磁翻板液位計和雙法蘭液位計在天然氣脫硫過濾器液位測量波動原因分析

介紹了原料氣過濾分離器液位采用雙法蘭差壓變送器測量在生產過程中數據經常出現波動的現象, 從測量原理、設備安裝、儀表校驗、工藝運行等多個方面分別進行了分析, 鑒于過濾器介質密度的不確定性并處于高靜壓, 建議選用導波雷達液位計或遠傳磁翻板液位計測量過濾器液位。
 
雙法蘭差壓變送器,測量原理,波動,分析
 
中石化普光天然氣凈化廠三個聯合裝置于2009年10月相繼投產運行, 脫硫裝置原料氣過濾分離器設有遠傳雙法蘭差壓式液位計和磁浮子液位計, 變送器的測量范圍為0 ～ 4.43 KPa, 測量間距為500 mm。在一聯合投產調試過程中, 發現三個過濾分離器的液位計工作不正常, 測量數據波動特別大, 甚至無法檢測到實際液位, 但沒有引起重視。在二聯合投產后, 這三個過濾器的液位檢測也出現相同的問題, 因此引起了高度關注。
 
在三聯合投產前的調試過程中, 對這三個過濾分離器進行了常壓下液位建立。在0 %、25%、50 %、75 %、100 %五點參照磁浮子液位計對遠傳液位計進行了調試, 并反復對兩種液位計進行了比較, 兩種液位計檢測的結果相吻合。但在三聯合投產后, 三個過濾分離器的液位檢測出現了和一、二聯合一樣的現象。凈化廠有多個塔和罐都用雙法蘭差壓式變送器來檢測液位, 但這些變送器能正常的工作, 準確的檢測到實際的液位, 針對此問題對測量波動原因進行分析。
 
　　1　原因分析
　　1.1　雙法蘭差壓式液位變送器在三種情況下輸出值穩定　　
　　(1)將一臺現場波動特別大的變送器121 -LT-10210拆下, 用FLUKE744 及壓力模塊在常壓下進行了校驗, 校驗數據見表1:此表的zui大誤差為0.016, 滿足精度要求。

　　對另一臺新的雙法蘭差壓式液位變送器進行校驗, 校驗數據見表2

新表的zui大誤差為0.010, 符合精度要求。從這兩臺變送器在常壓下的校驗來看, 變送器的精度是符合要求的。隨后將校驗后的新表安裝在121 -LT-10210的位置。
 
　　(2)在新表投運前在常壓下建立液位與現場的另一臺雙法蘭液位變送器和磁翻板液位計進行觀察, 觀察的數據見表3:

　　現場進行液位比較, 是以遠傳磁翻板液位計標準, 會產生一定的視角誤差, 但從以上的數據來看, 液位變送器的輸出值還是準確的。(3)在過濾器投運前, 加水建立液位在8 MPa的靜壓下進行觀察, 每建立一個液位就進行穩壓半小時的觀察, 得出數據見表4:

在穩壓下觀察兩液位變送器雖然輸出不一致, 但變送器的輸出值是穩定的, 沒有出現波動現象。
 
　　1.2　雙法蘭差壓式液位計的輸出不穩定
　　將121 -SR101B原料氣過濾分離器在生產工況下投入使用, 發現過濾器上部和下部的現場磁翻板液位比較穩定, 而四臺遠傳液位計輸出值波動比較大, 見表5:


從觀察到的數據看, 這些雙法蘭液位變送器的輸出值波動很大, 與現場液位極不吻合, 無法檢測到真的液位, 給工藝操作帶來不便。
 
　　1.3　從差壓式液位計的測量原理上分析[ 1]
　　雙法蘭隔膜系統變送器是由膜片密封系統、毛細管及填充液、差壓變送器組合而成, 適合于因任何原因需要把變送器與工藝處理過程進行隔離的場合, 在石油化工行業多用于檢測密閉容器內的液位。測量原理是基于差壓與介質的液位和密度之間都存在如下關系:
　　ΔP =ρgh
　　式中:ρ———為介質的密度;
　　g———為重力加速度;
　　h———zui低液位至zui高液位之間的距離。
這個公式成立的一個重要條件就是ρ是定位,■P就是變送器的量程值。但是凈化廠的過濾器設計介質的密度為85.966 ～ 990.9 kg/m3 , 是一個無法確定的值。也就是說, 在這樣的條件之下,■P和h3是線性關系, 選用差壓式變送器來測量這樣的液位是不合理的, 也是無法測量到真實的液位的。
 
　　1.4　同一取樣點測量值出現不一致的原因分析
　　在同一取壓點安裝兩臺液位變送器, 它們的測量值出現不一致的現象。究其原因有兩點:
　　(1)在安裝雙法蘭時, 施工單位缺乏保護雙法蘭正負壓膜片的意識, 使得膜片變形受損。因正負壓膜片變形不一致, 在同一個穩定的壓力狀態下, 正負膜片彈性形變也不會一致, 兩臺變送器就會檢測到不同的差壓值。圖1是拆下變形的雙法蘭變送器的膜片。

 
　　(2)現場雖然同一點安裝了兩臺變送器, 但是安裝人員在安裝時不規范, 兩臺變送器的上、下法蘭不在同一水平面上, 這樣變送器的量程就會發生變化。在現場測量到上、下法蘭相差zui大5 cm, 根據公式:
　　ΔP=ρgh
　　ΔP=9.8· 990.9· (0.5 +0.05)
　　ΔP=5340.95 Pa
　　ΔP=5.34 KPa
　　h———上下法蘭的高度差, 設計為0.5 M;
　　g———為重力加速度9.8 m3 /s2 ;
　　ρ———為介質密度　zui大為990.9 Kg/m3
由于上下法蘭安裝的誤差, 可選或測量值比設計值4.85 KPa高出0.485 KPa, 相對誤差達10%。即使同一取壓點, 由于法蘭安裝位置不在同一水平面, 兩臺變送器輸出值誤差就更大了。
 
　　2　建　議
在生產中, 鑒于過濾器介質密度的不確定性, 以及在高靜壓下不適使用微差壓雙法蘭液位變送器檢測液位, 建議進行改進, 選用導波雷達液位計或遠傳磁翻板液位計。
 
　　(1)因為導波雷達液位計的工作原理是導波雷達發出的高頻微波脈沖沿著探測組件(鋼纜或鋼棒)傳播, 遇到被測介質, 由于介電常數突變, 引起反射, 一部分脈沖能量被反射回來。發射脈沖與反射脈沖的時間間隔與發射點到被測介質的距離成正比。
　　關系式如下:
　　D=CT/2
　　式中:D———雷達液位計到液面的距離;
　　C———光速;
　　T———電磁波運行時間
雷達液位計記錄脈沖波經歷的時間, 而電磁波的傳輸速度為常數, 則可算出液面到雷達發射點的距離, 從而知道液面的液位。
 
(2) 遠傳磁翻板液位計是以磁浮子為測量元件, 經磁系統耦合將受壓或敝口容器中的被測介質液位傳遞至指示器的液位或界位測量儀表;其工作原理也與介質密度無關。
 
　　3　結　語
　　無論是雷達液位計還是遠傳磁浮子液位計都能準確地檢測到凈化廠SR-101A/B/C過濾器的液位。雷達液位計精度高, 測量精確, 但價格昂貴, 一臺雷達液位計要2-3萬人民幣。遠傳磁翻板液位計具有結構簡單, 檢測功能齊全、讀數直觀、醒目, 尤其適用強腐蝕性、易燃易爆等場合優點, 價格便宜。因其性價比高, 所以選擇遠傳磁翻板液位計。


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