摘要:氣柜液位是制乙炔裝置自動化生產(chǎn)線中重要的測量參數(shù)。傳統(tǒng)的測量方法采用鋼帶式液位變送器,目前我廠采用單法蘭隔膜差壓變送器測量乙炔氣柜液位,從使用情況及日常維護(hù)等方面都收到了很好的效果。
概述
在我廠乙炔裝置生產(chǎn)中,乙炔氣柜、裂解氣氣柜是整個乙炔裝置生產(chǎn)工藝的重要組成部分,氣柜液位的測量帶有高低連鎖,是生產(chǎn)自動化控制中的重要環(huán)節(jié)。氣柜液位計的測量穩(wěn)定,關(guān)系后系統(tǒng)運行的穩(wěn)定,是一個關(guān)鍵的測量參數(shù)。
1、原液位測量方式
我廠乙炔裝置中,氣柜是濕氣式氣柜,設(shè)置水槽,采用水密封形式,柜體由兩級塔組成,即鐘罩(一塔)、中節(jié)Ⅰ(二塔),柜體隨著柜內(nèi)氣體容量的變化而升降。氣柜液位的測量方法原采用的鋼帶式液位變送器來測量氣柜液位。如圖1。鋼帶式液位變送器包括鋼帶機(jī)構(gòu)、位移傳動機(jī)構(gòu)、變送器三部分。液位計安裝在氣柜下,鋼帶機(jī)構(gòu)中鋼繩一端固定在氣柜頂部,鋼帶機(jī)構(gòu)中鋼帶另一端通過導(dǎo)軌與液位計連接。隨著氣柜的升降,鐘罩帶動鋼帶,鋼帶的移動帶動了液位計中的位移傳動機(jī)構(gòu),其中的傳動齒輪將液位變化通過藕合器傳遞給變送器的電位器,由液位的變化引起的電阻值變化,產(chǎn)生4-20mADC輸出,由此測得氣柜液位。
鋼帶式液位計存在的問題:
(1) 液位計隨著液位升降,鋼帶反復(fù)拉動變送器的電位器軸旋轉(zhuǎn),導(dǎo)致電位器磨損、損壞,經(jīng)常出現(xiàn)指示波動,致使液位計成為乙炔、裂解氣柜正常工作的隱患。
(2) 液位計鋼帶導(dǎo)管(鋼管) 突出空中過高,夏季雷雨期易成為雷擊點,容易被雷擊。
(3) 傳動機(jī)構(gòu)經(jīng)?。
(4) 氣柜漂移、風(fēng)吹等因素影響,鋼繩容易脫軌,出現(xiàn)卡死。
(5) 鋼帶式液位計結(jié)構(gòu)復(fù)雜,采用的VAREC產(chǎn)品,備件周期長,價格昂貴,成本高。
針對以上問題,采取了措施進(jìn)行處理:
(1) 電位器更換,但使用半年之后,該出現(xiàn)又問題。
(2) 在氣柜頂部加裝避雷針,并在變送器表殼安裝防雷接地線,可以達(dá)到避雷效果。
(3) 經(jīng)常派人使用、扭動復(fù)位裝置,并加油潤滑。
(4) 鋼繩卡死后,聯(lián)系大吊車,已經(jīng)處理了3次,大吊車費用比較高。
(5) 產(chǎn)品更換,用國產(chǎn)的相近代替,但是使用半年后出現(xiàn)上述第1項問題。
乙炔氣柜、裂解氣氣柜是整個乙炔裝置生產(chǎn)工藝的重要組成部分,氣柜液位的測量帶有高低連鎖,是生產(chǎn)自動化控制中的重要環(huán)節(jié)。鑒于以上原因,我們對液位計進(jìn)行改型,采用了單法蘭隔膜差壓變送器來測量。
2 現(xiàn)液位測量方式
2.1 差壓變送器工作原理
來自雙側(cè)的壓力直接作用于變送器傳感器雙側(cè)隔離膜片上,通過膜片內(nèi)的密封液(一般為硅油) 傳導(dǎo)至測量元件上,測量元件將測得的差壓信號轉(zhuǎn)換為與之對應(yīng)的電信號傳遞給轉(zhuǎn)換器,經(jīng)過放大等處理變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)電信號(4-20mA DC的直流電流) 輸出。
變送器的差壓公式:
ΔP=P+-P-
根據(jù)差壓公式,只要有壓差,那么差壓變送器就可以正常工作了。
2.2 差壓變送器測量液位
壓力是垂直作用在物體單位面積上的力,物理學(xué)上稱為壓強(qiáng),用P表示,單位為帕斯卡,用Pa表示。
液體壓強(qiáng)產(chǎn)生的原因:是由于液體受到重力。
液體壓強(qiáng)特點:(1)液體對容器底和壁都有壓強(qiáng),(2)液體內(nèi)部向各個方向都有壓強(qiáng);(3)液體的壓強(qiáng)隨深度增加而增大,在同一深度,液體向各個方向的壓強(qiáng)相等;(4)不同液體的壓強(qiáng)還跟密度有關(guān)系。
液體壓強(qiáng)計算公式:P=ρgh (ρ為液體密度,單位是千克/米3;g為9.8牛/千克;h為深度,指液體自由液到液體內(nèi)部某點的豎直距離,單位是米)。
