引言

        儀表是化工操作的眼睛。隨著現代自動化控制要求的不斷提高，過程操作中溫度、壓力、液位、流量等基本參數的準確和穩定就顯得尤為重要。其中，液位就是一個非常重要的工藝控制參數。根據液位測量的針對性、重要性以及液位計的測量原理，液位計的種類和測量方式也多種多樣，有雷達液位計、超聲波液位計、浮球液位計、浮筒液位計、雙法蘭液位計、磁致伸縮液位計、放射性液位計、電接點液位計等 ，其中，雙法蘭液位變送器因其結構的不同，有著上述儀表都無法具備的獨特優勢。

 

1 概述

1.1 測量原理

        雙法蘭差壓變送器由差壓變送器、毛細管和帶密封隔膜的法蘭組件構成，因為差壓變送器的正負壓室各連接一套毛細管和密封隔膜法蘭，所以稱為雙法蘭差壓變送器。正負壓密封隔膜、毛細管和變送器正負壓膜盒腔體分別由填充液（一般為硅油）連通為一體。密封隔膜直接與工藝介質接觸，其感受的壓力通過與之相連的毛細管傳到差壓變送器的正負壓膜盒上，由變送器處理后轉換成標準的電流輸出信號。根據用途的不同，可以用于液位測量、壓差測量和流量測量等。其中，用于液位測量的變送器比較多，一般稱之為雙法蘭液位變送器。

 

1.2 雙法蘭液位變送器的特點

        由于變送器法蘭上的密封隔膜阻止了被測介質進到變送器的膜盒腔體，這樣就避免了高溫、腐蝕性等特殊介質與變送器的膜盒直接接觸。與傳統的差壓液位變送器

相比，雙法蘭液位變送器沒有正負導壓管及二次閥等。因此，具有以下優點：泄漏點大大減少、不會造成導壓管的堵塞、無需保溫伴熱系統、安裝位置更加靈活、尤其是不再需要加注隔離液，也就避免了因隔離液的流失或被置換造成的測量誤差，儀表故障率大大降低。因此，對密閉容器的液位測量，雙法蘭液位變送器有著廣闊的應用。但是，也存在著一些缺點，如：儀表成本較高、儀表的零點檢查校驗比較麻煩、密封隔膜不能直接接觸高溫介質等。

 

1.3 鍋爐汽包液位的測量

        鍋爐的汽包液位是鍋爐及其控制系統中最重要的參數之一，液位測量的方法也很多，通常采用的是雙平衡容器加差壓變送器測量法，還有磁翻板液位計、電感浮球液位計、電接點液位計、電極式液位計、浮球液位控制報警儀等。

 

2 存在的問題

        在采取差壓測量時，雙平衡容器在其中充當著不可或缺的重要角色，但是由于一些用戶對于雙室平衡容器及其測量補償等方面缺少全面的必要的了解，致使應用中時有故障發生，甚至形成安全隱患。

 

        由于雙平衡容器與差壓變送器之間用導壓管連接，儀表人員要經常檢查有無滲漏現象，尤其到冬季，還要重點做好保溫伴熱工作，一旦維護不到位、不及時，就會造成液位測量不準或聯鎖停機故障。例如：勝利油田發電廠一期工程，該工程投入運行早期，其汽包水位測量系統的誤差竟達70mm～90mm，造成了汽包滿水停機事故；山東匯東公司一期天然氣制氫廢熱鍋爐汽包液位，因儀表伴熱系統發生意外，導致液位計被凍，造成了裝置聯鎖停車。迄今為止，據不完全了解，目前仍有個別用戶存在一些類似的問題或者其它問題。汽包液位是涉及機組安全和運行的重要參數和指標。因此，不允許發生任何的人為錯誤。

 

3 改造過程

3.1 改造初期

        在眾多的液位計選擇中，幾乎沒有發現雙法蘭液位變送器的影子，既然這種液位計有那么多的優點，為什么卻沒得到應用呢？為此，作者便有了嘗試用雙法蘭液位變送器去測量鍋爐汽包液位的構想。

 

        在對汽包上的兩個液位計接口進行改造后，安裝了一臺雙法蘭液位變送器，調校組態后，儀表投入運行，指示值和現場液位計完全一致。但是，隨著鍋爐汽包內水溫的逐漸升高，發現雙法蘭液位計的指示值與現場液位計開始出現偏離，數值逐漸偏低。

 

