一種測量低溫液體壓力的安裝方法

于松濤，李德剛

(中海油石化工程有限公司，山東 濟南 250101)

在石油化工生產裝置中，使用導壓管取壓安裝的儀表主要是壓力、差壓(流量)等，本文以壓力為例介紹低溫液體介質測量安裝的方法。為了正確測定工藝過程中的壓力參數，必須根據使用條件和要求，嚴格地選用壓力測量儀表和正確的安裝方法。

壓力測量儀表的安裝方法，需要根據被測對象的特性來選擇。本文針對低溫液體乙烯的壓力測量儀表的安裝方法進行了分析闡述，提出了一種適用于低溫液體乙烯壓力測量的方法。

1 壓力變送器測量原理

壓力變送器是一種將壓力信號轉換為電信號的設備，包括：測壓元件傳感器、過程連接部件和測量電路三部分組成。主要是通過測壓元件傳感器檢測氣體、液體等流體的物理壓力參數，并將其轉換成標準的4～20 mA電信號，用于指示、報警、記錄及控制調節等。

壓力變送器除了測量壓力外，還可以用于測量介質的壓力差，包括差壓變送器、差壓式流量變送器、差壓式液位變送器等[1]。

2 壓力變送器安裝

為了能夠準確測量壓力參數，壓力變送器的安裝還需要從取壓口的選擇、導壓管的安裝和壓力變送器的位置等方面進行考慮和選擇。

2.1 取壓口的選擇

取壓口，就是指在被測對象上引取壓力信號的開口。在選擇取壓口的時候，需要從以下幾個原則考慮：

1)取壓口的位置應該能反映被測壓力的真實情況，因此取壓口要選在被測介質直線流動的管段上，盡量避開管道拐彎、死角、分岔及流束形成渦流的地方。

2)當測量氣體壓力時，取壓口應選在管道橫截面的上半部，如圖1所示。

3)當測量液體壓力時，取壓口應選擇管道橫截面的下半部，并且在管道水平中心線下45°的范圍內，如圖2所示。

4)當蒸汽壓力時，取壓口應選在管道橫截面上、下部，并且與管道水平中心線成45°的范圍內，如圖3所示。

圖1 氣體壓力取壓口

圖2 液體壓力取壓口

圖3 蒸汽壓力取壓口

2.2 導壓管的安裝

在壓力測量中，導壓管是連接取壓口到壓力變送器的重要部件，也是傳輸壓力信號的主要設備，因此導壓管的連接方式、施工方法是否正確，決定了相關工藝參數測量是否準確。在導壓管安裝時，需要從以下幾個原則考慮：

1)導壓管及附件的材料，應能夠適應被測介質的性質，即耐高溫、低溫、耐壓和耐腐蝕的性質[2]。

2)在取壓口附近的導壓管，應與取壓口垂直，管口應與管壁平齊，并不能有毛刺。

3)導壓管的粗細、長短應選用恰當，防止測量時產生較大的滯后，一般內徑為6～10 mm，長度在滿足測量要求的前提下，敷設路徑要盡量短，且不易大于15 m。

4)導壓管的水平段應保持一定的坡度，并且這個坡度一般稍大于動力管道坡度，根據不同介質可以按照1∶10-1∶100的坡度進行敷設。導壓管傾斜的方向必須保證產生的氣體、液體能夠順利排出[3]。當不能滿足要求時，需要在管路集氣處安裝排氣裝置，集液處安裝排液裝置。

5)當被測介質易凍、易結晶、易氣化、易凝結時，或者環境溫度較高、較低時，應考慮伴熱或者隔熱措施。

2.3 壓力變送器的位置

壓力變送器的安裝位置，應充分考慮被測介質的特性，一般情況下：

1)當測量氣體壓力時，應優先選擇變送器高于取壓點的安裝方案，這樣可以使導壓管內的冷凝液回流至工藝管道，否則需要設置分離器，及時排出導壓管內產生的凝液，如圖4所示。

圖4 測量氣體時壓力變送器位置

2)當測量液體壓力時，應優先選擇變送器低于取壓點的安裝方案，這樣可以保證導壓管內不易集氣體，否則需要在導壓管的最高處增加排氣閥，或者設置集氣器，如圖5所示。

圖5 測量液體時壓力變送器位置

3)當測蒸汽時，應優先選擇變送器低于取壓點的安裝方案，這樣可以保證導壓管內不易集氣體，另外還需要在導壓管最高處增加冷凝管，以避免蒸汽高溫對壓力變送器膜片造成的損害，如圖6所示。

