摘要:隔膜密封系統(tǒng)測(cè)量精度和響應(yīng)時(shí)間受諸多因素影響,不僅受到膜片結(jié)構(gòu)、毛細(xì)管直徑和長(zhǎng)度、填充液特性等密封系統(tǒng)內(nèi)在因素的影響,而且也受到安裝環(huán)境,主要是環(huán)境溫度變化帶來(lái)的影響。針對(duì)上述各類(lèi)影響因素進(jìn)行了剖析,并對(duì)設(shè)計(jì)選型中應(yīng)注意的事項(xiàng)進(jìn)行了歸納總結(jié),以幫助工程設(shè)計(jì)人員正確選用、安裝隔膜密封系統(tǒng)。
1 引 言
隔膜密封系統(tǒng)變送器是由膜片密封系統(tǒng),毛細(xì)管及填充液,壓力或差壓變送器組合而成,適用于因任何原因需要把變送器與工藝處理過(guò)程進(jìn)行隔離的場(chǎng)合,在工程設(shè)計(jì)中經(jīng)常選用該類(lèi)變送器,在石化行業(yè)多用于腐蝕性、黏稠性、易結(jié)晶介質(zhì)的液位、界面或流量測(cè)量。
膜片密封系統(tǒng)和毛細(xì)管將過(guò)程壓力間接傳遞到變送器,因此在選用隔膜密封壓力變送器時(shí)有許多因素要考慮。溫度的影響是主要因素,如何避免或減少溫度變化對(duì)隔膜密封壓力變送器的性能影響,并盡可能提高儀表的響應(yīng)時(shí)間,是正確合理選用隔膜密封壓力變送器的關(guān)鍵。
2 影響溫度性能的因素
2.1 膜片硬度及直徑
膜片硬度是影響溫度特性的重要參數(shù)。當(dāng)充填液隨著溫度的變化而膨脹或收縮時(shí),硬度小(彈性好)的膜片承受的反作用力比硬度高的膜片要小,溫度變化產(chǎn)生的反向壓力作用于變送器的感應(yīng)膜片上,從而引起測(cè)量誤差。膜片硬度越小彈性越好,硬度小彈性好的膜片在彈性范圍內(nèi)的形變可吸收充填液體積變化,能夠減小由溫度變化引起的充填液體積變化帶來(lái)的壓力影響,較大限度克服溫度變化引起的誤差。
在充填液體積因溫度引起變化時(shí),大直徑膜片產(chǎn)生的壓力測(cè)量誤差較小,而較小直徑膜片產(chǎn)生的壓力測(cè)量誤差較大。
以某一品牌變送器(單側(cè)毛細(xì)管密封系統(tǒng))為例,其填充液為DC200,密封膜片為316LSS,每20K溫度變化所產(chǎn)生的壓力測(cè)量誤差如表1所列;兩側(cè)毛細(xì)管密封系統(tǒng)的變送器,每20K溫度變化所產(chǎn)生的壓力測(cè)量誤差為表中誤差值的25%。
2.2 填充液
填充液起到壓力傳遞的作用,充填液隨著溫度的變化而膨脹或收縮,填充液的流動(dòng)性和膨脹特性會(huì)影響遠(yuǎn)傳膜片密封系統(tǒng)的性能。填充液特性參見(jiàn)表2所示。
充填液膨脹系數(shù)：選擇膨脹系數(shù)較小的填充液有助于減小溫度變化帶來(lái)的誤差。填充液體積越大,其膨脹潛力也越大,因此選擇毛細(xì)管的長(zhǎng)度要盡可能短,毛細(xì)管直徑要盡可以小,以減小填充液體積達(dá)到減少溫度誤差的目的。
充填液黏度：充填液的黏度為其流動(dòng)性能的量度,填充液的黏度、毛細(xì)管的長(zhǎng)度和毛細(xì)管的內(nèi)徑均影響摩擦阻力,摩擦阻力越大,響應(yīng)時(shí)間越長(zhǎng)。選擇黏度性小的充填液將加快響應(yīng)時(shí)間。
圖1為DN50膜片1mm直徑毛細(xì)管密封系統(tǒng),在不同填充液時(shí)每米的響應(yīng)時(shí)間典型值(T90%)。
