法蘭變送器在化工測量中的調試應用

楊亮英，薛家科，杜 悅，鄔曉濤，薛凌飛

（1.重慶川儀自動化檢修服務有限公司，重慶401121；2.陜西延長石油榆林煤化有限公司，陜西 榆林 719000）

在現代化工生產測量中，盡管測量方法及儀器眾多，比如應用成熟的有直讀法、浮力法、靜壓法、差壓法、電容法、放射性同位素法、超聲波法、激光法、渦銜法、渦流法、微波法以及射頻導納法等測量方法；測量儀器更是各先進廠家百花齊放。但是遇到有高溫、強腐蝕、粘度大或懸浮體多、易結晶、測量頭凈化要求嚴、密封要求高等特殊介質的測量，特別是流量測量和液位測量一直是困擾廣大儀控員工的老大難問題。經眾多工程技術與專業維護人員長期探索和總結一致認為，遇到上述情況時應首選法蘭變送器進行測量。

1 法蘭變送器的調試原理

1.1 法蘭變送器的測量簡介

作為測量元件的金屬膜盒1通過鎧裝的毛細管2與變送器3的測量側保持相連，在膜盒、鎧裝毛細管和測量室組成的密封系統內充滿惰性液體（一般需根據工況要求有耐高溫、常規和耐低溫區別的），作為傳壓介質。這樣就構成了差壓典型的測量，其實大多要求高的化工液位測量和流量測量都屬于典型的差壓測量，只不過有的差壓變送器程序具備開方轉換功能就使流量測量功能更加強大罷了。簡易圖見圖1。

法蘭變送器可安裝在任何高度和位置。涉及到液體介質時，所測介質通常在密封容器或管道內，如圖1所示，高壓側法蘭必須補償（消除）密封器內靜壓和動壓變化的影響，低壓側法蘭用來測量密封器內液體的液位差壓；如果用于敞口容器，則高壓側法蘭應與容器低端法蘭連接，而低壓側法蘭應置于大氣中，并保持與高壓側法蘭高度持平，或者改用單側法蘭；如用于真空場合，變送器的安裝位置不能高于低壓側法蘭安裝高度。

圖1 雙法蘭差壓變送器測量液位示意圖

1.2 密封型法蘭變送器的調試

當雙法蘭送器安裝在密封設備低側法蘭水平線以下時，高壓測法蘭與設備高端法蘭連接，低壓側法蘭與設備低端連接（圖2）。

圖2 變送器安裝在密閉容器低端法蘭水平線以下

則變送器量程為 L＝H×ρ1， 零點遷移量為△L＝h3×ρ2－h1×ρ1。

當液位在最低側時，變送器所受的等效壓力等于靜壓差：△P1＝h3×ρ2－h1×ρ1＝△L；當液位在最高側時， 變送器所受的等效壓力為△P2＝h3×ρ2－h1×ρ1－H×ρ1＝△L－H×ρ1，上述中 h3為設備法蘭高低側中心距。變送器的調試量程為△P＝△P1～△P2＝△L～△L－H×ρ1， 此時變送器輸出為 （4～20）mA.DC，有時習慣上為自動方便，可改為反作用式變速器，對應變送器輸出為（20～4）mA.DC。

當雙法蘭變送器安裝在設備低側法蘭水平線上時，高壓側法蘭與設備高端法蘭連接，低壓側法蘭與設備低端法蘭連接。為避免變送器在測量過程中出現死區，需要注意：h1×ρ1≥h2×ρ2，則變送器量程為 L＝H×ρ1；此時零點遷移量為△L＝（h3－h2）×ρ2－（h1×ρ1－h2×ρ2）＝h3×ρ1－h2×ρ1。 當液位在最低側時，變送器所受壓力等效于△P1＝（h3－h2）×ρ2－（h1×ρ1－h2×ρ2）＝－△L；當液位在最高側時，做用在變送器上的等效壓力為△P2＝（h3－h2）×ρ2－〔（h1＋H）ρ1－h2×ρ2）］＝△L－H×ρ1。 此時， 送器的調試量程為△P＝△P1－△P2＝△L（1－Hρ1）（圖 3）。

