差压变送器在界面测量中的运用

摘要:介绍了实际生产中对两种混合液共存于同一 "罐容器体内分界面测量的简单方法。两种液体特点为密度非常接近、在生产中界面以上液体始终充满罐体或处于某一位置之上。基于以上情况和差压变送器的基本原理，可以根据差压变送器对容器上下压差的测量值的变化，应用目前自动化先进技术计算出混合介质界面的高度、体积或重量等。在实际运用中大多是采用变送器与分布式控制系统DCS(DistributedControlSystem)配合完成对界面的间接测量。此法已在我单位进行了大量运用，其特点是测量精度高、对工作环境和被测介质没有太高要求、操作安全方便、易于安装和维护，能有效解决现有技术中介质分界面测量困难的问题。
0前言
　　石油、化工、医药等行业中经常使用各种塔、槽、罐、反应釜等容器来储存生产过程中使用的反应物、采集物和生成物，这类介质通常没有固定的形态(一般多为气体或液体等流体)，也经常是多种介质的混合物，其中，不相溶的流体混合物在容器中通常会以分层形式存在，要了解混合物组成情况、对生产过程进行控制，需要测量分层流体的分界面位置。但由于这些容器通常为封闭容器，其中的化工物料也通常具有毒性、腐蚀性或具有较高的危险性(如易燃易爆等)，有些对储存环境也有严格的要求，借助常用工具对分界面进行人工测量显然是不现实的。
1现状调查
　　目前，测量这类容器内介质的分界面的一般方法是采用磁浮式液位计，使用密度位于上层流体密度和下层流体密度之间的浮子，使得浮子漂浮在分界面处，通过测量浮子位置得到各分界面位置。这种测量方法要求分界面上下介质的密度差异大、介质洁净，对浮子材质要求也较高(介质通常具有较强的腐蚀性)，为便于测量浮子体积不能太小。这种测量方法通常采用顶装式安装，而这种方式最大的特点就是对其日常维护极为不便。在设备运行时，对于容器内分界面上下介质密度差异较小、介质特性复杂(如具有强腐蚀性等)时，磁浮式液位计正好会出现各种问题，在实际生产中经常出现测量不正常时不能维修的情况。因此这种测量方法在生产中形同虚设，不但不能给生产带来方便，还给仪表维护单位增加不少工作，甚至可能会给工艺造成误操作。
　　另外一个对分界面的测量方法是采用雷达液位计，通过识别各分界面处反射的雷达波来测定分界面位置。此测量方法要求分界面上下介质的介电常数差异大，在雷达液位计安装完毕后须通过其软件对雷达液位计进行滤波调试，对于分界面上下介电常数差异小的介质调试很难成功。对于具有腐蚀性的介质界面测量，雷达液位计还须选用防腐性雷达液位计。可见，对于分界面的测量(特别是对介质介电常数差异小或具有腐蚀性介质)，采用雷达液位计不但投资大，而且存在调试不成功而不能测量的风险。
　　综上所述，我们可以看出以上两种对于容器内界面的测量方法，在实际的生产过程中均各自存在较大的弊端。对于容器内分界面的测量，两种测量方法对于介质的要求都非常苛刻，且具有投资大和有不能正常测量风险存在的特点。对于存在于容器内的两种介质密度差异小、介电常数相差小、腐蚀性强的分界面测量，采用上述两种常规的直接测量方法很难达到真正的测量目的。在实际生产中我们应用目前自动化行业的先进技术通过多次实验，针对现场特定条件提出了一种通过差压变送器测量上下界面压差，间接测量容器内界面的方法。在实际的生产测量中在我单位已广泛使用，深受使用单位的欢迎。
2.工作原理
2.1原理及方法
　　针对现有技术的缺点，根据物理力学理论基础，结合现场工艺的特殊性，提出了对充满容器内两介质分界面测量的新思路。即通过差压变送器对容器内界面上下固定两点间压差的测量，再利用目前控制系统(DCS或PLC等)的可编程技术，计算出容器内分界面的具体位置。根据力学有所不同我们知道:界面上下介质密度的不同，如果分界面上下介质在固定区间内所占比例不同，区间内的压差值则不同，且存在一-定的数学 关系。经过推理和不断实践，我们实现了对存在于容器内的两种介质密度差异小、介电常数相差小、腐蚀性强、测量精度要求高、工艺介质特性复杂的分界面测量。
 
2.2原理图标注说明
1: 容器:
2: 容器内介质1，密度为ρ:
3:容器内介质2，密度为p:;
4:容器上部取压口(变送器负压);
5:容器下部取压口(变送器正压);
6:差压变送器(法兰式);
7:容器上部进料口:
8:容器下部进料口:
9:容器上部出料口:
10:容器下部出料口;
H:变送器正、负取压口间距(固定距离);
h:容器上部取压口距界面距离:
h2:容器下部取压口距界面距离。
注:图中容器内横线表示界面以上介质、斜线表示界面以下介质。
3.技术方案
　　为实现上述目的，采用如下技术方案:
　　差压变送器的选用及安装调试
　　差压变送器的此装置中的作用是:在生产过程中检测出容器正、负取压口间的压差值。在这种特殊条件下差压变送器最好选用法兰式智能差压变送器，以避免其负压带来其它外界干扰因素。变送器的安装方式为法兰连接，变送器的量程最好设置为
　　P2gH (单位为Pa)。变送器的标定方法是:按原理图在容器上安装后，在变送器正负压受力为零的条件下，通过手操器(带HART协议功能)对其零位和量程进行设定，主要目的是迁移变送器毛细管内硅油给其负压室带来的固定压力。
主要计算设备介绍及实现方法
　　根据各单位实际情况可采用集散控制系统(DistributedControl System) 或可编程逻辑控制器PLC (ProgrammableLogic Controller) 采集现场变送器输出信号(4- 20mA)。利用系统的可编程功能可计算出容器内介面的具体位置。由原理图可得已知条件:差压变送器测量的容器上下差压△Pa、变送器正负压间距离H、分界面上层介质2的密度ρ、分界面下层介质3的密度p。由原理图不难得出如下公式:
△Pa=p1gh1+p2gh2   (1)
由原理图可知: H=h1+h2   (2)
由式(1)、式(2)得:
△Pa=p1g (H-h2) +p2gh2=ρ1gH+gh2 (P2-P1)
H变送器正负压间距离:
Ρ1表示分界面上介质密度;
Ρ2表示分界面下介质密度;
h1表示分界面上介质离界面高度:.
h2表示分界面高度;
g为当地重力加速度常数。
　　由此可见，计算设备根据固定值H和△Pa代入上下介质密度ρ1及p2计算，得出分界面高度h2。
　　此外，当被测介质具有较强腐蚀性时，在差压变送器应采用相对应的防腐双法兰差压变送器。就能够有效地解决该装置的抗腐蚀问题。对于测量要求高低用户可自由选用不同档次的变送器。
效果
　　本方案测量原理简单、计算速度快、易于实现且对高度、体积和/或重量数据均可进行监控，可以根据工艺要求对容器内的两种液体介质进行方便的监控，从而对容器内的界面、液位进行有效的控制。