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单法兰液位变送器的检定方法比较和选择以及安装装置研究

  来源:中国海洋石油总公司计量检测中心  作者:张翼飞 任春杰 杨伟旗

 摘 要 从单法兰液位变送器的测量原理、安装及使用出发,详细论述了单法兰液位变送器的离线检定方法、装置研制及注意事项。 重点阐述了单法兰液位变送器如何实现离线检定,如何解决其在离线检定过程中的安装问题、定位问题、夹紧力传动问题以及调平等问题。

 
0 引言
        海洋石油平台中在测量常压容器液位高度时较多的使用了单法兰液位变送器,它们以感应介质压力的方式进行信号输出来达到测量液位的目的。 单法兰液位变送器通常使用在保证安全的紧急关断系统( ESD) 中,其作用是极其重要的。 因此单法兰液位变送器的检定工作就显得尤为重要,只有保证了单法兰液位变送器的准确可靠才能保证其在工程中的使用并发挥其重要作用。
 
1 单法兰液位变送器的原理及安装方式
        单法兰液位变送器是工业过程测量和控制系统中用以指示和控制液位的一类仪表。根据帕斯卡定律可知同种密度的液体在同一深度,液体向各个方向的压强都相等。 单法兰液位变送器就是根据这一原理测量到的压强来推算介质高度的。 其公式为:
 
        式中:H 为单法兰液位变送器所测介质高度;p 为单法兰液位变送器测得的压强;ρ 为浮球排开介质的密度;g 为重力加速度。
 
        单法兰液位变送器一般安装于常压容器的灌体下侧部分,如图 1 所示。 安装时应保证单法兰液位变送器的法兰及变送器表头的垂直度,否则会增加不必要的误差。
单法兰液位变送器的安装方式
2 单法兰液位变送器的检定方法比较和选择
2. 1 用液位计水箱检定装置的检定方法(方法一)
变送器检定安装示意图
        根据 JJG 971—2002 《 液 位 计 检 定 规 程》 第7. 2. 3. 3 中 a)项用液位计水箱检定装置的检定方法,其检定安装示意图如图 2 所示。
 
        该检定方式是首先将单法兰液位变送器安装于水箱上,调节检定用水箱的水位完成上下行程的单法兰液位变送器的检定。 期间读取各检定点数据,并进行示值误差等数据处理。
 
2. 2 用模拟液位的检定方法(方法二)
        根据 JJG 971—2002 《 液 位 计 检 定 规 程》 第7. 2. 3. 3 中 b),单法兰液位变送器属于压力式液位计。 根据数学模型即式(1),在介质密度和重力加速度确定的情况下,液位的高度与压力值成正比,因此可以用标准压力发生器产生的压力模拟实际液位,同时记录单法兰液位变送器的输出进行检定。
 
        根据 JJG 882—2015《压力变送器检定规程》的相关要求,按照附录 A 中连接方式进行标准器及单法兰液位变送器的安装与连接,如图 3 所示。 连接好后按照规程要求进行检定。
检定系统连接
2. 3 两种方法的比较和选择
        我们从以下几个方面对两种方法进行比较:1)体积及复杂程度。 明显方法一系统较庞大,设备及连接等较复杂。 2)操作性。 方法一操作复杂,方法二设备体积小,可操作性强。 3)安全性。 方法一水泵需要 380V 交流电源,较危险,根据单法兰液位变送器测量介质的不同更换介质困难。 方法二只需要用较低的气源压力就可以完成单法兰液位变送器的检定工作。 4)经济性。 方法一造价较高,平时维护工作量较大。 方法二设备体积小、占用面积小、用电量少、维护工作量小。
 
        从以上比较可知,方法二更适合工作需要。 大多计量院所也是按照方法二进行单法兰液位变送器的检定工作,但是我们必须模拟现场安装的实际情况保证法兰及表头的垂直度。 实施过程中单法兰液位变送器的安装存在着诸多问题。 如:1)单法兰液位变送器的法兰规格较多,检定时要找合适的法兰与之连接。 实验室需准备的法兰数量较多;2)安装时一般用螺栓连接,由于密封面受力不均匀,往往造成泄漏现象;3)法兰连接好后不容易既保证法兰的垂直度又保证变送器表头的垂直度;4)由于操作时需要保证其安全性,一般需几人配合才能完成此项工作,人力成本较高。
 
        为了解决单法兰液位变送器的安装问题,我们自行研制了一套装置来完成单法兰液位变送器的离线安装问题。 此装置已获得国家专利,专利号:ZL2015 2 0667819. 3。
 
3 单法兰液位变送器安装装置的研制
        如图 4 所示为单法兰液位变送器的安装装置,主要分四部分:夹紧机构、固定机构、传动机构、调平机构。
单法兰液位变送器的安装装置
3. 1 传动机构的设计
        传动机构主要包括与单法兰液位变送器连接的检定法兰、气缸及气缸连接法兰(带同轴螺杆与固定机构上的轴承配合完成翻转工作)。 经过调研,单法兰液位变送器的法兰最大外径为 0. 254m,最大磅级为 300LB。 根据这一需求检定法兰的尺寸定为0. 254m,且需要检定用进气孔,因此将检定法兰做成“T”型法兰。 这样既可以达到与单法兰液位变送器法兰配套的目的,又可以达到检定气源进压检定的目的。 气缸是提供夹紧力的动力源,目的是使单法兰液位变送器与检定法兰紧密结合,达到密封的目的。
 
3. 2 夹紧机构的设计
        夹紧机构主要包括立柱、槽钢、偏心盘(或平行四边形框架),它们组成了一个“U”型框架。 传动机构通过气缸的活塞杆将力传递给“U”型框架达到夹紧的目的,夹紧力可以通过调节进入气缸的气源压力来改变。 
 
3. 3 固定机构的设计
        固定机构主要包括用于固定支撑用的支架、支架上用于翻转的轴承。 为了节约空间和操作方便,设计成梯形支架。 固定机构放置于地面上,保证了操作的安全性。
 
3. 4 调平机构的设计
        调平机构主要包括安装在固定机构上的螺杆和螺母。 单法兰液位变送器安装好后同时翻转夹紧机构和传动机构 90°,用螺杆顶住夹紧机构上的槽钢,通过调节螺母将单法兰液位变送器的法兰及表头调节到垂直位置。
 
3. 5 单法兰液位变送器的安装过程
        第一步:将固定机构放置于坚固且水平度合格的地面上,使夹紧机构和传动机构处于自由状态。
        第二步:将单法兰液位变送器法兰水平放置于检定法兰中心位置,通过气缸将单法兰液位变送器与检定法兰夹紧。
        第三步:将夹紧机构与传动机构同时翻转约90°,转动调平机构螺杆顶住传动机构。 调节调平机构上的调节螺母,直至单法兰液位变送器法兰及表头垂直。
        第四步:连接检定用标准表、压力泵等设备进行单法兰液位变送器的检定工作。
 
4 小结
        综上所述,该装置可以很好地完成单法兰液位变送器的安装、夹紧、翻转、调平等问题,使单法兰液位变送器的离线检定工作变得规范、简单,实际操作性及市场推荐度都很高。
 
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