差压式液位变送器(知识||液位测量——差压式液位计（连载3）)

差压式液位变送器
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七、汽水界面下的应用

概述：
差压式液位计是目前电厂锅炉汽包、天然气制氢重组炉汽包、除氧器等容水设备中用的最普遍的一种测量液位的仪表，因受安装方式、汽、水密度变化等许多因素的影响，容易引起较大的测量误差。很多职场小白却弄不清楚误差到底是怎么产生的，本章着重介绍它的原理及误差产生原因。

如图：
单室平衡容器和双室平衡容器的输出差压都为：ΔP= P+ -P-
常温常压工况：ρ1为脱盐水的密度1.0，ρ2为蒸汽密度0，ρ3为隔离液密度1.0，H为汽包总高度1m，H1为脱盐水液位0.25m，H2为液面至汽包顶部高度0.5m，H3为平衡容器气相高度0.1m，L为差压液位计量程0.5m，求差压值ΔP。
解：根据公式P=ρgH，
高压侧压力为：P+=1.0×9.8×0.5=4.9Kpa
低压侧压力为：P- =1.0×9.8×0.25=2.45Kpa
差压值为：ΔP=4.9-2.45=2.45Kpa
高温高压工况：经查密度表，当温度为250℃，压力为4.0Mpa，ρ1为脱盐水的密度0.799，ρ2为蒸汽密度0.02，隔离罐内气体密度约为0.02，ρ3为隔离液密度约为1.0，H为汽包总高度1m，H1为脱盐水液位0.25m，H2为液面至汽包顶部高0.5m，H3为平衡容器气相高度0.1m，L为差压液位计量程0.5m，求差压值ΔP。
解：根据公式P=ρgH，
高压侧为：P+ =（ρ3×g×L）+（ρ2 g×H3）=（1.0×9.8×0.5）+（0.02×9.8×0.1）
              P+=4.920Kpa
低压侧为：P- ≈（ρ1×g×H1）+（ρ2 g×H2）≈（0.799×9.8×0.25）+（0.02×9.8×0.5）
                  P- ≈2.056Kpa
差压值为：ΔP=4.92-2.056=2.864Kpa
结论：两种不同工况测量值误差为ΔP高-ΔP常=2.864-2.45=0.414Kpa，以上所推导的公式是以量程0-0.5m，实际液位为0.25m来计算的，如果量程范围变大或者实际液位上升，误差也会相应增大。
通过以上计算公式可以看出，在两种不同工况下水的密度及蒸汽的密度都不相同，用常温常压或高温高压状态下的密度去进行差压换算并输入变送器都是不严谨的。面对这种情况，必须对汽包液位进行温压补偿才能对液位修正。在实际工作当中，液位的修正公式可以请设计院提供。
      汽水界面与其他液体测量的区别：测量汽水界面液位需要计算蒸汽的密度及水的密度，因为水的密度随着温度升高而降低，蒸汽的密度随着压力的增大而增加。测量其他常温常压介质无需考虑介质密度的变化。
容易混淆的点：因为隔离罐与汽包是连通的，H侧与L侧它们所承受的汽压是一样的。常温常压状态下不必考虑汽相的密度，但温度及压力升高后就必须考虑它的密度变化了。
差压变送器H侧与L侧反装的影响：
在用差压变送器测量液位时，高压侧接容器下部的导压管，低压侧接容器上部的导压管，这样仪表输出便能按照习惯，液位上升，输出增加；液位下降，输出减少。同样，在用差压变送器和节流装置配套测量流体流量时，正压导管接变送器高压侧，负压导管接变送器低压侧，这样变送器才能正常工作。
但是由于工作不慎，高低压导管敷设反了，或者为了维护操作方便，必须将正压导管接变送器低压侧，负压导管接变送器高压侧。在这种情况，变送器还能不能正常工作?导压管还需不需拆除后重新敷设?下面来论证。

