本文中心思想是：雙法蘭差壓液位計(jì)是化工裝置中較為普遍使用的液位變送器之一，但在實(shí)際應(yīng)用中卻因測(cè)量有誤差等問(wèn)題影響了生產(chǎn)的正常安全運(yùn)行。通過(guò)對(duì)雙法蘭液位計(jì)原理進(jìn)行分析，從雙法蘭液位計(jì)的現(xiàn)場(chǎng)安裝及裝置試運(yùn)行后發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題入手，對(duì)可能影響雙法蘭液位計(jì)測(cè)量精度的因素分別討論分析，提出了多種解決方案。并根據(jù)問(wèn)題解決效率及可行性等方面的考慮，較終選定較為合理的解決方案。進(jìn)一步提出雙法蘭液位計(jì)在設(shè)計(jì)選型過(guò)程中可能對(duì)實(shí)際安裝或生產(chǎn)帶來(lái)的影響。

差壓液位計(jì)在石油、化工、冶金、電力、食品、醫(yī)藥等工業(yè)生產(chǎn)中被廣泛使用，通過(guò)檢測(cè)液體表壓并將測(cè)量信號(hào)轉(zhuǎn)化為4~20mADC輸出信號(hào)來(lái)反應(yīng)液位高度。在生產(chǎn)裝置中，對(duì)各反應(yīng)器、精餾塔、容器、儲(chǔ)罐等的液位測(cè)量極為關(guān)鍵。差壓液位計(jì)由于其精度較高、穩(wěn)定性好、易實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)傳、量程、零點(diǎn)外部連續(xù)可調(diào)，因此在化工裝置中是較為成熟的液位測(cè)量變送器之一。尤其以雙法蘭差壓液位計(jì)，因安裝便捷、對(duì)介質(zhì)的清潔度要求較低、適用性強(qiáng)等特點(diǎn)[1]，在化工生產(chǎn)中被廣泛使用。

本文通過(guò)對(duì)雙法蘭液位計(jì)測(cè)量原理和零點(diǎn)遷移問(wèn)題的展開(kāi)，以其在化工裝置安裝及運(yùn)用中產(chǎn)生的問(wèn)題為例，提出了解決問(wèn)題的優(yōu)化方案，根據(jù)解決過(guò)程中對(duì)問(wèn)題的分析及較終的優(yōu)化方案，總結(jié)了應(yīng)用雙法蘭差壓液位計(jì)需注意的事項(xiàng)。

1雙法蘭液位計(jì)測(cè)量原理及遷移

1.1測(cè)量原理

雙法蘭液位計(jì)主要用于密閉受壓容器的液位測(cè)量，其測(cè)量安裝方式如圖1所示。變送器的法蘭直接與容器上的法蘭連接，作為敏感元件的測(cè)量頭經(jīng)毛細(xì)管與變送器的測(cè)量室相連通，在膜盒、毛細(xì)管和測(cè)量室所組成的封閉系統(tǒng)內(nèi)充有硅油，作為傳壓介質(zhì)，起到變送器與被測(cè)介質(zhì)隔離的作用。

雙法蘭液位計(jì)在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，膜盒受到介質(zhì)施加的壓力從而產(chǎn)生位移，通過(guò)隔離液將測(cè)得的壓力傳送給變送器。該壓力會(huì)使壓力變送器內(nèi)的傳感膜片發(fā)生位移，位移量與測(cè)量壓力成正比，再將位移量信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的4~20mA輸出信號(hào)。

1.2遷移計(jì)算

在實(shí)際采用雙法蘭液位計(jì)進(jìn)行液位測(cè)量時(shí)，往往無(wú)法滿足雙法蘭變送器的正、負(fù)壓室與取壓點(diǎn)在同一水平面上。因此需要對(duì)雙法蘭液位計(jì)進(jìn)行遷移操作。這里根據(jù)雙法蘭液位計(jì)相對(duì)于容器的安裝位置，對(duì)雙法蘭變送器的量程及遷移量分三種情況進(jìn)行討論。

