差壓變送器在界面測量中的運用

摘要:介紹了實際生產中對兩種混合液共存于同一 "罐容器體內分界面測量的簡單方法。兩種液體特點為密度非常接近、在生產中界面以上液體始終充滿罐體或處于某一位置之上。基于以上情況和差壓變送器的基本原理，可以根據差壓變送器對容器上下壓差的測量值的變化，應用目前自動化先進技術計算出混合介質界面的高度、體積或重量等。在實際運用中大多是采用變送器與分布式控制系統DCS(DistributedControlSystem)配合完成對界面的間接測量。此法已在我單位進行了大量運用，其特點是測量精度高、對工作環境和被測介質沒有太高要求、操作安全方便、易于安裝和維護，能有效解決現有技術中介質分界面測量困難的問題。
0前言
　　石油、化工、醫藥等行業中經常使用各種塔、槽、罐、反應釜等容器來儲存生產過程中使用的反應物、采集物和生成物，這類介質通常沒有固定的形態(一般多為氣體或液體等流體)，也經常是多種介質的混合物，其中，不相溶的流體混合物在容器中通常會以分層形式存在，要了解混合物組成情況、對生產過程進行控制，需要測量分層流體的分界面位置。但由于這些容器通常為封閉容器，其中的化工物料也通常具有毒性、腐蝕性或具有較高的危險性(如易燃易爆等)，有些對儲存環境也有嚴格的要求，借助常用工具對分界面進行人工測量顯然是不現實的。
1現狀調查
　　目前，測量這類容器內介質的分界面的一般方法是采用磁浮式液位計，使用密度位于上層流體密度和下層流體密度之間的浮子，使得浮子漂浮在分界面處，通過測量浮子位置得到各分界面位置。這種測量方法要求分界面上下介質的密度差異大、介質潔凈，對浮子材質要求也較高(介質通常具有較強的腐蝕性)，為便于測量浮子體積不能太小。這種測量方法通常采用頂裝式安裝，而這種方式最大的特點就是對其日常維護極為不便。在設備運行時，對于容器內分界面上下介質密度差異較小、介質特性復雜(如具有強腐蝕性等)時，磁浮式液位計正好會出現各種問題，在實際生產中經常出現測量不正常時不能維修的情況。因此這種測量方法在生產中形同虛設，不但不能給生產帶來方便，還給儀表維護單位增加不少工作，甚至可能會給工藝造成誤操作。
　　另外一個對分界面的測量方法是采用雷達液位計，通過識別各分界面處反射的雷達波來測定分界面位置。此測量方法要求分界面上下介質的介電常數差異大，在雷達液位計安裝完畢后須通過其軟件對雷達液位計進行濾波調試，對于分界面上下介電常數差異小的介質調試很難成功。對于具有腐蝕性的介質界面測量，雷達液位計還須選用防腐性雷達液位計。可見，對于分界面的測量(特別是對介質介電常數差異小或具有腐蝕性介質)，采用雷達液位計不但投資大，而且存在調試不成功而不能測量的風險。
　　綜上所述，我們可以看出以上兩種對于容器內界面的測量方法，在實際的生產過程中均各自存在較大的弊端。對于容器內分界面的測量，兩種測量方法對于介質的要求都非常苛刻，且具有投資大和有不能正常測量風險存在的特點。對于存在于容器內的兩種介質密度差異小、介電常數相差小、腐蝕性強的分界面測量，采用上述兩種常規的直接測量方法很難達到真正的測量目的。在實際生產中我們應用目前自動化行業的先進技術通過多次實驗，針對現場特定條件提出了一種通過差壓變送器測量上下界面壓差，間接測量容器內界面的方法。在實際的生產測量中在我單位已廣泛使用，深受使用單位的歡迎。
2.工作原理
2.1原理及方法
　　針對現有技術的缺點，根據物理力學理論基礎，結合現場工藝的特殊性，提出了對充滿容器內兩介質分界面測量的新思路。即通過差壓變送器對容器內界面上下固定兩點間壓差的測量，再利用目前控制系統(DCS或PLC等)的可編程技術，計算出容器內分界面的具體位置。根據力學有所不同我們知道:界面上下介質密度的不同，如果分界面上下介質在固定區間內所占比例不同，區間內的壓差值則不同，且存在一-定的數學 關系。經過推理和不斷實踐，我們實現了對存在于容器內的兩種介質密度差異小、介電常數相差小、腐蝕性強、測量精度要求高、工藝介質特性復雜的分界面測量。
 
2.2原理圖標注說明
1: 容器:
2: 容器內介質1，密度為ρ:
3:容器內介質2，密度為p:;
4:容器上部取壓口(變送器負壓);
5:容器下部取壓口(變送器正壓);
6:差壓變送器(法蘭式);
7:容器上部進料口:
8:容器下部進料口:
9:容器上部出料口:
10:容器下部出料口;
H:變送器正、負取壓口間距(固定距離);
h:容器上部取壓口距界面距離:
h2:容器下部取壓口距界面距離。
注:圖中容器內橫線表示界面以上介質、斜線表示界面以下介質。
3.技術方案
　　為實現上述目的，采用如下技術方案:
　　差壓變送器的選用及安裝調試
　　差壓變送器的此裝置中的作用是:在生產過程中檢測出容器正、負取壓口間的壓差值。在這種特殊條件下差壓變送器最好選用法蘭式智能差壓變送器，以避免其負壓帶來其它外界干擾因素。變送器的安裝方式為法蘭連接，變送器的量程最好設置為
　　P2gH (單位為Pa)。變送器的標定方法是:按原理圖在容器上安裝后，在變送器正負壓受力為零的條件下，通過手操器(帶HART協議功能)對其零位和量程進行設定，主要目的是遷移變送器毛細管內硅油給其負壓室帶來的固定壓力。
主要計算設備介紹及實現方法
　　根據各單位實際情況可采用集散控制系統(DistributedControl System) 或可編程邏輯控制器PLC (ProgrammableLogic Controller) 采集現場變送器輸出信號(4- 20mA)。利用系統的可編程功能可計算出容器內介面的具體位置。由原理圖可得已知條件:差壓變送器測量的容器上下差壓△Pa、變送器正負壓間距離H、分界面上層介質2的密度ρ、分界面下層介質3的密度p。由原理圖不難得出如下公式:
△Pa=p1gh1+p2gh2   (1)
由原理圖可知: H=h1+h2   (2)
由式(1)、式(2)得:
△Pa=p1g (H-h2) +p2gh2=ρ1gH+gh2 (P2-P1)
H變送器正負壓間距離:
Ρ1表示分界面上介質密度;
Ρ2表示分界面下介質密度;
h1表示分界面上介質離界面高度:.
h2表示分界面高度;
g為當地重力加速度常數。
　　由此可見，計算設備根據固定值H和△Pa代入上下介質密度ρ1及p2計算，得出分界面高度h2。
　　此外，當被測介質具有較強腐蝕性時，在差壓變送器應采用相對應的防腐雙法蘭差壓變送器。就能夠有效地解決該裝置的抗腐蝕問題。對于測量要求高低用戶可自由選用不同檔次的變送器。
效果
　　本方案測量原理簡單、計算速度快、易于實現且對高度、體積和/或重量數據均可進行監控，可以根據工藝要求對容器內的兩種液體介質進行方便的監控，從而對容器內的界面、液位進行有效的控制。