摘要: 在石油化工生產(chǎn)裝置中,使用導(dǎo)壓管取壓安裝的儀表主要是壓力表、壓力變送器、差壓變送器等。為了正確測定工藝過程中的壓力參數(shù),必須根據(jù)使用條件和要求,嚴格地選用壓力測量儀表和正確的安裝方法。本文針對低溫液體的壓力測量儀表的安裝方法進行了分析闡述,提出了一種適用于低溫液體壓力測量的方法。
在石油化工生產(chǎn)裝置中,使用導(dǎo)壓管取壓安裝的儀表主要是壓力、差壓( 流量) 等,本文以壓力為例介紹低溫液體介質(zhì)測量安裝的方法。為了正確測定工藝過程中的壓力參數(shù),必須根據(jù)使用條件和要求,嚴格地選用壓力測量儀表和正確的安裝方法。
壓力測量儀表的安裝方法,需要根據(jù)被測對象的特性來選擇。本文針對低溫液體乙烯的壓力測量儀表的安裝方法進行了分析闡 述,提出了一種適用于低溫液體乙烯壓力測量的方法。
1 壓力變送器測量原理
壓力變送器是一種將壓力信號轉(zhuǎn)換為電信號的設(shè)備,包 括: 測壓元件傳感器、過程連接部件和測量電路三部分組成。主要是通過測壓元件傳感器檢測氣體、液體等流體的物理壓力參數(shù),并將其轉(zhuǎn)換成標準的 4 ~ 20 mA 電信號,用于指示、報警、記錄及控制調(diào)節(jié)等。
壓力變送器除了測量壓力外,還可以用于測量介質(zhì)的壓力差,包括差壓變送器、差壓式流量變送器、差 壓 式 液 位 變 送器等[1]。
2 壓力變送器安裝
為了能夠準確測量壓力參數(shù),壓力變送器的安裝還需要從取壓口的選擇、導(dǎo)壓管的安裝和壓力變送器的位置等方面進行考慮和選擇。
2. 1 取壓口的選擇
取壓口,就是指在被測對象上引取壓力信號的開口。在選擇取壓口的時候,需要從以下幾個原則考慮:
1) 取壓口的位置應(yīng)該能反映被測壓力的真實情況,因此取壓口要選在被測介質(zhì)直線流動的管段上,盡量避開管道拐彎、死角、分岔及流束形成渦流的地方。
2) 當(dāng)測量氣體壓力時,取壓口應(yīng)選在管道橫截面的上半部,如圖 1 所示。
3) 當(dāng)測量液體壓力時,取壓口應(yīng)選擇管道橫截面的下半部,并且在管道水平中心線下 45°的范圍內(nèi),如圖 2 所示。
4) 當(dāng)蒸汽壓力時,取壓口應(yīng)選在管道橫截面上、下部,并且與管道水平中心線成 45°的范圍內(nèi),如圖 3 所示。
2. 2 導(dǎo)壓管的安裝
在壓力測量中,導(dǎo)壓管是連接取壓口到壓力變送器的重要部件,也是傳輸壓力信號的主要設(shè)備,因此導(dǎo)壓管的連接方式、施工方法是否正確,決定了相關(guān)工藝參數(shù)測量是否準確。在導(dǎo)壓管安裝時,需要從以下幾個原則考慮:
1) 導(dǎo)壓管及附件的材料,應(yīng)能夠適應(yīng)被測介質(zhì)的性質(zhì),即耐高溫、低溫、耐壓和耐腐蝕的性質(zhì)[2]。
2) 在取壓口附近的導(dǎo)壓管,應(yīng)與取壓口垂直,管口應(yīng)與管壁平齊,并不能有毛刺。
3) 導(dǎo)壓管的粗細、長短應(yīng)選用恰當(dāng),防止測量時產(chǎn)生較大的滯后,一般內(nèi)徑為 6 ~ 10 mm,長度在滿足測量要求的前提下,敷設(shè)路徑要盡量短,且不易大于 15 m。
