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压力变送器、差压变送器的选型和运用

智能变送器已相当普及,应用也最广泛、最普遍,它的特点是精度高、可调范围大,而且调整非常方便、稳定性好。在诸类仪表中,变送器大体分为压力变送器和差压变送器。变送器常用来测量压力、差压、真空、液位、流量和密度等。变送器有两线制和四线制之分,两线制变送器尤其多;有智能和非智能之分,智能变送器渐多;有气动和电动之分,电动变送器居多;另外,按应用场合有本安型和隔爆型之分;按照应用工况变送器的主要种类如下几种:低(微)压/低差压变送器;中压/中差压变送器;高压/高差压变送器;绝压/真空/负压差压变送器;高温/压力、差压变送器;耐腐蚀/压力、差压变送器;易结晶/压力、差压变送器。

2. 压力/差压变送器的简介

物理学角度看,任何一个物体上受到的压力都应包括大气压力和被测介质的压力(一般称为表压)两部分所组成。作用在被测物体上这两部分压力总和称为绝对压力。

测量绝对压力的仪表称为绝压表。对于普通的工业压力表测量的都是表压值,也就是绝对压力与大气压的压差值。当绝对压力大于大气压值时测得的表压值为正值,称为正表压;当绝对压力小于大气压值时测得的表压值为负值,称为负表压,即真空度。测量真空度的仪表称为真空表。

差压变送器除了测量两个被测量压力的差压值外,它还可以配合其他各种节流仪表来测量流量,可以直接测量受压容器的液位和常压容器的液位以及压力和负压。

压力和差压变送器的制作可以从结构上来分为普通型和隔离型。普通型压力和差压变送器的测量膜盒为一个,它可以直接感受到被测介质的压力和差压;而隔离型压力和差压变送器的测量膜盒接受到的是一种稳定液(一般为硅油)的压力,而这种稳定液是被密封在两个膜片中间,接受被测压力的膜片为外膜片。原普通型膜盒的膜片为内膜片,当外膜片上接受压力信号时通过硅油的传递原封不动的将外膜片的压力传递到了普通膜盒上,测出了外膜片所感受到的压力。隔离型压力和差压变送器主要是针对特殊的被测量介质使用的,如被测介质离开设备后会产生结晶,而使用普通型压力和差压变送器需要取出介质,将会使导压管和膜盒室堵塞导致设备不能正常工作,所以必须选用隔离型压力和差压变送器。隔离型压力和差压变送器通常制作成法兰式安装,即在被测设备上开口加法兰使变送器安装后它的感应膜片是设备壁的一部分,这样它就不必要取出被测介质,因而也就不会造成结晶堵塞。当被测介质结晶温度要求较高时,则选用插入式法兰变送器,即可选用将膜片凸出式的结构,这样可将传感膜片插入到设备内部,从而使感应到的被测介质的温度不会降低,这样才能使测量有保障。

隔离型压力和差压变送器有远传型和一体型两种。远传型即在外膜盒与测量膜盒之间用加强毛细管连接,一般毛细管长度为 3~5米,这样外膜盒安装在设备上,内膜盒及压力和差压变送器可以安装在便于维护的支架上;一体型形式是将外膜盒与压力和差压变送器制作成一个整体直接由法兰安装在设备上。对于隔离型压力和差压变送器它还可以作成螺纹连接型,即外膜盒或外弹性元件可以安装在螺纹的前面,只要在被测设备上焊接上内螺纹凸台,便可将压力和差压变送器直接拧到设备上,安装起来非常方便。隔离型压力/差压变送器的制作工艺复杂,对材质的要求较高,所以它的价格通常是普通型压力和差压变送器的3倍。

压力变送器和差压变送器单从名词上来解释就是测量的是压力和两个压力的差,但是它们间接测量的参数是有很多的。如压力变送器,除了测量压力之外,它还可以测量容器设备内部的液位。在常压容器测量液位时,需用一台压力变送器即可。当测量受压容器液位时,则要用到两台压力变送器,即一台测量下限值,一台测量上限值,将这两台压力变送器的输出信号进行减法运算,即可测量出液位,一般选用差压变送器。在容器设备内液位与压力值不变的情况下它还可以用来测量介质的密度。压力变送器的测量范围可以做到很宽,一般情况下从绝压0开始可以做到100M Pa。

3. 压力/差压变送器的选型原则以及方法

压力和差压变送器的选型通常要根据安装条件、环境条件、仪表性能、经济性和应用介质等多方面综合考虑。实际应用中可分为直接测量和间接测量;其用途有过程测量、过程控制和装置联锁。常见的压力和差压变送器有普通压力变送器、差压变送器、单法兰变送器、双法兰变送器、插入式法兰变送器等。在压力/差压变送器的选用上要充分注意参考以下几点:

(1)以被测介质的性质指标为基准,以节约资金、便于安装和维护为参考。如被测介质为高黏度易结晶强腐蚀的场合,则必须选用隔离型变送器。

(2)在选型时还应要考虑到被测物料的介质对膜盒金属的腐蚀影响,一定要选好的膜盒材质,否则使用后很短时间就会将外膜片腐蚀损坏,法兰也会被腐蚀损坏造成设备和人身事故,所以压力和差压变送器的膜盒材质的选择尤其重要。变送器的膜盒材质有普通不锈钢、304不锈钢、316L不锈钢、钽膜盒材质等。