圖3 變送器安裝在密閉容器低端法蘭水平線以上

圖4 變送器安裝在開口容器低端法蘭水平線以下

當單法蘭變送器安裝在露天低端水平線以下時，如圖4，高壓側法蘭與設備低端法蘭連接，低壓側法蘭安裝在設備設備與高壓側法蘭同一水平線的大氣中。則變送器的量程為L＝H×ρ1，零點遷移量為△L＝H×ρ1；液位最低側時，變送器所受的等效壓力為變送器上所受靜壓差△P1＝h1×ρ1＝△L；液位最高側時，變送器所受壓力△P2＝（H＋h1）×ρ1。 變送器的調試范圍為△P＝△P1～△P2＝△L～H× ρ1＋△L，變送器輸出配套為（4～20）mA.DC。

當變送器高壓側法蘭與露天設備低壓處法蘭連接，而低壓側法蘭安裝在變送器低壓側同一水平的大氣中時，如圖5所示，為避免變送器在使用中出現死區現象，必須使 h1×ρ1≥h2×ρ2，否則會出現實際測量范圍小于變送器校準范圍的現象。 這樣，變送器的 L＝H×ρ1；零點遷移量為△L＝h1× ρ1－h2×ρ2； 液位最低時， 變送器所受等效壓力△P＝h1×ρ1－h2×ρ2＝－△L；液位最高時變送器所受等效壓力為△P2＝（H＋h1）×ρ1－h2×ρ2＝H×ρ1＋△L。

圖5 變送器安裝在開口容器低端法蘭水平線以下

2 法蘭變送器的調試和應用技術總結

2.1 現場調試和使用技術總結

變送器鎧裝毛細管內惰性介質的比重和被測液體的比重是已知數據，只要確定了安裝位置和形式以及被測液體的測量量程（H），準確的兩區變送器的安裝數據（h1、h2、h3），就可以方便地計算出變送器的量程（L）、零點遷移量△L、最低可測液位時作用在變送器的等效壓力△P1及最高可測液位時作用在變送器上的等效壓力△P2；在實驗室將變送器正負壓側法蘭置于同一水平位置校驗好，然后安裝在現場后根據測量相應數據進行科學遷移，就可以準確測量出設備內的液位或流量的準確數據。

2.2 必須要注意的地方

因為雙法蘭式液位或流量差壓都是動態微差壓，一般設計時都特別考慮了額定工況的靜態壓力，也就是所謂的靜態壓力補償。所以大多數情況下，液位或流量只有在靜壓達到壓力等級范圍時，才會達到準確測量的效果。比如化工常用的汽包液位法蘭變送器等效壓力量程為±3.2kPa，靜態額定壓力為4MPa，同一壓力等級范圍為（2.5～6）MPa，也就是只有額定靜壓為（2.5～6）MPa時變送器才達到額定補償，此時的差壓測量值是有效的，否則超出這個靜壓范圍時的測量值是不準確的，特別是靜壓低于2.5MPa時所測的差壓一般是無效數值。

單法蘭變送器測量液位時對壓力補償更是要求嚴格。特別是露天設備，當有密封型障礙時，必須考慮到壓力補償，否則測出的數據永遠是超量程。

3 結語

從上述可知，法蘭變送器的科學調試已經廣泛應用于現代化工中的液位和流量測量，而且針對性地解決了其他變送器在特殊工況下無法科學工作的難題，經眾多工程技術人員常年應用總結，此調試方案科學可行。

［1］ 任致程.傳感器變送器智能數顯控制器使用手冊［M］.北京：中國電力出版社，2007.

［2］ 孫淮清.流量測量節流技術手冊［M］.北京：化學工業出版社，2005.

［3］ 劉燦軍.實用傳感器［M］.湖南：國防工業出版社，2005.

［4］ 杜維.過程檢測儀表及技術［M］.北京：化學工業出版社，2010.

［5］ 鄭明芳.石油化工儀表及自動化［M］.北京：中國石化出版社，2009.

［6］ 柳貴國.檢測技術及應用［M］.北京：電子工業出版社，2007.

［7］ 中國計量測試編寫組.一級注冊計量師基礎知識及專業實務［M］.北京：中國計量出版社，2009.