1.2.1雙法蘭液位計(jì)安裝于正壓側(cè)下方

當(dāng)雙法蘭變送器安裝在容器較低端法蘭水平線以下時(shí)，安裝位置如圖2所示。

假設(shè)工藝介質(zhì)的密度為ρ，雙法蘭液位計(jì)毛細(xì)管內(nèi)填充液的密度為ρ0，以及密閉容器中工藝介質(zhì)上

方的壓力為p0。故變送器的量程為：

1.2.2雙法蘭液位計(jì)安裝于正負(fù)壓側(cè)之間

當(dāng)變送器安裝在容器的正負(fù)壓側(cè)之間時(shí)，安裝位置如圖3所示。

1.2.3雙法蘭液位計(jì)安裝于負(fù)壓側(cè)上方

當(dāng)變送器安裝在容器的負(fù)壓側(cè)上時(shí)，安裝位置如圖4所示。

此時(shí)變送器的量程仍為：

根據(jù)上述計(jì)算，可發(fā)現(xiàn)公式（2）、（4）、（6）結(jié)果均相等。可見(jiàn)雙法蘭變送器不同于差壓變送器，其量程和零點(diǎn)遷移量是固定的[3]。

1.3遷移方法

1.3.1根據(jù)計(jì)算公式遷移

根據(jù)工藝提供的參數(shù)，可以得到介質(zhì)的密度等數(shù)據(jù)，通過(guò)上述公式計(jì)算得出遷移的數(shù)值進(jìn)行設(shè)置。

1.3.2現(xiàn)場(chǎng)安裝后零點(diǎn)遷移

零點(diǎn)遷移，即通過(guò)遷移彈簧改變雙法蘭變送器的零點(diǎn)，使得被測(cè)液體為零時(shí)，變送器的輸出為起始值（4mA）。首先，測(cè)量出設(shè)備正負(fù)取壓點(diǎn)的實(shí)際高度差，根據(jù)液體密度算出較大差壓值，根據(jù)該差壓值設(shè)定變送器的量程。將正壓側(cè)頭道閥關(guān)閉，打開(kāi)排放閥。通過(guò)475通訊器現(xiàn)場(chǎng)將此時(shí)的液位設(shè)定在零點(diǎn)。

方法一偏理論計(jì)算，在實(shí)際運(yùn)用中往往因?yàn)楣に噮?shù)（如法蘭開(kāi)口位置等）與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況有所出入，導(dǎo)致存在一定誤差。而方法二根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行遷移設(shè)定，誤差較小。

2安裝問(wèn)題分析及解決方案

2.1安裝問(wèn)題分析

在某化工裝置的罐區(qū)和主反應(yīng)器上，均采用了雙法蘭液位計(jì)進(jìn)行液位測(cè)量。但在安裝過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，由于現(xiàn)場(chǎng)容器的實(shí)際法蘭開(kāi)口位置變化或受平臺(tái)影響，出現(xiàn)多個(gè)液位計(jì)負(fù)壓側(cè)法蘭毛細(xì)管設(shè)計(jì)長(zhǎng)度過(guò)短而導(dǎo)致變送器無(wú)法安裝的情況。考慮到項(xiàng)目開(kāi)車(chē)在即，重新選型采購(gòu)儀表需要一定的周期，無(wú)法立刻滿足生產(chǎn)要求，且不利于工程項(xiàng)目成本控制，因此需要對(duì)原有的安裝方案進(jìn)行調(diào)整。

2.2解決方案

根據(jù)上述分析，可通過(guò)適當(dāng)調(diào)整變送器安裝位置來(lái)解決該問(wèn)題。但若變送器安裝位置超出正壓側(cè)一定高度，會(huì)引起負(fù)壓側(cè)上承受負(fù)的落差壓，長(zhǎng)期運(yùn)行易導(dǎo)致負(fù)壓側(cè)損壞

