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0、概 述
在我廠乙炔裝置生產(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，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，大吊車，已經(jīng)處理了3次，大吊車費(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=P 0 +，P 0 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P A ＝B點(diǎn)壓力P B ，C點(diǎn)壓力P C ＞A點(diǎn)壓力P A 。

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 + -P -P + =ρgh+P 0 ；P - =P 0
ΔP=P + -P - =ρgh+P 0 -P 0 =ρgh

由于化工工廠有些液體介質(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
硅油。測(cè)量液位的隔膜差壓變送器類型: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 gh 1 +P 大氣壓 ；P - =P 大氣壓ΔP=P + -P - =ρgh+ρ 硅油 gh 1在上述公式中，在液位高度h為零液位，差壓值ΔP為ρ 硅油gh 1 ，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 gh 1 。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)：
單法蘭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。

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 gh 1 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，h 1 =9米，遷移量=ρ 硅油 gh 1 =0.93*1000*9.8*（-9）=-82.026kPa,變送器的組態(tài)測(cè)量范圍：-82.026～82.026kPa。
（1）單法蘭隔膜差壓變送器測(cè)量液位的要求：
①單法蘭隔膜差壓變送器需要定制，我廠采用的羅斯蒙特變送器，毛細(xì)管zui長(zhǎng)長(zhǎng)度為15米。由于氣柜采用兩節(jié)塔節(jié)，總高度到達(dá)20米，變送器只需安裝在中間二級(jí)檢修平臺(tái)上，
這樣就能滿足氣柜達(dá)到zui高、zui低時(shí)的長(zhǎng)度要求。
②查詢變送器廠家提供的相關(guān)詳細(xì)資料，硅油密度要準(zhǔn)確，不然影響測(cè)量，產(chǎn)生誤差。
③設(shè)定變送器的測(cè)量范圍時(shí)，需要先將變送器固定后再進(jìn)行，并且需要和工藝人員溝通，確認(rèn)氣柜的中間高度。
④變送器的安裝位置要選擇在背風(fēng)處，不要被風(fēng)吹動(dòng)，盡量使毛細(xì)管穩(wěn)定，并且比較空曠的空間，使毛細(xì)管不要與周圍框架絞纏。
⑤法蘭隔膜的安裝方向不要向上，防止積水和下雨時(shí)落雨沖擊膜片產(chǎn)生附加外力，影響測(cè)量結(jié)果。
（2）單法蘭隔膜差壓變送器校驗(yàn)方法：
①將儀表負(fù)壓側(cè)通大氣，正壓側(cè)配裝法蘭加相應(yīng)壓力，接通電源穩(wěn)定3min后，此時(shí)變送器為4mA，若有偏差則在調(diào)校菜單內(nèi)調(diào)整零點(diǎn)，使之輸出為4mA。
②變送器正壓側(cè)配裝法蘭輸入量程信號(hào)，負(fù)壓側(cè)配裝法蘭加相應(yīng)壓力，變送器輸出為20mA，若有偏差則在調(diào)校菜單內(nèi)調(diào)整量程使之輸出為20mA。
③重復(fù)步驟（1） 、 （2）使之符合要求為止。
④將測(cè)量范圍分為5點(diǎn)，按0%、25%、50%、75%、
逐點(diǎn)輸入信號(hào)，變送器的輸出值應(yīng)在允許范圍內(nèi)，若超差，反復(fù)調(diào)整零位、量程。
3、單法蘭隔膜差壓變送器與鋼帶液位計(jì)測(cè)量的比較，優(yōu)點(diǎn)3.1 結(jié)構(gòu)不同
單法蘭隔膜差壓變送器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，組成部件少：?jiǎn)畏ㄌm隔膜、毛細(xì)管、差壓變送器，全部都密封，無(wú)可動(dòng)部件。鋼帶式液位計(jì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜：鋼帶、位移傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、變送器，可動(dòng)部件
多，容易出現(xiàn)卡澀現(xiàn)象。
3.2 測(cè)量原理不同
差壓變送器測(cè)量傳感器雙側(cè)隔離膜片上的壓力差，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)輸出。而鋼帶式液位計(jì)通過(guò)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)生標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)輸出，電位器的長(zhǎng)期滑動(dòng)，容易磨損、損壞，電阻值出現(xiàn)死區(qū)，使得測(cè)量值出現(xiàn)波動(dòng)、不穩(wěn)定。
3.3 校驗(yàn)方法
單法蘭隔膜差壓變送器校驗(yàn)方法簡(jiǎn)單、方便、易于操作，只需通過(guò)對(duì)膜盒打壓，用475手操器設(shè)定變送器 （變送器帶HART協(xié)議） 的量程。而鋼帶式液位計(jì)需要在鐘罩上拉動(dòng)鋼
繩，上下配合。
3.4 人工成本
單法蘭隔膜差壓變送器維修、校驗(yàn)時(shí)只需人力2人。而鋼帶式液位計(jì)校驗(yàn)時(shí)，需要上下配合，人力4人。
3.5 維修維護(hù)成本
差壓變送器備件通用性強(qiáng)，如果只是電路板出問(wèn)題，只需更換表頭電路板。而鋼帶式液位計(jì)備件專一性強(qiáng)。
3.6 費(fèi)用成本
單法蘭隔膜差壓變送器備件表計(jì)整體價(jià)格便宜，比原鋼帶液位計(jì)的一塊電路板的價(jià)格還低。
通過(guò)一年時(shí)間的應(yīng)用，單法蘭隔膜差壓變送器測(cè)量氣柜液位滿足了工藝生產(chǎn)的要求，儀表故障率、日常維護(hù)量為零，消除了鋼帶液位計(jì)存在的問(wèn)題，保證了氣柜穩(wěn)定運(yùn)行，為整個(gè)裝置的“長(zhǎng)、滿、優(yōu)、穩(wěn)”運(yùn)行提供了保障。