淺析雙法蘭差壓液位變送器在化工工業的選型、安裝及除錯方法
0 引言
雙法蘭差壓液位變送器是石油、化工和石化生產過程中應用十分廣泛的液位測量儀表，其特點是結構簡單、精確度高、線性好、便於安裝與維護、易於組合成控制系統，用於連續或間歇生產過程的塔、罐、槽等容器的液位連續測量和界位測量。雙法蘭差壓變送器主要用於測量具有腐蝕性、黏度大、易結晶、低凝固點液位的被測介質。本文闡述了雙法蘭差壓液位變送器的安裝、除錯、維護、故障處理等方面的使用經驗及其作為物位變送器使用的優點。
1 裝置簡介
標準的雙法蘭差壓液位變送器包括下列部件：法蘭盤、毛細管、安裝支架、測量表頭
1.1 法蘭盤法蘭盤用於將儀表與工藝裝置進行連線，同時法蘭盤膜盒部分用於壓力的測量。法蘭盤有尺寸、壓力等級要求，其尺寸與法蘭磅級應與工藝裝置相符。
1.2 毛細管毛細管用於連線法蘭盤與測量表頭，管內填充矽油，起到壓力傳遞的作用。
1.3 安裝支架安裝支架屬於標準件，可以將測量表頭安裝固定至現場保溫保護箱或安裝支架。
1.4 測量表頭電氣連線、電路板和可選的液晶顯示頭式測量表頭的組成部分。(1) 電氣連線。 提供1/2NPT 的標準電氣介面，用於4 ～20mA 等其它訊號的連線，大部分的表頭左右各分部1 個連線口，方便現場實際安裝過程中的位置調整。(2) 電路板。 電路板位於測量表頭內部，與測量表頭使用排線連線，根據工作需要可進行拆卸。(3) 液晶顯示頭。用於現場顯示實時測量值，可根據實際需要顯示不同的單位標示( 使用HART 手操器進行內部引數修改)，便於現場除錯過程中的與工藝就地液位計進行數值對比。
2 選型注意事項
2.1 確定壓力液位變送器的型號
壓力變送器的型號確定是指測量表頭的型號確認，其確認過程中需根據測量壓力範圍、輸出方式(4 ～20mA 帶HART協議或Profibus 等方式)、過程法蘭型別、毛細管連線形式、是否帶液晶錶頭等引數進行型號選擇。其中是否帶液晶錶頭的選擇要根據變送器使用環境溫度，若使用環境溫度過低( 零下25℃以下)，則不建議帶液晶錶頭，因為根據現場實際應用經驗，環境溫度過低則液晶顯示屏將無法顯示。
2.2 確定膜片密封件元件型號
膜片密封件元件型號確定是指法蘭盤及毛細管的型號確認，其確認過程中需根據膜片密封件型別、密封件位置、毛細管充罐液、毛細管連線長度等引數進行型號選擇。其中毛細管充罐液要根據測量介質的溫度進行選擇，若充罐液選擇不當，則可能造成雙法蘭差壓變送器在使用過程中無法適應測量介質溫度，導致儀表無法正常精確測量。
3 安裝注意事項
(1) 雙法蘭差壓液位變送器安裝位置應易於維護，便於觀察，且靠近取壓部件。
(2) 雙法蘭差壓液位變送器安裝要考慮毛細管長度的限制。
(3) 雙法蘭差壓液位變送器安裝過程中毛細管的彎曲半徑應大於50mm。
(4) 雙法蘭差壓液位變送器安裝過程中要注意法蘭盤墊片與膜盒之間不能出現擠壓，以免影響壓力正常測量和傳遞。
(5) 雙法蘭差壓液位變送器的毛細管應採取保護固定。懸空部分應使用40( 或50) 角鋼進行固定，防止因大風等外部環境造成毛細管晃動影響壓力測量和傳遞。
(6) 雙法蘭差壓變送器的毛細管應有絕熱措施。在選型過程中為滿足測量介質溫度要求，毛細管充罐液分為低溫充罐液和高溫充罐液，因此必須對毛細管採取一定的絕熱措施，防止因外部環境溫度的變化影響毛細管充罐液的相態導致壓力測量偏差。
(7) 雙法蘭差壓變送器若安裝在室外應考慮配套儀表保溫保護箱，將變送器測量表頭安裝至保溫保護箱內，保證測量表頭電路板及液晶顯示屏的使用溫度要求並滿足儀表防護要求。