[4]，因此通過(guò)計(jì)算得出該型號(hào)變送器的一個(gè)合理安裝范圍。在變送器推薦的安裝范圍之內(nèi)有檢修平臺(tái)或可以安裝變送器的空間，則可以將變送器移至該高度重新安裝，不會(huì)造成變送器的損壞。具體調(diào)整方案如下：

（1）對(duì)于罐區(qū)的雙法蘭液位計(jì)，由于儲(chǔ)罐均設(shè)有檢修平臺(tái)，可將變送器移至合適的平臺(tái)安裝。

（2）對(duì)于框架內(nèi)主反應(yīng)器上的雙法蘭液位計(jì)，由于框架層高較高，若將變送器調(diào)整至框架中的上一層，則所需遷移量超出了變送器本身量程的上下限，無(wú)法進(jìn)行遷移操作。因此可選取靠近反應(yīng)器正壓側(cè)的框架樓層，在反應(yīng)器周?chē)目蚣芑A(chǔ)上搭設(shè)固定的鋼結(jié)構(gòu)平臺(tái)用于放置變送器，再搭設(shè)配套樓梯供操作人員日常檢修使用。但該方案受到現(xiàn)場(chǎng)情況的制約，部分框架內(nèi)的管道及儀表設(shè)備十分緊湊，沒(méi)法提供足夠的空間增加平臺(tái)和樓梯。即使搭設(shè)了鋼結(jié)構(gòu)平臺(tái)樓梯，也會(huì)影響到日后的檢修通道。

（3）部分無(wú)法增設(shè)平臺(tái)的變送器可采用從反應(yīng)器負(fù)壓側(cè)引下管線的方法安裝。考慮到該反應(yīng)器在正常工況下不會(huì)滿罐，因此從反應(yīng)器頂部的負(fù)壓側(cè)B引出一段向下的管線，并在適當(dāng)位置A重新開(kāi)口接出法蘭與變送器連接，管線的末端可連至催化劑回收管線或排空。調(diào)整方案如圖5所示。

由圖5可見(jiàn)，原本應(yīng)連接在B處的變送器負(fù)壓側(cè)改為連接至同一管線上的A法蘭處，上、下法蘭間長(zhǎng)度縮短可確保變送器順利安裝。根據(jù)連通器原理，在同一管線上的氣壓處處相等。雖然變送器膜片法蘭安裝由平裝變?yōu)閭?cè)裝以及氣體的重力勢(shì)能因素會(huì)導(dǎo)致一部分誤差，但A處與B處的壓力基本可作為相等。

該方案中將變送器負(fù)壓側(cè)安裝在A處只會(huì)給測(cè)量帶來(lái)極小的誤差，不僅經(jīng)濟(jì)快捷，而且改動(dòng)較小，可行性高。

3應(yīng)用實(shí)例分析及優(yōu)化方案

雙法蘭液位計(jì)是差壓變送器的一種，但相較于配導(dǎo)壓管的差壓變送器，雙法蘭液位計(jì)在工廠的實(shí)際應(yīng)用中有諸多優(yōu)點(diǎn)。以下以某化工裝置為例進(jìn)行分析。

3.1應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

通常化工裝置中使用配導(dǎo)壓管的差壓變送器進(jìn)行液位測(cè)量及控制較為普遍，在該化工裝置中的丁醇精餾塔上也用了普通的差壓液位計(jì)。設(shè)計(jì)之初，考慮到該精餾塔內(nèi)不存在高壓、高溫、顆粒狀介質(zhì)等狀況，因此未在差壓液位計(jì)的正、負(fù)壓室后設(shè)計(jì)隔離罐。在投料試車(chē)熱運(yùn)行階段發(fā)現(xiàn)負(fù)壓側(cè)常出現(xiàn)積液情況。經(jīng)過(guò)分析，認(rèn)為造成問(wèn)題的原因?yàn)樗䞍?nèi)蒸出餾分會(huì)帶有一定水分，這些水分在負(fù)壓側(cè)遇冷，又無(wú)法通過(guò)壓差吸回塔內(nèi)，因此形成凝液積攢在負(fù)壓側(cè)。這導(dǎo)致變送器產(chǎn)生虛假高液位，需頻繁人工打開(kāi)導(dǎo)淋閥排放凝液，給生產(chǎn)造成一定不便，帶來(lái)不安全因素。