(3)在选型时也要考虑到被测介质的温度,如果物料介质的温度高达200℃~400℃,则要选用高温型压力和差压变送器,否则变送器中的硅油会产生汽化膨胀,使测量不准确。

(4) 在选型时还要考虑到设备工作压力等级,压力和差压变送器的压力等级必须与应用场合相符合。从经济角度上来讲,外膜盒及插入部分材质比较合适,但连接法兰可以选用碳钢、镀铬,这样会节约很多资金。隔离型压力变送器选用最好是选用螺纹连接形式的,这样既节约资金安装又方便。

(5)对于普通压力和差压变送器选型,也要考虑被测介质的腐蚀性问题,但使用的介质温度可以不考虑,因为普通型压变是引压到表内,长期工作温度为常温,但普通型使用的维护量要比隔离型的大。首先是保温问题,在北方的冬季温度达到零下,会使得导压管结冰,导致变送器无法工作甚至损坏,这就需要增加伴热和保温等措施。

(6)从经济角度上来讲,选用变送器时,只要不是易结晶介质都可以采用普通型变送器,而且对于低压易结晶介质也可以加吹扫介质来间接测量(只要工艺允许用吹扫液或气),应用普通型变送器就是要求维护人员多进行定时检查,包括各种导压管是否泄漏、吹扫介质是否正常、保温是否良好等等。只要维护得好,大量使用普通型变送器一次性投资会节约很多。

(7)从选用压力和差压变送器测量范围上来说,一般变送器都具有一定的量程可调范围,最好将使用的量程范围设定为变送器满量程的1/4~3/4段,这样准确度会有所保证,对于微差压变送器来说这将更为重要。实践中有些应用场合(如液位测量)需要对变送器的测量范围迁移,根据现场安装位置计算出测量范围和迁移量,迁移有正迁移和负迁移之分。

(8)按照设计规范,在工程设计选型中,究竟采用气动变送器还是电动变送器,因根据其各自具有的特长,应该根据设备装置的具体条件:如集中操作程度; 是否与DCS计算机相操作配合; 响应速度; 经济性; 可靠性及使用维护方面;安全性(如防爆、停电、气源故障等);环境条件及传输距离等等。来进行综合考虑和分析。一般来说,下列条件以选用气动变送器为宜:自变送器至显示调节仪表间的距离较短,通常以不超过150m 较为合适;工艺物料是易燃易爆介质及相对湿度很大的场合;要求仪表投资少; 一般中小型企业要求易维修,经济可靠;在以电动仪表为主的大型装置里,有些现场就地调节回路不要求引入中央控制室集中操作。而对于变送器至显示调节单元间的距离超过150m 以上的; 大型企业要求高度集中管理的中央控制的; 设置有DCS计算机进行控制及管理为对象的; 要求响应速度快的;信息处理及运算复杂的场合的,则应以选择电动变送器为宜。实际工作中,在现代化生产装置中都是发挥它们各自的特点进行混合选用的。因此在压力/差压变送器的选型上就应当注意以下问题:

(1)测量范围、需要的精度及测量的功能上:为了保证压力测量精度,最小压力测量值应高于压力表测量量程的1/3;对需远距离测量或测量精度要求较高的场合,应选择压力传感器或压力和差压变送器;在测量精度要求不高时,可选择电阻或电感式、霍尔效应式远传压力表;气动基地式压力指示调节器适宜作就地压力指示调节;

(2)测量仪表面对的环境:如石油化工的工业环境,有可燃(有毒)和爆炸危险气氛的存在,有较高的环境温度等;压力变送器、压力开关应根据安装场所防爆要求合理选择。

(3)被测介质的物理化学性质和状态:如强酸、强碱、粘稠、易凝固结晶和气化等工况;

(4)操作条件的变化:如介质温度、压力、浓度的变化。有时还要考虑到从开车到参数达到正常生产时,气相和液相浓度和密度的变化;

(5)被测对象容器的结构、形状、尺寸、容器内的设备附件及各种进出口料管口都要考虑:如塔、溶液槽、反应器、锅炉汽包、立罐、球罐等;

(6)工程仪表选型要有统一的考虑:要求尽可能地减少品种规格,减少备品备件,以利管理;

(7)实际的工艺情况:应当考虑被测对象是属于哪一类设备。如槽、罐类,槽的容积较小,测量范围不会太大,罐的容积较大,测量范围可能较大;

(8)还要看介质的物化性质及洁净程度,首选常规的差压式变送器及浮筒式液位变送器,还要对接触介质部分的材质进行选择;而对于有些悬浮物、泡沫等介质可用单法兰式差压变送器。有些易析出、易结晶的用插入式双法兰式差压变送器;

(9)对于某些高黏度介质的液位及高压设备的液位,由于设备无法开孔,可选用放射液位计来测量;

(10)其他要求,如环保及卫生等要求,工艺专利商的具体要求。当然除了测量方法上和技术上问题外,还有仪表投资问题。

5. 结束语

随着智能压力/差压变送器技术的不断发展,其也越来越多地被广泛普及应用。因此综上所述,压力表以及压力/压差变送器的选型,从技术上要可行,经济上要合理,管理上要方便。