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差压变送器在界面测量中的运用
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差压变送器在界面测量中的运用

时间:2015-08-29

     石油、化工、医药等行业中经常使用各种塔、槽、罐、反应釜等容器来储存生产过程中使用的反应物、采集物和生成物,这类介质通常没有固定的形态(一般多为气体或液体等流体),也经常是多种介质的混合物,其中,不相溶的流体混合物在容器中通常会以分层形式存在,要了解混合物组成情况、对生产过程进行精确控制,需要测量分层流体的分界面位置。但由于这些容器通常为封闭容器,其中的化工物料也通常具有毒性、腐蚀性或具有较高的危险性(如易燃易爆等),有些对储存环境也有严格的要求,借助常用工具对分界面进行人工测量显然是不现实的。h2J压力变送器_差压变送器_液位变送器_温度变送器

1 现状调查h2J压力变送器_差压变送器_液位变送器_温度变送器
    目前,测量这类容器内介质的分界面的一般方法是采用磁浮式液位计,使用密度位于上层流体密度和下层流体密度之间的浮子,使得浮子漂浮在分界面处,通过测量浮子位置得到各分界面位置。这种测量方法要求分界面上下介质的密度差异h2J压力变送器_差压变送器_液位变送器_温度变送器
大、介质洁净,对浮子材质要求也较高(介质通常具有较强的腐蚀性),为便于测量浮子体积不能太小。这种测量方法通常采用顶装式安装,而这种方式非常大的特点就是对其日常维护极为不便。在设备运行时,对于容器内分界面上下介质密度差异较小、介质特性复杂(如具有强腐蚀性等)时,磁浮式液位计正好会出现各种问题,在实际生产中经常出现测量不正常时不能维修的情况。因此这种测量方法在生产中形同虚设,不但不能给生产带来方便,还给仪表维护单位增加不少工作,甚至可能会给工艺造成误操作。
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    另外一个对分界面的测量方法是采用雷达液位计,通过识别各分界面处反射的雷达波来测定分界面位置。此测量方法要求分界面上下介质的介电常数差异大,在雷达液位计安装完毕后须通过其App对雷达液位计进行滤波调试,对于分界面上下介电常数差异小的介质调试很难成功。对于具有腐蚀性的介质界面测量,雷达液位计还须选用防腐性雷达液位计。可见,对于分界面的测量(特别是对介质介电常数差异小或具有腐蚀性介质),采用雷达液位计不但投资大,而且存在调试不成功而不能测量的风险。h2J压力变送器_差压变送器_液位变送器_温度变送器

    综上所述,大家可以看出以上两种对于容器内界面的测量方法,在实际的生产过程中均各自存在较大的弊端。对于容器内分界面的测量,两种测量方法对于介质的要求都非常苛刻,且具有投资大和有不能正常测量风险存在的特点。对于存在于容器内的两种介质密度差异小、介电常数相差小、腐蚀性强的分界面测量,采用上述两种常规的直接测量方法很难达到真正的测量目的。在实际生产中大家应用目前自动化行业的先进技术通过多次实验,针对现场特定条件提出了一种通过差压变送器测量上下界面压差,间接测量容器内界面的方法。在实际的生产测量中在我单位已广泛使用,深受使用单位的欢迎。h2J压力变送器_差压变送器_液位变送器_温度变送器

2 工作原理h2J压力变送器_差压变送器_液位变送器_温度变送器
2.1 原理及方法
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    针对现有技术的缺点,根据物理力学理论基础,结合现场工艺的特殊性,提出了对充满容器内两介质分界面测量的新思路。即通过差压变送器对容器内界面上下固定两点间压差的测量,再利用目前控制系统(DCS或PLC等)的可编程技术,计算出容器内分界面的具体位置。根据力学有所不同大家知道:界面上下介质密度的不同,如果分界面上下介质在固定区间内所占比例不同,区间内的压差值则不同,且存在一定的数学关系。经过推理和不断实践,大家实现了对存在于容器内的两种介质密度差异小、介电常数相差小、腐蚀性强、测量精度要求高、工艺介质特性复杂的分界面测量。h2J压力变送器_差压变送器_液位变送器_温度变送器

