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，關系后系統(tǒng)運行的穩(wěn)定，是一個關鍵的測量參數(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構、位移傳動機構、變送器三部分。液位計安裝在氣柜下，鋼帶機構中鋼繩一端固定在氣柜頂部，鋼帶機構中鋼帶另一端通過導軌與液位計連接。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構，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，鋼帶反復拉動變送器的電位器軸旋轉(zhuǎn)，導致電位器磨損、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） 傳動機構經(jīng)常卡澀。

（4） 氣柜漂移、風吹等因素影響，鋼繩容易脫軌，出現(xiàn)卡死。

（5） 鋼帶式液位計結構復雜，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，可以達到避雷效果。

（3） 經(jīng)常派人使用、扭動復位裝置，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

     來自雙側的壓力直接作用于變送器傳感器雙側隔離膜片上，通過膜片內(nèi)的密封液（一般為硅油） 傳導至測量元件上，測量元件將測得的差壓信號轉(zhuǎn)換為與之對應的電信號傳遞給轉(zhuǎn)換器，經(jīng)過放大等處理變?yōu)闃藴孰娦盘枺?-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，物理學上稱為壓強，用P表示，單位為帕斯卡，用Pa表示。

 

    液體壓強產(chǎn)生的原因：是由于液體受到重力。

    液體壓強特點：(1)液體對容器底和壁都有壓強，(2)液體內(nèi)部向各個方向都有壓強；(3)液體的壓強隨深度增加而增大，在同一深度，液體向各個方向的壓強相等；(4)不同液體的壓強還跟密度有關系。

 

    液體壓強計算公式：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)液體壓強公式可得，液體的壓強與液體的密度和深度有關，而與液體的體積和質(zhì)量無關。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，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） 就與液體高度有關，即壓力（壓強） 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管連接，毛細管內(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） 法蘭隨著設備安裝高度升降，而變送器固定不動。

 

     為了進一步了解毛細管內(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，負壓側與大氣相通，正壓

側與單法蘭隔膜毛細管相連，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，負壓側通大氣，正壓側采用單法蘭隔膜毛細管連接，法蘭固定在鐘罩頂部，變送器正壓側的壓力即為毛細管內(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。

 

這里可能大家需要了解下相關產(chǎn)品：單法蘭壓力變送器、單法蘭差壓變送器（單法蘭隔膜差壓變送器同一個意思）、單法蘭液位變送器

 

.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。