如图：介质与隔离液均为水，密度ρ为1.0，H1为液位量程1m，H2为下法兰至变送器高度0.5m,H3为平衡容器至变送器高度1.5m，求无液位与满液位的差压值。
左图解：根据公式P=ρgH，
       无液位
 LP=ρgH3=1.0×9.8×1.5=14.7Kpa
        HP=ρgH2=1.0×9.8×0.5=4.9Kpa
ΔP=HP-LP=4.9-14.7=-9.8Kpa
        满液位
LP=ρg（H2+H1）=1.0×9.8×1.5=14.7Kpa
        HP=ρg H=1.0×9.8×1.5=14.7Kpa
ΔP=HP-LP=14.7-14.7=0Kpa
  差压变送器量程为：-9.8Kpa至0Kpa。
右图解：根据公式P=ρgH，
       无液位
HP=ρgH3=1.0×9.8×1.5=14.7Kpa
LP=ρgH2=1.0×9.8×0.5=4.9Kpa
ΔP=HP-LP=14.7-4.9=9.8Kpa
        满液位
LP=ρg（H2+H1）=1.0×9.8×1.5=14.7Kpa
        HP=ρg H3=1.0×9.8×1.5=14.7Kpa
ΔP=HP-LP=14.7-14.7=0Kpa
差压变送器量程为：9.8Kpa至0Kpa。
变送器正反装ΔP变化比较表

结论：
对于测量静压液位的变送器来说，导压管接反了，只能违反常规使输出反向显示。当液位最低时，输出不是零位，而是100％；当液位最高时，输出不是最大，而是O％，早年没有零点迁移的差压计就是这样用的。但对于测流量的差压变送器，导压管接反了，通常不能工作。智能变送器是用手持通信器的组态来实现它的功能的，在变送器内部有正反向转换模块，只要将它设定成反向，便可解决导压管接反的问题。对于非智能变送器，有的电路板上也有一正反向插块，只要改变插块的插接位置，也可实现正反向的转换。
所谓正向，是指变送器的差压信号增加，输出也增加；反向则是差压信号增加，输出减少。
凡是有正反向转换的变送器，如果导压管接反了，只要将它改为反向输出状态，再加上一定的零点正负迁移，便可使变送器按常规输出方向工作，而不需改装引压导管。如若变送器没有正反向输出功能那只能在DCS系统内做信号正反向处理，控制画面才能正常显示液位。
老司机带路：
面对新建的大型炼化项目，动辄投资百亿以上，差压式液位计多到数不过来。面对这种困境，拿着尺到处爬设备挨个测量H与h是不可能的。那我们应该怎么用最短的时间解决最多的问题呢？
1、    择危法：
选择整个工厂内最危险的介质如：剧毒、易燃、易爆、高温、高压等储罐，拿尺子去量液位变送器的H与h（尽量以现场测量值为准），然后通过测量值计算ΔP并记录在笔记本上。
2、    移花接木法：
前面已经测量了一些H与h并且计算了ΔP，我们看一下计算出来的这些ΔP有无备用储罐。如有备用储罐，我们对号入座，对每一个备用液位变送器进行参数规划。待正式进原料后再进行参数修正（修正办法后面会讲）。
3、    以逸待劳法：
储罐在投入使用前，施工人员会对槽罐做酸洗与碱洗之类的工作。不要着急，先让他们忙上一阵子，你只需要了解他们的时程安排就好了。待施工人员酸洗完毕，准备对槽罐注入清水前一段时间，储罐内并无液位。你过去把液位变送器的测压口打开，并联通大气。此时差压变送器所显示的差压值，就是您所需要的零点差压值。然后再通过上面的公式计算出ΔP，此时差压变送器所显示的差压值加ΔP值即为满液位的值。然后再用手操器将相关参数规划到变送器里就可以了（计算ΔP必须用以后所装介质的密度）。

