在石油、化工、醫藥、能源等行業中, 壓力容器內的液位自動測量的應用非常普遍。而液位自動測量的多種方法中屬差壓式變送器液位測量法應用非常為廣泛。本文著重介紹一般差壓變送器在測量氣相易冷凝( 在操作環境下) 的工藝介質的液位時對取源管路敷設的要求, 并分析錯誤安裝帶來的后果。

圖1 為正確的安裝方法( 差壓液位變送器和就地液位計共用工藝設備的液位接口在一些引進的項目中較常見) , 圖2 為錯誤的安裝方法( 現場安裝易出現的錯誤) 。

1- 差壓液位變送器的取源閥; 2- 冷凝容器; 3- 差壓變送器;

4- 就地液位計; H - 液位變化范圍; h - 差壓變送器的上下取源口距離( 圖1 中) ; h 1- 冷凝容器取源口與差壓變送器上取源口距離( 圖2 中) ; h 2- 冷凝容器取源口與差壓變送器下取源口距離; M - 變送器下取源口與差壓變送器正壓口之間的距離; L -非常低液位與差壓變送器下取源口距離。

由圖可以看出:

h = h1+ h2 ( 1)

假定: C1 為被測介質在操作溫度、壓力下的比重; C2 為隔離液或工藝冷凝液比重; C3 為差壓變送器下取源口至差壓變送器正壓口之間的被測介質在環境溫度下的比重( 忽略設備上部氣相介質的影響) 。

設: 差壓變送器量程為p 1, 負遷移量為p 2。

圖1: ( 正確安裝的測量結果)

p 1= C1* H ( 2)

p 2= C2* ( h+ M) - C1* L - C3* M ( 3)

遷移后的量程范圍( 對應0~ 100%) :- p 2~ - p 2+ p 1 ( 4)

將等式( 2)、( 3) 代入整理后得:C1* L + C3* M - C2* ( h + M ) ~ C1* ( L+ H ) + C3* M- C2* ( h + M ) ( 5)

從上式可以看出: 各參數都是固定的, 從設計到施工調校都能準確無誤的完成, 確保測量結果與實際液位的一致性。

圖2: ( 不正確安裝的測量結果)

p 1= C1* H 同等式( 2)

p 2= C2* ( h2+ M + h1 * Y ) - C1* L - C3* M ( 6)

遷移后的量程范圍( 對應0~ 100%) :- p 2~ - p 2+ p 1 同等式( 4)

將等式( 2)、( 6) 代入整理后得:

C1* L + C3 * M - C2* ( h2 + M + h1* Y)~ C1* (H + L ) + C3* M- C2* ( h 2+ M+ h1*Y) ( 7)

Y 為h1 的液位系數, 其值為0~ 1, 在開車的非常初階段冷凝液在h 1 段的液位為0, 即Y 的值為0; 隨著工藝裝置生產時間的延長, 工藝冷凝液在h1 段的液位逐漸升高, 即Y 值逐漸增大到1。由于Y 值從0 增大到1 的時間難以預測, 而現場施工調試時往往忽略了這一變化過程, 簡單地認

為Y 值為0( 調試時的值) , 且固定不變。將Y=0 代入等式( 6) 得調校后的實際負遷移量為:

p 2= C2* ( h2+ M) - C1* L - C3* M ( 8)與等式( 6) 相比負遷移量的值減少了C2* h 1* Y 。

將Y= 0 代入等式( 7) , 得調校后的實際量程范圍為:

C1* L + C3* M - C2 * ( h2+ M ) ~ C1 * (H+ L ) + C3* M- C2* ( h2+ M) ( 9)

經數學整理分析( 在此不作贅述) 后可知: 儀表測量結果因此比實際液位值偏小。相對誤差為:

C2* h1* Y* 100/ C1* H % 

為了突出說明錯誤安裝方法的影響程度, 先作如下假設:

C1= C2= C3= 1( 與水的比重) , h1 的值根據

安裝的實際情況一般為200 mm。工藝裝置運行

一段時間后Y 值為1。將此假設代入等式

得相對誤差為:

20 000/ H % 

當液位范圍是0~ 2000 mm 時, 相對誤差為10% 。正常的可接受的系統測量誤差約為量程的

( 1~ 2)% , 錯誤的安裝導致誤差太大。

在實際的工程設計施工過程中的專業分工如

圖1~ 2 的分工線所示: p 代表管道布置專業, I代表儀表專業。由儀表專業綜合工藝條件后向管道布置專業提出系統條件, 從工藝設備到差壓變送器和就地指示液位計的取源根部閥部分的測量管路由管道布置專業負責設計, 從取源根部閥到差壓變送器和就地指示液位計的測量管路由儀表專業負責設計。因此, 管道布置和儀表兩個專業及施工單位都應注意: 儀表取源口應水平敷設, 按垂直角度敷設會導致很大的測量誤差。

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