4) 導(dǎo)壓管的水平段應(yīng)保持一定的坡度,并且這個坡度一般稍大于動力管道坡度,根據(jù)不同介質(zhì)可以按照 1∶ 10 - 1∶ 100 的坡度進行敷設(shè)。導(dǎo)壓管傾斜的方向必須保證產(chǎn)生的氣體、液體能夠順利排出[3]。當(dāng)不能滿足要求時,需要在管路集氣處安裝排氣裝置,集液處安裝排液裝置。
5) 當(dāng)被測介質(zhì)易凍、易結(jié)晶、易氣化、易凝結(jié)時,或者環(huán)境溫度較高、較低時,應(yīng)考慮伴熱或者隔熱措施。
2. 3 壓力變送器的位置
壓力變送器的安裝位置,應(yīng)充分考慮被測介質(zhì)的特性,一般情況下:
1) 當(dāng)測量氣體壓力時,應(yīng)優(yōu)先選擇變送器高于取壓點的安裝方案,這樣可以使導(dǎo)壓管內(nèi)的冷凝液回流至工藝管道,否則需要設(shè)置分離器,及時排出導(dǎo)壓管內(nèi)產(chǎn)生的凝液,如圖 4 所示。
2) 當(dāng)測量液體壓力時,應(yīng)優(yōu)先選擇變送器低于取壓點的安裝方案,這樣可以保證導(dǎo)壓管內(nèi)不易集氣體,否則需要在導(dǎo)壓管的#高處增加排氣閥,或者設(shè)置集氣器,如圖 5 所示。
3) 當(dāng)測蒸汽時,應(yīng)優(yōu)先選擇變送器低于取壓點的安裝方 案,這樣可以保證導(dǎo)壓管內(nèi)不易集氣體,另外還需要在導(dǎo)壓管#高處增加冷凝管,以避免蒸汽高溫對壓力變送器膜片造成的 損害,如圖 6 所示
3 低溫液體測壓力
在石油化工裝置中,存在大量測量低溫液體壓力、流量的場合[4],在測低溫流量時使用節(jié)流裝置,本質(zhì)也是測量液體壓力[5]。
在某石化裝置中,存在測量低溫液體乙烯壓力或者差壓式流量的工況。乙烯臨界溫度較低,僅為 9. 2℃,低于臨界溫度較低測量,壓力變送器低于取壓點的方式測量,導(dǎo)壓管內(nèi)充滿液體,把液體部分產(chǎn)生的壓力遷移,符合安裝要求。當(dāng)環(huán)境溫度大于 9. 2℃時,導(dǎo)壓管內(nèi)的液態(tài)乙烯氣化,在導(dǎo)壓管內(nèi)形成氣相空間,由于變送器位置低于取壓點,氣化后的介質(zhì)流回工藝管道,由于環(huán)境溫度不是固定溫度,導(dǎo)致測量介質(zhì)壓力誤差過大,甚至無法測得有效的測量值。
3. 1 測量方案調(diào)整
針對低溫液體乙烯的壓力測量,采取將液體乙烯氣化后,使導(dǎo)壓管內(nèi)液體的位置相對固定,氣相的壓力近似介質(zhì)的壓力,通過測量氣體乙烯的壓力實現(xiàn)測量液體乙烯的壓力。
其實現(xiàn)方法為: 延長導(dǎo)壓管水平段長度,讓液體乙烯充分
吸收環(huán)境的熱量( 當(dāng)環(huán)境溫度低于臨界溫度時,采用蒸汽伴熱
或者電伴熱方式提供熱量) ,然后氣化,低溫液體乙烯充分氣化
后,使導(dǎo)壓管內(nèi)充滿氣相介質(zhì)。由于導(dǎo)壓管是聯(lián)通不間斷的,
介質(zhì)的氣相壓力和導(dǎo)壓管內(nèi)的壓力幾乎相等,這樣就實現(xiàn)了通
過測量介質(zhì)的氣相壓力來實現(xiàn)測量管線內(nèi)介質(zhì)壓力的目的。
