波动，排除原因；3）判断是毛细管没有固定牢固，离伴热管太紧或太阳直射温度太高。经检查，毛细管固定牢固，无晃动迹象。毛细管外的蛇皮管温度太高，使毛细管温度急剧上升，毛细管内硅油系数膨胀，膜盒压力升高，仪表指示波动。

故障处理：将毛细管及双法兰等太阳直射的部位加装保温措施，避免太阳光直射，降低外界温度，恢复膜盒正常压力。待工艺观察一段时间后，仪表波动消除。

5 结束语

采用双法兰差压变送器解决了易凝固、易结晶、易腐蚀、高粘度的液位测量问题，对反应釜混合介质界位测量中的双法兰差压变送器实际使用进行研究，其能够精准测量反应釜中的各种介质位置。根据压差进行精准计算，从而能够为工业生产提供更加可靠的相关参数，顺利完成生产任务。