八、经典案例分享

案例1：
我有位同事叫二狗，有天上班他找我聊天，过程中他眉头紧锁，语重心长的告诉我：最近遇到一个很诡异的仪表问题，细心的工艺人员发现V-101废盐酸储罐液位经常出现间歇性失真，这台双法兰液位计我亲自去修理了很多次都没有解决问题，现在真的想不出怎么办了。
我向他了解情况后随即查看了检修记录和DCS系统的趋势图，趋势图呈无固定周期波动1小时左右，随后正常一段时间，之后再波动1小时左右，依次类推。
检修记录显示：
1、拆开上下法兰检查膜盒正常，上下法兰口无任何沉积物及结晶物堵塞，毛细管无破损。
2、法兰口垫片无偏移，不影响膜片正常动作。
3、零点迁移值与计算值无误差，零点无偏移现象。
4、变送器接线盒内无积水、无水珠，电路板无烧焦、无烧糊现象，电流电压完全正常。
5、信号发生器自现场送信号与DCS系统显示一致。
透过上面的记录我做如下分析：
1、上下膜盒无损坏、无堵塞、硅油无泄漏，说明硅油及导压管是正常的。
2、法兰口垫片无偏移，说明不会有额外的压力差，即使有偏移也不会造成液位波动。
3、变送器的零点是正常的，再标定也无意义。
4、接线盒内没有水，电路板也是正常，说明变送器接收及传送信号肯定没问题。
5、自现场送信号至DCS，两边信号一致，说明卡件及线路是没问题的，另外DCS系统组态也是没问题的。
6、变送器没问题，线路没问题，电流电压没问题，卡件及组态没问题，那问题肯定出在工艺操作或者自然条件的变化。
顺着以上思路我向工艺操作人员了解到：
1、在液位出现波动前，都会听到调度下达指令给公用项目启动真空机组。
2、在液位出现波动前，会看到有槽车在装卸台装货。
结论：
透过以上分析询问，并现场确认工艺配管，确认液位波动的原因是：槽车在装卸物料时必须接真空系统，用来回收槽车内的尾气。真空系统管道也接到了V-101废盐酸储罐，不装车的时候，真空管作为尾气出口进入尾气吸收系统。装车的时候，启动真空机组后回收了槽车内的尾气。由于真空度变化较大较快，V-101废盐酸储罐内气相的压力也会波动，所以双法兰液位变送器L侧也会随着V-101废盐酸储罐压力的波动而波动。变送器计算出的ΔP值也会随之变化，液位却是恒定不变的。
改善方案：
1、更换液位计种类，可选择不受压力影响的液位计如：雷达波，磁翻板，浮球等。
2、更改工艺管道，使储罐内的压力不受真空机组影响。
3、在管道上增加阀门，开启真空机组前关闭阀门，使储罐内压力不受真空度影响。
案例2：
我的同事叫二狗，有天上班他打电话到我办公室，他言语急促的告诉我：V-307生活水储罐单法兰液位变送器进水了。现在换了一台新的，但是DCS显示值与实际液位误差很大，无法正常使用。工艺人员催着修理好，我一时半会又查不出原因。
据他描述做了如下工作：
1、拆开法兰使H侧与L侧同时跟大气连通显示差压值为0。
2、给H侧打压显示差压值为正数，与打压台数值一致。
3、给L侧打压显示差压值为负数，与打压台数值相反。
4、测量电压值为22.5V，测量电流值与理论值误差一倍左右。
经上面描述我做以下分析：
1、H侧与L侧同时连通大气差压值为0，说明常压状态下变送器无故障。
2、H侧送标准压力显示正常，说明正压侧无故障。
3、L侧送标准压力显示正常，说明负压侧无故障。
4、电压22.5V，说明回路电压有衰减，在可接受范围内。
5、电流误差一倍左右，说明变送器电流输出存在严重问题。
结论：
我至现场发现变送器液晶面板上显示了开方的标志，如下图所示。很显然是因为差压变送器出厂前把线性设置为开方才导致变送器的输出不准确。
               