根據(jù)液體壓強(qiáng)公式可得,液體的壓強(qiáng)與液體的密度和深度有關(guān),而與液體的體積和質(zhì)量無關(guān)。根據(jù)帕斯卡定律:液體的流動性,加在密閉液體任一部分的壓強(qiáng),必然按其原來的大小,由液體向各個方向傳遞。則液體某一點壓力的公式是P=P0+,P0 為容器內(nèi)壓力,ρgh 為液體壓力。對于已知的液位,ρ、g為常數(shù),P0不變,該點的壓力(壓強(qiáng)) 就與液體高度有關(guān),即壓力(壓強(qiáng)) 隨液體深度的增加而增大。如圖3所示,液體內(nèi)A、B、C三點,A、B點為同一深度,C點比A、B點深度要深,則三點的壓力關(guān)系:A點壓力PA=B點壓力PB,C點壓力PC>A點壓力PA。
利用液體自身重力的影響,在不同高度的壓力不同,產(chǎn)生壓力差。用壓力差來推算出液體的高度,這就是應(yīng)用差壓變送器來測量液體的液位。如圖4所示。變送器的差壓公式:
ΔP=P+-PP+=
ρgh+P0;P-=P0
ΔP=P+-P-=ρgh+P0-P0=ρgh
由于化工工廠有些液體介質(zhì)存在有毒、有害、易燃、易爆、易腐蝕等對人體傷害的性質(zhì),為了安全,則采用法蘭隔膜將介質(zhì)隔離,法蘭與變送器之間有毛細(xì)管連接,毛細(xì)管內(nèi)充滿硅油。測量液位的隔膜差壓變送器類型:雙法蘭隔膜差壓變送器、單法蘭隔膜差壓變送器等。
2.3 單法蘭隔膜差壓變送器的應(yīng)用
在敞口容器中,測量液位多數(shù)采用單法蘭隔膜差壓變送器來測量,圖5。變送器的差壓公式:
ΔP=P+-P-;P+=ρgh+ρ(硅油)gh1+P(大氣壓);P-=P大氣壓
ΔP=P+-P-=ρgh+ρ硅油gh1
在上述公式中,在液位高度h為零液位,差壓值ΔP為ρ硅油gh1,不為零,這是由于毛細(xì)管內(nèi)硅油液體壓力的影響,這就需要遷移,目的是保證實際液位在零液位時,變送器輸出也為零,遷移量為ρ硅油gh1。遷移量>0,為正遷移;遷移量<0,為負(fù)遷移。
從遷移量公式中得,由于硅油自重的影響,在零液位時,
如果存在以下情況,則遷移量也有所不同:
(1) 設(shè)定的零液位時法蘭的安裝高度不同。
(2) 變送器安裝位置高度發(fā)生變化。
(3) 法蘭隨著設(shè)備安裝高度升降,而變送器固定不動。
為了進(jìn)一步了解毛細(xì)管內(nèi)硅油壓力的作用,做一個這樣的實驗:單法蘭隔膜差壓變送器固定好,負(fù)壓側(cè)與大氣相通,正壓
側(cè)與單法蘭隔膜毛細(xì)管相連,電路部分連接好,用電流表串接在電流回路中檢測變送器的輸出。實驗者手舉單法蘭上下移動,差壓變送器輸出電流也跟著變化。這一實驗表明,由于毛細(xì)管內(nèi)硅油液體受到重力的作用,產(chǎn)生了液體壓力,單法蘭隔膜差壓變送器在沒有外加壓力下,差壓變送器的差壓值由毛細(xì)管內(nèi)硅油液體壓力產(chǎn)生,并隨著高度增加而增大。
利用這一實驗,目前我廠采用單法蘭隔膜差壓變送器來測量氣柜液位。安裝如圖6所示。
單法蘭隔膜差壓變送器固定在二級檢修平臺上,負(fù)壓側(cè)通大氣,正壓側(cè)采用單法蘭隔膜毛細(xì)管連接,法蘭固定在鐘罩頂部,變送器正壓側(cè)的壓力即為毛細(xì)管內(nèi)硅油自重產(chǎn)生的壓力,隔膜隨著氣柜升降,差壓變送器的輸入壓力也隨之而變,產(chǎn)生4-20mADC輸出,由此測得氣柜液位。
.變送器的差壓公式:
ΔP=(P+)-(P-)
(p+)=【ρ(硅油)gh】+P大氣壓
(P-)=P大氣壓
ΔP=P+-P-=(ρ硅油gh+P大氣壓) -P大氣壓=ρ硅油gh
我廠氣柜液位測量高度為18米,則測量量程:ΔP=ρ硅油gh=0.93*1000*9.8*18=164.052kPa
硅油密度ρ取0.93*1000kg/m3,g~9.8牛/千克
在液位高度h為零液位時,硅油自重的影響,差壓值ΔP=【ρ(硅油)gh1】不為零,這就需要遷移,保證變送器輸出為零。在氣柜液位高度h為零液位時,法蘭隔膜低于變送器安裝位置,遷移量<0,需要負(fù)遷移。假如變送器固定在氣柜液位的中點位置,h1=9米,遷移量=ρ硅油gh1=0.93*1000*9.8*(-9) =-82.026kPa,變送器的組態(tài)測量范圍:-82.026~82.026kPa。