為了解決該問(wèn)題，后期只能采用諸如增加伴熱，隔離罐等方法解決。若采用雙法蘭液位計(jì)，變送器與被測(cè)設(shè)備之間使用毛細(xì)管連接，就能很好地避免該問(wèn)題的發(fā)生。并且由于毛細(xì)管與變送器形成了密封系統(tǒng)，相較于差壓式變送器還可以有效地消除導(dǎo)壓管可能產(chǎn)生的工藝介質(zhì)泄露，也可免去頻繁向與差壓變送器配套的隔離罐中補(bǔ)充隔離液的繁瑣。

3.2問(wèn)題實(shí)例分析及方案優(yōu)化

在該化工裝置試運(yùn)行期間，發(fā)現(xiàn)雙法蘭液位計(jì)與現(xiàn)場(chǎng)磁翻板液位計(jì)存在15%左右的測(cè)量誤差。在對(duì)現(xiàn)場(chǎng)磁翻板進(jìn)行檢查及通過(guò)前后工藝參數(shù)進(jìn)行計(jì)算后，初步判斷為雙法蘭液位計(jì)讀數(shù)有誤差。故障原因分析過(guò)程如下：

（1）測(cè)量法蘭問(wèn)題：對(duì)變送器法蘭膜盒進(jìn)行外觀檢查，判斷是否存在膜盒凸起等損壞情況。若膜盒因處于過(guò)壓環(huán)境而出現(xiàn)表面凹凸不平，則極有可能造成變送器測(cè)量誤差甚至損壞。

（2）變送器故障：將兩片法蘭置于同一水平面上，檢查變送器讀數(shù)是否為0，判斷是否存在變送器故障。

（3）變送器設(shè)置問(wèn)題：使用475通訊器對(duì)變送器進(jìn)行通訊，檢查變送器的參數(shù)是否有誤，尤其是零點(diǎn)以及量程設(shè)置是否正確。

（4）DCS組態(tài)設(shè)置：對(duì)DCS系統(tǒng)組態(tài)進(jìn)行檢查，確認(rèn)非系統(tǒng)運(yùn)行顯示故障或參數(shù)設(shè)置問(wèn)題。

（5）工藝問(wèn)題：判斷是否由于操作原因或工藝條件發(fā)生變化導(dǎo)致的誤差。

經(jīng)過(guò)對(duì)以上原因的反復(fù)檢查，排除了以上5條故障原因，考慮造成誤差的原因?yàn)殡p法蘭液位計(jì)毛細(xì)管引發(fā)的故障。

經(jīng)分析，雙法蘭液位計(jì)毛細(xì)管可能引發(fā)誤差的原因如下：

（1）毛細(xì)管外部受損導(dǎo)致充灌液泄漏

毛細(xì)管通常被固定在反應(yīng)器的外部，且本身材質(zhì)硬度不高，極易在使用過(guò)程中受外力沖力發(fā)生折斷、碎裂。因?yàn)槊?xì)管直徑較小，若出現(xiàn)折損現(xiàn)象不易察覺(jué)，導(dǎo)致毛細(xì)管中的充灌液泄露，使得雙法蘭變送器的測(cè)量出現(xiàn)誤差。

經(jīng)檢查，現(xiàn)場(chǎng)并未發(fā)現(xiàn)雙法蘭變送器毛細(xì)管出現(xiàn)明顯傷痕及泄漏。但為防止毛細(xì)管因風(fēng)產(chǎn)生振蕩或受到外部重物撞擊受損，應(yīng)將過(guò)長(zhǎng)的毛細(xì)管進(jìn)行捆綁并固定在反應(yīng)器上的金屬框架或支撐上，并用角鋼對(duì)其進(jìn)行保護(hù)。

