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法蘭式液位變送器溫度性能影響因素

2023年01月18日 10:45:39      來源:云南昌暉儀表制造有限公司 >> 進入該公司展臺      閱讀量:23

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文章分析膜片硬度及直徑、填充液的流動性和膨脹特性、毛細管直徑和長度等因素對法蘭式液位變送器溫度性能的影響情況,并對法蘭式液位變送器設計選型中應注意的事項進行了歸納總結, 以幫助工程設計人員正確選用、安裝隔膜密封系統。

是由膜片密封系統,毛細管及填充液,壓力變送器或差壓變送器組合而成,適用于因任何原因需要把變送器與工藝處理過程進行隔離的場合,在工程設計中經常選用該類變送器,在石化行業多用于腐蝕性、黏稠性、易結晶介質的液位、界面或流量測量。


膜片密封系統和毛細管將過程壓力間接傳遞到變送器,因此在選用法蘭式液位變送器時有許多因素要考慮。溫度的影響是主要因素,如何避免或減少溫度變化對法蘭式液位變送器的性能影響,并盡可能提高儀表的響應時間,是正確選用法蘭式液位變送器的關鍵。

法蘭式液位變送器
影響法蘭式液位變送器溫度性能的因素

①膜片硬度及直徑
膜片硬度是影響溫度特性的重要參數。當充填液隨著溫度的變化而膨脹或收縮時,硬度小(彈性好)的膜片承受的反作用力比硬度高的膜片要小,溫度變化產生的反向壓力作用于法蘭式液位變送器的感應膜片上,從而引起測量誤差。膜片硬度越小彈性越好,硬度小彈性好的膜片在彈性范圍內的形變可吸收充填液體積變化,能夠減小由溫度變化引起的充填液體積變化帶來的壓力影響,較大限度克服溫度變化引起的誤差。

在充填液體積因溫度引起變化時,大直徑膜片產生的壓力測量誤差較小,而較小直徑膜片產生的壓力測量誤差較大。


以某一品牌法蘭式液位變送器(單側毛細管密封系統)為例,其填充液為DC200,密封膜片為316LSS,每20K溫度變化所產生的壓力測量誤差如表1所列;兩側毛細管密封系統的法蘭式液位變送器,每20K溫度變化所產生的壓力測量誤差為表中誤差值的25%。

表1 溫度每變化20K的壓力測量誤差 kPa


DN    膜座誤差    每米毛細管誤差     系統(敏感元件)誤差
40     0.87           0.30                      0.90
50     0.29           0.03                      0.20
80     0.09           0.09                      0.03

②填充液
填充液起到壓力傳遞的作用,充填液隨著溫度的變化而膨脹或收縮,填充液的流動性和膨脹特性會影響遠傳膜片密封系統的性能。填充液特性參見表2所示。
表2 填充液特性(25℃)

充灌液                         溫度極限值      相對密度     溫度膨脹系數/(ml.℃-1)       動力黏度/mPa.s


DC200硅油                  -40~205℃      0.945          0.00108                            9.5

DC704硅油                  0~315℃          1.07           0.00053                            44
惰性填充液(鹵代烴)      -45~175℃       1.85           0.000864                          6.5
Sy ltherM XLT硅油      -75~150℃       0.85           0.000666                          1.6
甘油和水                      -15~95 ℃        1.13           0.00019                           12.5

◆充填液膨脹系數

選擇膨脹系數較小的填充液有助于減小溫度變化帶來的誤差。填充液體積越大,其膨脹潛力也越大,因此選擇毛細管的長度要盡可能短,毛細管直徑要盡可以小,以減小填充液體積達到減少溫度誤差的目的。

◆充填液黏度

充填液的黏度為其流動性能的量度,填充液的黏度、毛細管的長度和毛細管的內徑均影響摩擦阻力,摩擦阻力越大,響應時間越長。選擇黏度性小的充填液將加快響應時間。

圖1為DN50膜片1mm直徑毛細管密封系統,在不同填充液時每米的響應時間典型值(T90%)。

填充液響應時間
圖1 填充液響應時間


◆毛細管內徑越小,對壓力傳遞阻力越大,速度也越慢。毛細管內徑大能加快傳遞速度,縮短響應時間。毛細管越長,壓力信號傳輸距離就越長,增加了響應時間。


無論是用于差壓、流量還是液位測量,正負壓室密封系統的膜片規格、兩端毛細管長度、填充液應相同。環境溫度變化所引起的兩端毛細管充灌液膨脹量相同,盡可能減少因環境溫度變化造成的測量誤差。


③對系統精度的影響

密封系統由于溫度變化引起零點誤差,毛細管填充液特性、溫度和長度決定了零點壓力偏移值。以DN80,316L,硅油填充液膜片密封系統為例,毛細管長度為5m,毛細管環境溫度為45℃。該毛細管密封系統的“TK環境”靜壓曲線如圖2所示 。
“TK環境”靜壓曲線
圖2“TK環境”靜壓曲線


根據該曲線,毛細管長度為5m的該密封系統,對應的“TK環境”靜壓值為140Pa/10K。


溫度變化值T=TK環境-TK校準=45℃-25℃=20℃;溫度變化產生的靜壓值p=T×140Pa/10K=280Pa;因此該密封系統的零點漂移值是280Pa。


在測量液位或界面時,如圖3所示,對于雙法蘭差壓變送器,雖然兩端毛細管的長度相同,可以克服環境溫度變化膨脹量的影響,但不能克服兩端毛細管靜壓的影響。上下兩個取壓口的距離(H)這段(毛細管內充填液由于溫度變化而影響密度的變化,溫度膨脹系數大則密度變化大)由填充液密度變化引起的靜壓是很難抵消 。因此應考慮選用充填液密度受溫度變化影響小的充填液,也就是選用溫度膨脹系數小的充填液。填充液特性表中的密度是25℃時的密度,環境溫度變化將會引起填充液密度變化。

 法蘭式液位變送器安裝示意
圖3 法蘭式液位變送器安裝示意


25℃時,假如液位變送器以負遷移量-ΔP1為零點,ΔP1=ρ2×g×H;溫度變化時,充填液密度的變化量為ΔP時,此時實際零點-ΔP2=(ρ2+Δp)×g×H;最終引起的靜壓變化值ΔP=Δρ×g×H,也就是零點飄移值。測量范圍大毛細管越長、充填液膨脹系數大、環境溫度變化大的情況下,零點漂移越嚴重。解決此問題的方案是對充填液密度變化進行溫度補償(需要精確測量時),或者通過改變安裝位置和穩定環境溫度等措施把膨脹靜壓減到最小。


法蘭式液位變送器選擇毛細管的長度要盡可能短,毛細管直徑要盡可能小,以減小填充液體積達到減少溫度誤差。

總之,合理選用法蘭式液位變送器應綜合考慮,既要盡可能減少環境溫度變化帶來的測量誤差,又要滿足過程測量工藝介質特性、溫度、響應時間等要求。
作者:中國石油集團華東設計院 李洪偉、李勝利
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