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概述

    在我廠(chǎng)乙炔裝置生產(chǎn)中，乙炔氣柜、裂解氣氣柜是整個(gè)乙炔裝置生產(chǎn)工藝的重要組成部分，氣柜液位的測(cè)量帶有高低連鎖，是生產(chǎn)自動(dòng)化控制中的重要環(huán)節(jié)。氣柜液位計(jì)的測(cè)量穩(wěn)定，關(guān)系后系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定，是一個(gè)關(guān)鍵的測(cè)量參數(shù)。

 

1、原液位測(cè)量方式

    我廠(chǎng)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(jí)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(cè)量方法原采用的鋼帶式液位變送器來(lái)測(cè)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(dòng)機(jī)構(gòu)、變送器三部分。液位計(jì)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(guò)導(dǎo)軌與液位計(jì)連接。隨著氣柜的升降，鐘罩帶動(dòng)鋼帶，鋼帶的移動(dòng)帶動(dòng)了液位計(jì)中的位移傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，其中的傳動(dòng)齒輪將液位變化通過(guò)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(cè)得氣柜液位。

 

鋼帶式液位計(jì)存在的問(wèn)題：

（1） 液位計(jì)隨著液位升降，鋼帶反復(fù)拉動(dòng)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(dòng)，致使液位計(jì)成為乙炔、裂解氣柜正常工作的隱患。

（2） 液位計(jì)鋼帶導(dǎo)管（鋼管） 突出空中過(guò)高，夏季雷雨期易成為雷擊點(diǎn)，容易被雷擊。

（3） 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)經(jīng)常卡澀。

（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(jì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，采用的VAREC產(chǎn)品，備件周期長(zhǎng)，價(jià)格昂貴，成本高。

 

針對(duì)以上問(wèn)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(wèn)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(xiàn)，可以達(dá)到避雷效果。

（3） 經(jīng)常派人使用、扭動(dòng)復(fù)位裝置，并加油潤(rùn)滑。

（4） 鋼繩卡死后，聯(lián)系大吊車(chē)，已經(jīng)處理了3次，大吊車(chē)費(fèi)用比較高。

（5） 產(chǎn)品更換，用國(guó)產(chǎn)的相近代替，但是使用半年后出現(xiàn)上述第1項(xiàng)問(wèn)題。

 

    乙炔氣柜、裂解氣氣柜是整個(gè)乙炔裝置生產(chǎn)工藝的重要組成部分，氣柜液位的測(cè)量帶有高低連鎖，是生產(chǎn)自動(dòng)化控制中的重要環(huán)節(jié)。鑒于以上原因，我們對(duì)液位計(jì)進(jìn)行改型，采用了單法蘭隔膜差壓變送器來(lái)測(cè)量。

 

 

2 現(xiàn)液位測(cè)量方式

2.1 差壓變送器工作原理

     來(lái)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(guò)膜片內(nèi)的密封液（一般為硅油） 傳導(dǎo)至測(cè)量元件上，測(cè)量元件將測(cè)得的差壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為與之對(duì)應(yīng)的電信號(hào)傳遞給轉(zhuǎn)換器，經(jīng)過(guò)放大等處理變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)電信號(hào)（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(cè)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(chēng)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(diǎn)：(1)液體對(duì)容器底和壁都有壓強(qiáng)，(2)液體內(nèi)部向各個(gè)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(gè)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(jì)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(diǎn)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(wú)關(guān)。根據(jù)帕斯卡定律：液體的流動(dòng)性，加在密閉液體任一部分的壓強(qiáng)，必然按其原來(lái)的大小，由液體向各個(gè)方向傳遞。則液體某一點(diǎn)壓力的公式是P=P0+，P0 為容器內(nèi)壓力，ρgh 為液體壓力。對(duì)于已知的液位，ρ、g為常數(shù)，P0不變，該點(diǎn)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(diǎn)，A、B點(diǎn)為同一深度，C點(diǎn)比A、B點(diǎn)深度要深，則三點(diǎn)的壓力關(guān)系：A點(diǎn)壓力PA＝B點(diǎn)壓力PB，C點(diǎn)壓力PC＞A點(diǎn)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(lái)推算出液體的高度，這就是應(yīng)用差壓變送器來(lái)測(cè)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(chǎng)有些液體介質(zhì)存在有毒、有害、易燃、易爆、易腐蝕等對(duì)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(mǎn)硅油。測(cè)量液位的隔膜差壓變送器類(lèi)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(cè)量液位多數(shù)采用單法蘭隔膜差壓變送器來(lái)測(cè)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(shí)際液位在零液位時(shí)，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(shí)，

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(shí)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(dòng)。

 

     為了進(jìn)一步了解毛細(xì)管內(nèi)硅油壓力的作用，做一個(gè)這樣的實(shí)驗(yàn)：?jiǎn)畏ㄌm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(cè)變送器的輸出。實(shí)驗(yàn)者手舉單法蘭上下移動(dòng)，差壓變送器輸出電流也跟著變化。這一實(shí)驗(yàn)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(méi)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(shí)驗(yàn)，目前我廠(chǎng)采用單法蘭隔膜差壓變送器來(lái)測(cè)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(jí)檢修平臺(tái)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(cè)得氣柜液位。

 

這里可能大家需要了解下相關(guān)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(gè)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(chǎng)氣柜液位測(cè)量高度為18米，則測(cè)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(shí)，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(shí)，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(diǎn)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(cè)量范圍：-82.026～82.026kPa。