圖6 測量蒸汽時壓力變送器位置

3 低溫液體測壓力

在石油化工裝置中，存在大量測量低溫液體壓力、流量的場合[4]，在測低溫流量時使用節流裝置，本質也是測量液體壓力[5]。

在某石化裝置中，存在測量低溫液體乙烯壓力或者差壓式流量的工況。乙烯臨界溫度較低，僅為9.2℃，低于臨界溫度較低測量，壓力變送器低于取壓點的方式測量，導壓管內充滿液體，把液體部分產生的壓力遷移，符合安裝要求。當環境溫度大于9.2℃時，導壓管內的液態乙烯氣化，在導壓管內形成氣相空間，由于變送器位置低于取壓點，氣化后的介質流回工藝管道，由于環境溫度不是固定溫度，導致測量介質壓力誤差過大，甚至無法測得有效的測量值。

3.1 測量方案調整

針對低溫液體乙烯的壓力測量，采取將液體乙烯氣化后，使導壓管內液體的位置相對固定，氣相的壓力近似介質的壓力，通過測量氣體乙烯的壓力實現測量液體乙烯的壓力。

其實現方法為：延長導壓管水平段長度，讓液體乙烯充分吸收環境的熱量(當環境溫度低于臨界溫度時，采用蒸汽伴熱或者電伴熱方式提供熱量)，然后氣化，低溫液體乙烯充分氣化后，使導壓管內充滿氣相介質。由于導壓管是聯通不間斷的，介質的氣相壓力和導壓管內的壓力幾乎相等，這樣就實現了通過測量介質的氣相壓力來實現測量管線內介質壓力的目的。

要實現這種測壓方案，關鍵是要控制好介質氣化后形成的氣液兩相的界面位置，盡量避免導壓管內液柱的高度變化對測量準確性造成的影響。

因此針對這種方案，在取壓口選擇、導壓管安裝和變送器位置的選擇上都要做一定的修改。

3.2 方案分析

為了對方案可行性進行分析，現假設條件如下：

1)介質保冷，至導壓管水平段。

2)取壓點到導壓管水平段都為液態。

3)介質在導壓管水平段完全氣化。

4)導壓管水平段到變送器的垂直管內為氣態。

設取壓點到導壓管水平段距離為：L；取壓點與管道水平中心線夾角為：θ；液態乙烯密度：ρ1；工藝管道內介質壓力為P0，變送器測得壓力為P1，則

(1)當取壓口在管道水平中心線上方時，如圖7所示，變送器實際測量壓力應為：

P1=P0-ρ1*g*L*sinθ。

(2)當取壓點在管道水平中心線下方時，如圖8所示，變送器實際測量壓力應為：

P1=P0+ρ1*g*L*sinθ。

圖7 取壓口在管道水平中心線上方

圖8 取壓口在管道水平中心線下方

為了保證變送器測得壓力與工藝管道內介質壓力相同，即P1=P0，那么需要使θ盡可能的小，理想狀態時θ為0°，即取壓口方向與管道中心水平線方向一致。

但是當θ為0°時，會使得在取壓口附近存在氣液兩相的情況，為了保證能夠將氣化后的氣體封存在導壓管內，同時又避免導壓管內液柱變化太大，影響其測量準確性，所以取θ為5～10°。

3.3 安裝方案調整

3.3.1 取壓口的選擇

取壓口方向與管道水平中心線方向的夾角為5°～10°，把氣化后的氣體封住在導壓管里，又盡量避免導壓管里的液柱變化太大，影響測量準確性。

3.3.2 導壓管的安裝

為了滿足方案的假設條件，需要對導壓管進行特殊處理。

(1)從取壓點至導壓管水平段，已經導壓管水平段300 mm處，需要作保冷處理，使介質處于液體狀態。

(2)導壓管水平段距離要足夠長，至少2000 mm，保證介質在該處能夠完全氣化，并有一定的氣相空間，避免導壓管垂直段存在液相的情況。

(3)考慮到項目所在地冬天氣溫較低，低于乙烯的臨界溫度，因此在導壓管水平段至壓力變送器之間要進行伴熱處理，使這段距離內的介質處于氣相狀態。

3.3.3 壓力變送器的安裝

測量低溫乙烯壓力其實是測量氣化后的氣體壓力，變送器的位置應高于引壓閥。這樣避免液相流向壓力變送器，保證壓力變送器不要損壞。

調整后的安裝方案，如圖9所示。

圖9 低溫液體壓力測量安裝示意圖

4 小結

本文通過分析測量壓力參數時的影響因素，結合實際生產情況，給出了一種測量低溫液體壓力儀表的安裝方法，利用該方法，彌補了傳統測壓方式的不足，同時也很好的解決了實際生產需要問題。