平面法兰式差压变送器测液面安装方式的探讨

平面法兰式差压变送器测液面安装方式的探讨

吕娅洁

中石化股份天津分公司电仪部，天津市滨海新区大港区，邮编： 300270

摘要：此文介绍了三种测量安装方式的优缺点，并提出了双法兰差压式液位测量仪表的最佳安装方式。

关键词：

安装.测量.上倾.膜片.感压双法兰差压式.变送器

序言：

在自动化测量系统中，使用平面法兰式差压变送器对流量.压差.液面.介面进行测量是很普遍的，尤其对高粘度介质的流量和液面的测量使用更为广泛.我单位就使用了大量的平面法兰式差压变送器来测量重介质的液面和流量。许多工程技术人员在长期现场工作中，总结了一些经验，下面就对用平面法兰式差压变送器测液面的经验，如：检测的非线性、於堵等问题的解决，阐述一下我们的做法。

一、概述

平面法兰式差压变送器测液面的常规安装及测量原理和存在的问题。

图（1）是一种常规的安装方式，也是一般仪表使用说明书中提供的安装方式。此种安装方式在测量清洁的轻介质且测量范围比较大的液位时（指被测量的高度与仪表膜片直径的比值达到15：1以上）是一种相对比较理想的使用方式。容器内的液柱压力直接作用在垂直安装的圆形感压膜片表面上的，圆形感压膜片实际的感压公式为：

（1）

P- 圆形金属膜片实际感受的压强

H-圆形感压膜片的直径，同时也是液面

从0到H的液位高度

S-感压膜片的表面积

ρ-被测介质的密度

G-重力加速度

式（1）表明了，圆形感压膜片的感压过程是非线性的。

差压式双法兰液位检测的基本运算为：

液位高度与差压的关系：

（2）

最大差压的基本运算：
（3）

P_＋的感压运算：

（4）

由式（4）可知，P₊感压过程是容器内的压力P与非线性

段及线性段的总和。

P_-的感压运算：

（5）

由式（5）可知，P_-感压过程是容器内的压力P与非线性段的和。

因为：
所以：

（6）

（注：通常正压法兰的感压直径与负

压法兰的感压直径是相等的）

二、检测特点及分析

1、垂直安装方式的特点

当采用垂直安装方式测量液位时，

如图（1），运算如式（6）。从式（6）

可以得到的结论是：在检测的感压过

程中，初始和末尾都出现了非线性段，

只有在检测的中间区域才显现出理想的直线特性，如曲线（1），通常情况下这是我们不希望看到的；但是在液位检测范围与法兰感压膜片直径的比值达到一定的数值时可以将非线性段导致的检测与实际不符忽略，建议检测范围与法兰感压膜片直径的比值应≥10（即：H:H₀>10），从而保证在检测量程的10%～90%之间的检测结果与工艺的实际值相符，对于一般测量精度要求不高的大测量范围的场合，还是可以勉强满足检测要求的；当液位检测范围与法兰感压膜片直径的比值较小时，仪表在低量程区间和高量程区间的线性都会比较差，在仪表测量范围比较小时（如检测范围较小的情况时）且测量精度要求较高时，由于其非线性段占测量范围的百分比数值较大，就会从仪表的测量初始段起一直到仪表的末尾段，会有很大的一段区间出现非线性误差，这个误差是无法修正的（曲线1中的正弦特性部分），所以测量的结果也就不是那么尽如人意。式（6）中的第二部分是当液面越过了H₊₀高度后膜片的感压面积不再发生变化的一段，这段为感压的线性段，在这段中，感压膜片的受力虽仍为正弦特性，但膜片的水平中心线的上下两侧是完全对称的，所以膜片上下两部分的平均受力正好为膜片水平中心线上的受力，故当△H_max>H₀时则取膜片面积上的平均受力即可。

当测量介质不清洁且粘稠易凝并含有较多的介质时，图（1）的安装方式不论是大范围的还是小范围的测量都不会获得令人满意的测量数据。在我们的多次检修中发现，粘稠介质和杂质会附着在感压膜片的表面，改变了感压膜片的表面张力，改变了力的传递的大小，时间长久了附着在感压膜片表面的杂质还会固化粘在感压膜片上（一般是感压膜片的下部附着物较多），使仪表的测量出现明显的偏差（一般仪表指示偏低）。目前，为克服以上的问题各使用单位一般采用加温的防冷凝，加冲洗液的防杂质堵塞。但当压力传递通道没有堵到一定程度时，冲洗液起不到明显的作用，杂质依旧附着或堆积在膜片的下半部，如图（1）所示的正压入口处。这种安装方法同时还存在测量的零点界面不清楚的问题。于是，我的根据实践采用了上倾式取压安装方案。