        經過分析，我意識到這是因為水的密度變化所帶來的誤差。由于水的密度受壓力的影響較小，而受溫度的影響較大，尤其在高于100℃后，隨著溫度的升高，水的密度減小的很快。例如，溫度為100℃、壓力為0.1Mpa時，水的密度為958.1kg/m 3 ；在溫度保持不變，壓力增到3.5Mpa時，水的密度為959.7kg/m 3 ，變化量僅為1.6kg/m 3 ，約0.17%；但當壓力保持3.5Mpa不變，水的溫度從100℃升到240℃時，密度就會從959.7kg/m 3 下降到813.7kg/m 3 ，變化幅度約15%�？梢�，隨著汽包溫度的升高，汽包內水的密度會明顯變小，同樣的液位測量結果就會偏低，誤差甚至超過20%。因差壓式液位計是建立在介質密度不變的前提下來測量的，如密度發生變化，就不能測量出實際的汽包水位，從而造成假水位現象。

 

3.2 加入溫度補償

        為解決這個問題，必須引入密度補償，以測出精確的汽包水位。以下是根據飽和水的密度表 ，繪制出的表壓為3.5Mpa下水的密度與溫度的變化關系圖如圖2所示。

        依照圖2所示，就可以設計一套密度補償方案：在DCS上編制相應的補償程序，通過一個受溫度控制的信號放大器，將變送器來的電流信號經溫度補償后傳送到DCS畫面，如圖3所示。

        經模擬試驗，隨著溫度的變化，汽包液位在DCS顯示的數值會自動得到修定，顯示數值真實、可靠。

 

3.3 發現蒸汽對儀表的干擾影響

        加入密度補償后，系統成功消除了密度變化造成的影響，儀表也應該可以正常運行了。但實際運行不久就發現，液位的顯示值逐漸變得不穩定，波動較大。在排除了DCS軟硬件及線路原因后，認為是液位變送器出現了問題。重新對變送器進行檢查、校驗、標定零點、查看組態，但一切都很正常，沒發現問題。再次投表運行，故障沒有消除，依舊存在著上述現象。

 

        到底什么原因呢？經過認真分析后確定，根本問題不在儀表本身，而是出在測量過程的某個環節上，大致認為可能與以下幾個因素有關：一是高溫對密封隔膜內填充液的影響；二是汽包內蒸汽流量波動引起的“虛假水位”三是在負壓側膜盒表面處存在著氣液兩相，并不斷相互轉變，對負壓側膜盒造成了干擾。不管哪個因素是主要原因，它們都直接干擾了變送器的負壓側膜盒，從而最終導致了變送器測量信號的不穩定。

 

3.4 徹底消除干擾

        如果在負壓側加裝一個隔離罐，并確保隔離罐內始終有水，讓水起到緩沖隔離的作用，上述現象就應該可以消除。按照這個思路，我再次進行了改造。

 

        首先，要讓隔離罐里水保持液態而且水位穩定，這其實很好做到。因為只要讓隔離罐的溫度低于汽包的溫度，汽包里的飽和蒸汽進到隔離罐后就能自動冷凝成水，而且只要安裝距離適當，水溫始終會保持在既不會汽化、冬季也不會結冰的范圍，罐內水位也能保持不變。如圖4所示，又在變送器的負壓側加裝了一個特殊的水隔離器（不開設灌液口、排液口）。

        由圖4對比可以發現，最關鍵的改變地方是，負壓側法蘭面由原來的垂直安裝改為了水平向上安裝，這樣，隔離器內就始終會存留一段水，負壓側法蘭的膜盒與汽包里的蒸汽就被這一段水隔開了，從而消除了高溫蒸汽對膜盒的干擾影響。

 

        一切改造完成后，再次將變送器重新投入運行。果然，變送器測量值沒有再發生波動現象。一個小時、兩個小時、一天、三天……儀表顯示一直非常穩定，通過對比其它液位計，數值準確無誤。

 

        最終，經過不斷的的實驗，改變并不斷完善儀表的過程測量條件，優化DCS數據對補償信號的后期處理，實現了雙法蘭液位變送器在鍋爐汽包液位測量上的成功應用。

 

4 總結

        相比于雙平衡容器差壓液位計，雙法蘭液位變送器不用保溫伴熱，幾乎沒有泄露點，消除了儀表人員大量的日常維護工作，而且測量數值準確、可靠、穩定。完全可以用于鍋爐汽包的液位測量，甚至可以當做汽包液位的聯鎖信號源，為鍋爐的安全穩定運行做出更加可靠的保障。