4 除錯方法
零點遷移
在使用差壓變送器測量液位時，一般來說，其壓差Δp 與液位高度H 之間有如下關係
Δp=Hρg(4-1)
這就屬於一般的“無遷移”情況。當H=0 時，作用在正、負壓室的壓力是相等的。但是雙法蘭差壓變送器在實際應用中，往往H 和Δp 之間的對應關係不那麼簡單。例如圖1 所示，雙法蘭差壓變送器測量密閉容器物位。若被測介質密度為ρ1，雙法蘭差壓變送器毛細管充罐液密度為ρ2( 通常ρ2>ρ1)，這時正、負壓室的壓力分別為
p1=h1ρ2g+Hρ1g+p0(4-2)
p2=h2ρ2g+ p0(4-3)正、負壓室間的壓差為
p1-p2= h1ρ2g+Hρ1g- h2ρ2g
即 Δp= Hρ1g-(h2- h1)ρ2g(4-4)
式中;Δp 為變送器正、負壓室的壓差；H 為被測液位的高度；h1 為正壓室取壓閥到變送器的高度；h2 為負壓室取壓閥到變送器的高度。
將式(4-4) 與式(4-1) 相比較，就知道這是差壓減少了(h2- h1)ρ2g 一項，也就是說，當H=0 是，Δp=-(h2- h1)ρ2g，對比無遷移情況，相當於在負壓室多了一項壓力，其固定數值為(h2- h1)ρ2g。假定採用的是DDZ- Ⅲ型差壓變送器，其輸出範圍為4 ～20mA 的電流訊號。在無遷移時，當H=0,Δp=0, 這是變送器的輸出I0=4mA ；當H=Hmax，Δp=Δpmax，這時變送器輸出I0=20mA. 但是有遷移時，根據式(4-4) 可知，由於有固定的差壓的存在，當H=0 時，變送器的輸入小於0，其輸出必定小於4mA ；當H=Hmax 時，變送器的輸入小於Δpmax，其輸出必定小於20mA。為了使儀表的輸出能正確反映出物位的數值，也就是使物位的零值與滿量程能與變送器輸出的上、下限值相對應，必須設法抵消固定壓差(h2- h1)ρ2g 的作用，使得當H=0 時，變送器的輸出仍然回到4mA，而當H=Hmax 時，變送器的輸出能為20mA。根據工程實際經驗，採用零點遷移的方法就能夠達到此目的，即通過HART 手操器等標準儀器調整變送器的測量下限，以抵消固定壓差(h2- h1)ρ2g 的作用。這裡HART 手操器等標準儀器的作用，其實質是改變變送器的零點。遷移和調零都是使變送器的起始值與被測值相對應，只不過零點調整量通常較小，而零點遷移量則比較大。
5 常見故障及處理方法
5.1 儀表指示波動
(1) 雙法蘭差壓變送器毛細管充罐液選型錯誤，充罐液使用溫度無法滿足裝置操作溫度。(2) 雙法蘭差壓變送器毛細管未固定，造成毛細管隨意擺動。(3) 雙法蘭差壓變送器毛細管未做絕熱措施，受環境溫度影響較大。(4) 雙法蘭差壓變送器阻尼時間設定過小。
5.2 儀表指示較就地液位計偏大(偏小)
(1) 雙法蘭差壓變送器下( 上) 法蘭盤在固定過程中墊片與法蘭膜盒面產生擠壓，造成膜盒自由狀態下受力，將法蘭盤拆除更換墊片重新緊固。
(2) 被測介質實際密度較原設計密度偏大( 小)。
(3) 雙法蘭差壓變送器正( 負) 壓室取壓閥有異物或凍堵。
(4) 雙法蘭差壓變送器零點漂移。
6 雙法蘭差壓液位變送器的優點
(1) 可測量具有腐蝕性、粘度大、易結晶、低凝固點特性介質的物位。
(2) 具有較高的靈敏度與穩定的訊號處理特點，能應對各種過程條件。
(3) 重複性好，即使在最困難的條件下也能確保液位測量的可靠性與精度。
(4) 除錯簡單，維護量小。
7 結語