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2.2 原理图标注说明h2J压力变送器_差压变送器_液位变送器_温度变送器
1:容器;h2J压力变送器_差压变送器_液位变送器_温度变送器
2:容器内介质1,密度为ρ1;h2J压力变送器_差压变送器_液位变送器_温度变送器
3:容器内介质2,密度为ρ2;h2J压力变送器_差压变送器_液位变送器_温度变送器
4:容器上部取压口(变送器负压);h2J压力变送器_差压变送器_液位变送器_温度变送器
5:容器下部取压口(变送器正压);h2J压力变送器_差压变送器_液位变送器_温度变送器
6:差压变送器(法兰式);h2J压力变送器_差压变送器_液位变送器_温度变送器
7:容器上部进料口;h2J压力变送器_差压变送器_液位变送器_温度变送器
8:容器下部进料口;h2J压力变送器_差压变送器_液位变送器_温度变送器
9:容器上部出料口;h2J压力变送器_差压变送器_液位变送器_温度变送器
10:容器下部出料口;h2J压力变送器_差压变送器_液位变送器_温度变送器
H:变送器正、负取压口间距(固定距离);h2J压力变送器_差压变送器_液位变送器_温度变送器
h1:容器上部取压口距界面距离;h2J压力变送器_差压变送器_液位变送器_温度变送器
h2:容器下部取压口距界面距离。h2J压力变送器_差压变送器_液位变送器_温度变送器
注:图中容器内横线表示界面以上介质、斜线表示界面以下介质。
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3 技术方案h2J压力变送器_差压变送器_液位变送器_温度变送器

为实现上述目的,采用如下技术方案:h2J压力变送器_差压变送器_液位变送器_温度变送器
差压变送器的选用及安装调试h2J压力变送器_差压变送器_液位变送器_温度变送器
差压变送器的此装置中的作用是:在生产过程中检测出容器正、负取压口间的压差值。在这种特殊条件下差压变送器非常好选用法兰式智能差压变送器,以避免其负压带来其它外界干扰因素。变送器的安装方式为法兰连接,变送器的量程非常好设置为ρ2gH(单位为Pa)。变送器的标定方法是:按原理图在容器上安装后,在变送器正负压受力为零的条件下,通过手操器(带HART协议功能)对其零位和量程进行设定,主要目的是迁移变送器毛细管内硅油给其负压室带来的固定压力。
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主要计算设备先容及实现方法h2J压力变送器_差压变送器_液位变送器_温度变送器

    根据各单位实际情况可采用集散控制系统(DistributedControl System)或可编程逻辑控制器PLC(ProgrammableLogic Controller)采集现场变送器输出信号(4~20mA)。利用系统的可编程功能可计算出容器内介面的具体位置。由原理图可得已知条件:差压变送器测量的容器上下差压Δ Pa、变送器正负压间距离H、分界面上层介质2的密度ρ1、分界面下层介质3的密度ρ2。由原理图不难得出如下公式:h2J压力变送器_差压变送器_液位变送器_温度变送器

Δ Pa=ρ1gh1+ρ2gh2 (1)h2J压力变送器_差压变送器_液位变送器_温度变送器

由原理图可知:H=h1+h2 (2)h2J压力变送器_差压变送器_液位变送器_温度变送器

由式(1)、式(2)得:h2J压力变送器_差压变送器_液位变送器_温度变送器

Δ Pa=ρ1g(H-h2)+ρ2gh2=ρ1gH+gh2(ρ2-ρ1)h2J压力变送器_差压变送器_液位变送器_温度变送器

H变送器正负压间距离;h2J压力变送器_差压变送器_液位变送器_温度变送器
ρ1表示分界面上介质密度;h2J压力变送器_差压变送器_液位变送器_温度变送器
ρ2表示分界面下介质密度;h2J压力变送器_差压变送器_液位变送器_温度变送器
h1表示分界面上介质离界面高度;h2J压力变送器_差压变送器_液位变送器_温度变送器
h2表示分界面高度;h2J压力变送器_差压变送器_液位变送器_温度变送器
g为当地重力加速度常数。
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由此可见,计算设备根据固定值H和 Δ Pa代入上下介质密度ρ1及ρ2计算,得出分界面高度h2。h2J压力变送器_差压变送器_液位变送器_温度变送器

此外,当被测介质具有较强腐蚀性时,在差压变送器应采用相对应的防腐双法兰差压变送器。就能够有效地解决该装置的抗腐蚀问题。对于测量要求高低用户可自由选用不同档次的变送器。h2J压力变送器_差压变送器_液位变送器_温度变送器

4 效 果h2J压力变送器_差压变送器_液位变送器_温度变送器
    本方案测量原理简单、计算速度快、易于实现且对高度、体积和/或重量数据均可进行监控,可以根据工艺要求对容器内的两种液体介质进行方便的监控,从而对容器内的界面、液位进行有效的控制。
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