2、上倾式取压安装的特点

为提高测量的精度改善检测的非

线性和提高可靠性，减少故障，取决

重介质污物堆积和粘稠附着物体测量

带来的影响。我们采用了图（2）的

测量安装方式。

这种安装方式使H₊₀（H_-0）的有较

感压距离缩短了，根据测量感压公式

（1）得知，当H₊₀缩短后，式（1）中第一部分的数值将会变小，这样一来仪表的测量零点（或感压膜的下部）便会向感压膜片的中心线靠拢，感压运算如下：

（7）

如此一来零点界面相对更清晰了一些，当测量范围不变的情况下，

由于感压公式中第一部分的数值变小，使测量中非成性段占全量程的

百 分比也小了，提高了全量程的检

测的契合度。

上倾式取压使导压管中的重介质

污物自然滑落入容器中，不易在导压

管内产生污物堆积，方便了介质交换。

同时由于法兰面有一定的倾斜角度给附着物在法兰面的附着带来了一定的困难。当选择合适的导管长度时热传递和介质交换会使附着物（或冷凝物）液化。这样就基本上解决了重质污物的堆积堵塞和冷凝堆积的问题。这种测量安装方式一般适用于大测量范围的液位测量。但是测量零点的界面只是相对图（1）的测量安装方式有所改善，没有从根本上解决非线性和测量零点不易确定的问题如曲线（2）。

3、感压法兰水平安装的特点

为了解决小范围的测量存在的非浅性

和测量零点界面不清的问题，提出了第三

种测量安装方式，如图（3）所示。

这种安装方式由于感压膜片的平面

与容器内被测介质的水平面是平行的且

在同一平面，由感压公式（1）中得知，

当H₊₀不再变化时，也就是说感压膜片

的感压面积不再随液位的高度变化而变化时，式（6）中的正压第一部分和负压部分（，）感压膜片的感压斜率为零，所以非线性部分的变化率也为零，故尔，这种测量安装方式不存在非浅性的问题，使仪表的全量程的测量精度有了彻底的改观。同时，感压膜片所在的水平面即为仪表测量的感压零点，这样就解决了测量零点界面不清晰，仪表输出零点不易确定的问题，感压运算如下：

（8）

因 为这种测量安装方式（图3）从

根本上解决了常规测量安装方式（图1）

中测量采样原本存在的诸多问题，使测

量采样本就更为合理，所以适用于各种

测量范围和介质的液面及介面的测量，

如曲线（3）所示，彻底解决了检测中出现的非线性问题。

三、应用与结论

1、应用

我厂使用平面法兰式差压变送器的情况

我厂的催化裂化装置中的容6，容7液面先后使用过双法兰差压变送器和一般的差压变送器对其进行测量，效果很不理想，故障率极高，多为采样系统的问题，最后我们采用了第二种安装方式，在催化裂化装置的塔三底液位检测中使用了第三种安装方式（原使用差压变送器），仍使用平面法兰式差压变送器（容6，容7的测量范围很大均在11米左右；塔三底液位的测量范围在1米左右），改造后，现已运行了数年故障率极低，改造一年后我们将保汶取消，效果依旧很好，仪表工的工作量有了明显的下降，特别到冬天。就在我厂的溶剂油脱沥青装置和焦化装置均采用了第二种安装方式，每年节约大量的伴热和冲洗液费用，收效明显。

2、结论

通过实际应用和理论总结说明第二种安装方式和第三种安装方式各有特点，第二种安装方式安装相对简便，适用于大量程检测；第三种安装方式安装相对复杂，最适合小量程的检测，这两种安装方式均改善了第一种安装方式导致的检测中发生的非线性问题，尤其第三种安装方式，彻底解决了双法兰式差压变送器在检测过程中出现的非线性问题。

四、结束语

以上是我车间的工程技术人员共同努力的成果，我只是对其进行了总结和说明，抛砖引玉。

如有不妥请指正，以借研讨共同提高。

中石化天津分公司电仪部

电议作业二区 吕娅洁

联系方式：13752410911

作者简介：姓名：吕娅洁（1975.12--）；性别：女，民族：汉，籍贯：山东临朐，学历：大专；现有职称：中级工程师；研究方向：仪表专业。

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