毛細(xì)管內(nèi)徑越小,對(duì)壓力傳遞阻力越大,速度也越慢。毛細(xì)管內(nèi)徑大能加快傳遞速度,縮短響應(yīng)時(shí)間。毛細(xì)管越長(zhǎng),壓力信號(hào)傳輸距離就越長(zhǎng),增加了響應(yīng)時(shí)間。
無(wú)論是用于差壓、流量還是液位測(cè)量,正負(fù)壓室密封系統(tǒng)的膜片規(guī)格、兩端毛細(xì)管長(zhǎng)度、填充液應(yīng)相同。環(huán)境溫度變化所引起的兩端毛細(xì)管充灌液膨脹量相同,盡可能減少因環(huán)境溫度變化造成的測(cè)量誤差。
2.3 對(duì)系統(tǒng)精度的影響
密封系統(tǒng)由于溫度變化引起零點(diǎn)誤差,毛細(xì)管填充液特性、溫度和長(zhǎng)度決定了零點(diǎn)壓力偏移值。以DN80,316L,硅油填充液膜片密封系統(tǒng)為例,毛細(xì)管長(zhǎng)度為5m,毛細(xì)管環(huán)境溫度為45℃。該毛細(xì)管密封系統(tǒng)的TK環(huán)境靜壓曲線(xiàn)如圖2所示。
根據(jù)該曲線(xiàn),毛細(xì)管長(zhǎng)度為5m的該密封系統(tǒng),對(duì)應(yīng)的TK環(huán)境靜壓值為140Pa/10K。
溫度變化值T=TK環(huán)境-TK校準(zhǔn)=45℃-25℃=20℃;
溫度變化產(chǎn)生的靜壓值p=T140Pa/10K=280Pa。
因此該密封系統(tǒng)的零點(diǎn)漂移值是280Pa。
在測(cè)量液位或界面時(shí),如圖3所示,對(duì)于雙法蘭變送器,雖然兩端毛細(xì)管的長(zhǎng)度相同,可以克服環(huán)境溫度變化膨脹量的影響,但不能克服兩端毛細(xì)管靜壓的影響。上下兩個(gè)取壓口的距離(H)這段(毛細(xì)管內(nèi)充填液由于溫度變化而影響密度的變化,溫度膨脹系數(shù)大則密度變化大)由填充液密度變化引起的靜壓是很難抵消。因此應(yīng)考慮選用充填液密度受溫度變化影響小的充填液,也就是選用溫度膨脹系數(shù)小的充填液。填充液特性表中的密度是25℃時(shí)的密度,環(huán)境溫度變化將會(huì)引起填充液密度變化。
25℃時(shí),假如液位變送器以負(fù)遷移量-p1為零點(diǎn),p1=2gH;
溫度變化時(shí),充填液密度的變化量為p時(shí),此時(shí)實(shí)際零點(diǎn)-p2=(2+p)gH;
非常終引起的靜壓變化值p=gH,也就是零點(diǎn)飄移值。
測(cè)量范圍大毛細(xì)管越長(zhǎng)、充填液膨脹系數(shù)大、環(huán)境溫度變化大的情況下,零點(diǎn)漂移越嚴(yán)重。解決此問(wèn)題的方案是對(duì)充填液密度變化進(jìn)行溫度補(bǔ)償(需要精確測(cè)量時(shí)),或者通過(guò)改變安裝位置和穩(wěn)定環(huán)境溫度等措施把膨脹靜壓減到非常小。
選擇毛細(xì)管的長(zhǎng)度要盡可能短,毛細(xì)管直徑要盡可能小,以減小填充液體積達(dá)到減少溫度誤差。
3 結(jié)束語(yǔ)
總之,合理選用法蘭密封系統(tǒng)差壓變送器應(yīng)綜合考慮,既要盡可能減少環(huán)境溫度變化帶來(lái)的測(cè)量誤差,又要滿(mǎn)足過(guò)程測(cè)量工藝介質(zhì)特性、溫度、響應(yīng)時(shí)間等要求。
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