要實現(xiàn)這種測壓方案,關(guān)鍵是要控制好介質(zhì)氣化后形成的氣液兩相的界面位置,盡量避免導(dǎo)壓管內(nèi)液柱的高度變化對測量準確性造成的影響。
因此針對這種方案,在取壓口選擇、導(dǎo)壓管安裝和變送器位置的選擇上都要做一定的修改。
3. 2 方案分析
為了對方案可行性進行分析,現(xiàn)假設(shè)條件如下:
1) 介質(zhì)保冷,至導(dǎo)壓管水平段。
2) 取壓點到導(dǎo)壓管水平段都為液態(tài)。
3) 介質(zhì)在導(dǎo)壓管水平段完全氣化。
4) 導(dǎo)壓管水平段到變送器的垂直管內(nèi)為氣態(tài)。
設(shè)取壓點到導(dǎo)壓管水平段距離為: L; 取壓點與管道水平中心線夾角為: θ; 液態(tài)乙烯密度: ρ1 ; 工藝管道內(nèi)介質(zhì)壓力為 P0,變送器測得壓力為 P1,則
(1) 當(dāng)取壓口在管道水平中心線上方時,如圖 7 所示,變送器實際測量壓力應(yīng)為: P1 = P0 - ρ1 * g* L* sinθ。
(2) 當(dāng)取壓點在管道水平中心線下方時,如圖 8 所示,變送器實際測量壓力應(yīng)為: P1 = P0 + ρ1 * g* L* sinθ。
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為了保證變送器測得壓力與工藝管道內(nèi)介質(zhì)壓力相同,即 P1 = P0,那么需要使 θ 盡可能的小,理想狀態(tài)時 θ 為 0°,即取壓口方向與管道中心水平線方向一致。
但是當(dāng) θ 為 0°時,會使得在取壓口附近存在氣液兩相的情況,為了保證能夠?qū)饣蟮臍怏w封存在導(dǎo)壓管內(nèi),同時又避免導(dǎo)壓管內(nèi)液柱變化太大,影響其測量準確性,所以取 θ 為 5 ~ 10°。
3. 3 安裝方案調(diào)整
3. 3. 1 取壓口的選擇
取壓口方向與管道水平中心線方向的夾角為 5° ~ 10°,把氣化后的氣體封住在導(dǎo)壓管里,又盡量避免導(dǎo)壓管里的液柱變化太大,影響測量準確性。
3. 3. 2 導(dǎo)壓管的安裝
為了滿足方案的假設(shè)條件,需要對導(dǎo)壓管進行特殊處理。
(1) 從取壓點至導(dǎo)壓管水平段,已經(jīng)導(dǎo)壓管水平段 300 mm 處,需要作保冷處理,使介質(zhì)處于液體狀態(tài)。
(2) 導(dǎo)壓管水平段距離要足夠長,至少 2000 mm,保證介質(zhì)在該處能夠完全氣化,并有一定的氣相空間,避免導(dǎo)壓管垂直段存在液相的情況。
(3) 考慮到項目所在地冬天氣溫較低,低于乙烯的臨界溫度,因此在導(dǎo)壓管水平段至壓力變送器之間要進行伴熱處理,使這段距離內(nèi)的介質(zhì)處于氣相狀態(tài)。
3. 3. 3 壓力變送器的安裝
測量低溫乙烯壓力其實是測量氣化后的氣體壓力,變送器的位置應(yīng)高于引壓閥。這樣避免液相流向壓力變送器,保證壓力變送器不要損壞。
調(diào)整后的安裝方案,如圖 9 所示。
4 小結(jié)
本文通過分析測量壓力參數(shù)時的影響因素,結(jié)合實際生產(chǎn)情況,給出了一種測量低溫液體壓力儀表的安裝方法,利用該方法,彌補了傳統(tǒng)測壓方式的不足,同時也很好的解決了實際生產(chǎn)需要問題。