（2）毛細(xì)管內(nèi)填充液特性

毛細(xì)管內(nèi)的填充液會(huì)隨溫度的變化而產(chǎn)生熱脹冷縮，因此填充液的物理特性與體積會(huì)影響雙法蘭變送器的性能。工藝過(guò)程溫度或環(huán)境溫度變化都會(huì)導(dǎo)致毛細(xì)管內(nèi)填充液的熱脹冷縮現(xiàn)象，填充體積發(fā)生變化，從而引起變送器測(cè)量系統(tǒng)內(nèi)部壓力的變化。因此，所選擇填充液的特性也會(huì)影響測(cè)量精度。

通常選用的填充液主要有甲基硅油（D.C.200）、氟油、鹵化烴、乙二醇與水等。填充液會(huì)隨溫度的變化而產(chǎn)生熱脹冷縮從而改變其體積大小，填充液特性之一的熱膨脹系數(shù)會(huì)決定其體積的變化量。因此選擇具有較小熱膨脹系數(shù)的填充液將大幅減少溫度所帶來(lái)的測(cè)量誤差。常用的幾種填充液物理特性見(jiàn)表1。

同時(shí)，若填充液體積越大，熱膨脹對(duì)測(cè)量產(chǎn)生的影響將會(huì)越大。因此需要對(duì)填充液的體積進(jìn)行控制。通過(guò)較大限度地減少毛細(xì)管的長(zhǎng)度和內(nèi)徑，使得填充液的體積盡可能地小，以避免因溫度變化產(chǎn)生的測(cè)量誤差。

在該項(xiàng)目中，雙法蘭變送器毛細(xì)管內(nèi)采用了甲基硅油作為充灌液。甲基硅油的密度是隨溫度產(chǎn)生變化的。考慮工地現(xiàn)場(chǎng)位于北方且試運(yùn)行期為1月份，夜間可能會(huì)出現(xiàn)-10℃以下的極端氣溫，因此毛細(xì)管中填充液的密度可能會(huì)產(chǎn)生變化。根據(jù)式（2），差壓值為-Hρ0g，當(dāng)極端溫度降至-10℃時(shí)，根據(jù)表1可知，甲基硅油的比重ρ0將會(huì)從1.07降至0.93，因此會(huì)產(chǎn)生13%左右的誤差。現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)HART475對(duì)該雙法蘭變送器將變送器重新校零后，誤差消失。

根據(jù)上述分析，環(huán)境溫度的變化會(huì)導(dǎo)致雙法蘭液位計(jì)的測(cè)量產(chǎn)生誤差。為了盡量降低這種極端低溫或極大溫差對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，采取了對(duì)雙法蘭液位計(jì)的毛細(xì)管增加保溫伴熱的措施，減少了毛細(xì)管內(nèi)充灌液受到環(huán)境溫度的影響。

3.3經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

雙法蘭液位計(jì)雖為普通常見(jiàn)的測(cè)量?jī)x表，但在安裝與實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中還是存在諸多問(wèn)題，通過(guò)對(duì)這些問(wèn)題的分析，得出今后在處理雙法蘭變送器時(shí)，需注意如下幾個(gè)方面：

（1）變送器適宜的安裝位置可以通過(guò)計(jì)算得出，但實(shí)際安裝情況下需要重新考慮場(chǎng)地、反應(yīng)器安裝位置及反應(yīng)塔上平臺(tái)位置等因素。根據(jù)實(shí)際情況選擇變送器的安裝位置時(shí)，盡可能使得變送器安裝在變送器正壓側(cè)下方位置，以保護(hù)膜頭不受損。

（2）當(dāng)測(cè)量容器放置在非格柵板鋪平臺(tái)的構(gòu)筑物上，需考慮上下法蘭的安裝問(wèn)題。應(yīng)預(yù)先留好足夠大的板面穿孔或利用容器與平臺(tái)的間隙，使得法蘭頭可以通過(guò)穿孔和間隙安裝到反應(yīng)器指定的法蘭接口上。

