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双法兰液位变送器的故障浅析(油田现场)

作时间:2016-05-23  来源:中国石油塔里木油田塔西南公司  作者:
   

摘要:针对双方液位计迁移量计算错误,零点设定不当的问题,本文主要介绍了双法兰差压变送器测量原理以及测量液位时由于迁移量核零点设定不当所产生的故障,并给出了详细的原因分析及解决方法。

在炼油、石油化工生产、煤化工和煤制油等工业领域,液位是最重要的工艺参数之一,测量液位的仪表种类繁多,如浮力式液位计、雷达液位计、放射性液位计、超声波液位计、电容式液位计、音叉液位开关和差压式液位计等。其中双法兰差压液位计以其精度高、稳定性好、测量范围广、测量精度高、安装方便等优点备受化工生产的青睐。
        双法兰差压液位计能对变送器的参数进行修改,可以与具有相同通讯协议的DCS系统或现场通讯控制、设定器进行数据通讯交换。在我厂合成氨生产装置的各个环节中,我们多处利用双法兰差压变送器测量锅炉汽包、表面冷凝器、压缩机段间分离器、氨冷器以及喷射蒸汽发生器(111~C)的液位。

1差压变送器原理简介
        双法兰液位变送器由差压变送器、毛细管和带密封隔膜的双法兰组成。密封隔膜的作用是防止管道中的介质直接进入差压变送器,它与变送器之间是靠注满液体的毛细管连接起来,当膜片受压后产生微小变形,变形位移通过毛细管的液体传递给变送器,由变送器处理后转换输出4—20mADC 电流信号。
        在对双法兰液位变送器的量程和迁移量的汇总核实时,发=现变送器量程存在选择不当,迁移量设置错误的情况,这是造成仪表测量不准的重要原因。如图a。

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双法兰差压变送器量程的计算公式为:
△P=ρ1Hg(1)
零点迁移量计算公式为:
S=~ρ2gh(2)
        其中△P为双法兰液位变送器的量程(单位:KPa);H为被测容器内的液位高度(单位:m);g为重力加速度(单位:9.8m/s2);ρ1为被测介质密度(单位:kg/m3);ρ2为毛细管内填充甲基硅油的密度(单位:kg/m3);S 为零点迁移量(单位:KPa);h 为双法兰间距;
        由公式(1)、(2)可得,通过双法兰差压变送器测量液位得到的结果,其准确程度与三畅变送器的安装位置无关,与被测容器内也为高度H、被测介质的密度ρ1以及毛线管内填充液体密度
ρ2有关,变送器零点必须进行负迁移,迁移零点的原理见图b

变送器零点迁移示意图

2故障案例及原因分析
(1)事件过程
2015 年9 月22 日塔西南化肥厂合成氨装置103~J/JT 跳车。检查发现段间分离器105~F液位高开关联锁动作,双法兰液位变送器LT~11指示为零,将机组段间分离器底部导淋打开排出大量的水,经检查该双法兰液位计的迁移量偏差严重;量程也和设计严重不符,现场安装使用的三畅变送器量程为62.3Kpa,而设计量程仅为3Kpa。
(2)原因分析
差压变送器未按设计选型订购;以及仪表人员对双法兰液位计的迁移量计算存在认识上误区,一般只注重灌水的调试,并未查看设计资料根据原始数据以及生产需要进行准确迁移。下表c为锦西化工机械厂针对我厂LT~11的设计数据表

锦西化工机械厂液位变送器计算数据


由上表c知;
最大测量范围(量程)
△Pmax=ρ1Hg=9.81×300=2.94KPa
迁移量△P1=P+~P~=~ρ2gh(3)
=~0.95×9.81×990
=9.226KPa
即当H0→0时,差压变送器迁移量为△P1=~9.226KPa,这种迁移为“全迁移”。如表c设计液位H0=325mm以上显示液位,因此差压变送器需要“回迁”
所以最终迁移量△P1=~9.226+ρ1gH0=~9.226+9.81×0.325=~6.03KPa

        综上可知变送器的安装位置的高低对迁移量以及测量结果没有任何影响,当被测液位为0时,变送器正负压室的压差最大(这里的压差为正负室压差的绝对值),变送器的输出电流为4mA,随着液位的上升,变送器正负测量室的压差逐渐减小,变送器的输出电流为20mA。
        由于变送器毛细管内工作介质和被测液体的密度是已知的,三畅变送器的安装位置和测量范围就是确定的,因此只要知道液位测量的数据H、h、ρ2以及H0,就可以计算出变送器的量程和迁移量,可以准确对变送器进行调校了。
(3)事件过程
        2010年11月,合成氨装置111~C蒸汽带水,由于当时处于开工阶段,喷射蒸汽放空,导致脱碳溶液随蒸汽带出,132~F顶部放空带出大量碱液。当时LT~20显示液位偏低为50%,而实际液位接近80%,为了配合工艺调整,仪表运行人员进行了量程的迁移,但待工况稳定后又重新回迁。
(4)原因分析
        事后分析差压变送器并未故障,由迁移量公式可知,迁移量△P=P+~P~=~ρ2gh+ρ1gH0;对111~C而言ρ1为被测苯菲尔溶液,而双法兰间距一定,硅油密度也已知。可见迁移量与111~C内部溶液的密度ρ1息息相关。处于开工阶段如果两塔液泛,就会导致再生气二氧化碳携带大量碱液,从而使111~C溶液的浓度增大,同时溶液的密度也随之增大,最终结果就是迁移量△P改变,出现差压变送器指示小于磁翻板液位计指示值状况,这种情形在日常生产也时有发生,仪表运行人员反复对LT~20进行“正迁”和“负迁”。其实就是溶液密度的变化引起的偏差。
3结语
        双法兰差压变送器是先进的智能仪表在化工生产中应用很广,在测量使用时,不但选型要与设计符合,而且准确的迁移量也是至关重要的:双法兰液位计的调校,通常是用专用法兰与三畅变送器的法兰连接,用标准的压力信号来调校;如果调校前能根据现场的实际,进行计算,并以计算依据为根据进行调校旧很方便。日常生产中工艺是主导,仪表是工艺操作的眼睛,两者是相辅相成的,仪表指示异常时,首先要从工艺角度进行分析。对于111~C而言,当变送器和磁翻板显示液位出现较大偏差时,工艺人员必须引起足够重视,这时可能就是溶液浓度较大变化导致的,需要及时作出调整。

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