改善方案：
差压变送器测流量从节流件到DCS显示，中间只需一次开方。开方前后的信号呈开方关系，开方前的信号＝开方后的信号2，如若侧量液位要设置成线性千万不能开方，开方后会导致输出电流差一倍左右。
案例3：
我的同事叫二狗，大早上他神秘兮兮的跑到办公室找我聊天：V-502蒸汽冷凝水回收罐的差压式液位计显示值与双色液位计不一致，平衡容器的接的是L测，正常操作温度160℃，压力0.2Mpa。每次给平衡容器灌完水，做完零点迁移，准确的液位能维持半个月，过了半个月又得重复前面的工作。变送器拆下来打压测试无任何信号偏移情况，已查明双色液位计是准确的，可作为标准液位参考。
我通过描述归纳信息如下：
1、现场有2台液位计1台差压式1台双色液位计，双色液位计是准确的，差压式不准确。
2、变送器用打压台做测试确认变送器无故障。
3、L测接有平衡容器接，每次标定都灌隔离液，标定后能维持半个月的使用周期。
结论：
在重新标定后的第四天，我至现场发现变送器所显示的差压值，与理论差压值有了一些轻微的误差，经过计算发现比理论差压值大了一些。
我断定误差来自L侧隔离液漏掉了，现场检查后发现平衡阀无滴水，地面无积水。用排除法把可能的原因都排除了，最后断定三阀组之平衡阀内漏。拆开检查后，果然阀体内有铁屑阻挡了阀芯的行程。导致凝液罐内的水流至了H侧，最终L侧的水位与H侧的水位平衡。同时ΔP也越来越接近于0（除了平衡阀内漏之外，L侧的平衡液外漏也会导致差压值不准确）。
操作三阀组的两大原则：
1、不能让导压管内的凝结水或隔离液流失。
2、不可使测量元件（膜盒或波纹管）单相受压或受热。
案例4：
二狗是一名出色的仪表工，深得领导信任。有天资料员将维修记录送给我审查，我看到二狗的一份维修记录写到：V-613储罐双法兰差压式液位计与现场指示磁翻板液位计比较存在0.5米误差，工艺人员通过计算声明磁翻板液位计是准确的。由于V-613储罐内装的是剧毒易挥发介质，因此对差压式液位计做微调处理，保证与磁翻板显示一致。
结论：
在工作中，经常会遇到一台设备上有2种不同结构的液位计，比较后发现存在液位差。由于介质是剧毒易挥发介质，盲目拆卸法兰校正会导致人员中毒。所以无法确认到底是哪台不准确，常用规办法是向工艺人员询问，让他们通过物料平衡推算出实际液位更接近于哪一台，然后再行调整。
以双法兰差压式液位计为例：ΔP是定值，根据公式P=ρgH，计算出误差值的压力，将零液位时的ΔP加误差压力P设为下限，满液位时的ΔP加误差压力P设为上限，即修正完毕。
案例5：
据工艺人员反映：工厂里15米高的盐水（Nacl）储罐，现场液位显示与DCS画面显示不一致，现场显示是磁翻板液位计，远传至DCS系统的为双法兰差压液位。
二狗经常修理差压式液位计，对差压式液位计有独到的见解。工厂凡差压式液位计有故障，我首先会想到让二狗去处理。但是这次他却认怂了。
二狗这样回复：这台液位计修理了很多次，各种测试都做过了，变送器绝对没问题！液位显示有时偏高，有时偏低我拿它没辙了。
结论：
我带二狗去现场查看了变送器的差压值与磁翻板液位显示，并记录在本子上。同时邀请化验员取了一些盐水的样品进行密度测试。化验员测试盐水的密度为1.2，二狗查看了变送器内部参数LP=11.76Kpa,HP=158.76Kpa,测算ΔP=147Kpa。二狗按照密度1.2重新计算了LP值与HP值并用手操器把相关参数设置到变送器内，液位与磁翻板终于一致了。
但是2天后，工艺人员又反应液位不一样了。二狗再次邀请化验员取样测试密度，结果密度为1.1。与工艺人员讨论后得知，盐水的密度受操作影响是不能恒定的。所以依据差压值来计算液位是不准确的。
改善方案：
1、增加密度测量仪表，在DCS系统或者其他二次表做液位补偿公式。
2、把差压式液位计更换为不受密度影响的液位计。

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