（3）毛細(xì)管需要進(jìn)行額外的保護(hù)，以免在操作過(guò)程中因外力受到損壞，通常應(yīng)將過(guò)長(zhǎng)的毛細(xì)管捆綁固定并采用角鋼進(jìn)行保護(hù)。

（4）工藝過(guò)程溫度及環(huán)境溫度的變化都有可能影響毛細(xì)管內(nèi)充灌液的密度，從而給測(cè)量帶來(lái)誤差。因此，當(dāng)工藝過(guò)程溫度及環(huán)境溫度過(guò)高或過(guò)低時(shí)，應(yīng)考慮毛細(xì)管內(nèi)充灌液的膨脹特性，若接液溫度過(guò)高而導(dǎo)致充灌液受熱膨脹超過(guò)一定極限后，會(huì)導(dǎo)致測(cè)量壓力值改變，產(chǎn)生巨大誤差。需要根據(jù)過(guò)程溫度選擇性質(zhì)合適的充灌液，并適當(dāng)?shù)卦黾颖馗魺岽胧?/p>

（5）當(dāng)測(cè)量罐內(nèi)是真空時(shí)[5]，由于充灌液中所含有的空氣會(huì)在真空?qǐng)龊现邪l(fā)生體積膨脹，這種體積膨脹會(huì)產(chǎn)生一個(gè)壓力值，這個(gè)壓力值作用在測(cè)量系統(tǒng)中即會(huì)導(dǎo)致差壓值產(chǎn)生誤差。此外，充灌液在負(fù)壓狀況下的沸點(diǎn)也會(huì)降低，若工藝溫度高于此沸點(diǎn)，部分充灌液氣化會(huì)產(chǎn)生氣化壓力，也可能產(chǎn)生測(cè)量誤差。因此，真空?qǐng)龊系碾p法蘭液位計(jì)與普通選型不同，需要重新考慮合適的毛細(xì)管充灌液、變送器結(jié)構(gòu)與安裝形式。

（6）變送器的響應(yīng)時(shí)間受變送器毛細(xì)管的內(nèi)直徑、填充液的黏度以及毛細(xì)管長(zhǎng)度三個(gè)因素影響。縮小毛細(xì)管的內(nèi)直徑、采用黏度較大的填充液、增加毛細(xì)管長(zhǎng)度會(huì)降低變送器的響應(yīng)時(shí)間，反之則會(huì)加快變送器的響應(yīng)時(shí)間。當(dāng)測(cè)量罐體較大且液位變化緩慢時(shí)響應(yīng)時(shí)間可以適當(dāng)較長(zhǎng)，而當(dāng)測(cè)量罐體積狹小或內(nèi)部反應(yīng)劇烈時(shí)，響應(yīng)時(shí)間應(yīng)盡量快速。根據(jù)所屬工況對(duì)變送器毛細(xì)管進(jìn)行選擇，確保該變送器的響應(yīng)時(shí)間可以滿足測(cè)量的需要。

4結(jié)束語(yǔ)

雙法蘭液位計(jì)雖為普通常見(jiàn)的測(cè)量?jī)x表，但如果對(duì)選型、安裝和應(yīng)用的一些關(guān)鍵因素考慮不周，在使用過(guò)程中仍會(huì)存在問(wèn)題。筆者認(rèn)為設(shè)計(jì)初期若能充分考慮到過(guò)程溫度、壓力、介質(zhì)和環(huán)境因素及安裝條件等可能給測(cè)量精度、穩(wěn)定運(yùn)行和使用壽命帶來(lái)影響的因素，尤其是可能產(chǎn)生的極端情況，就會(huì)避免一些在安裝和投用過(guò)程中可能產(chǎn)生的問(wèn)題，為裝置的安全、穩(wěn)定和長(zhǎng)周期運(yùn)行打下良好的基礎(chǔ)。

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