1151智能压力变送器的实际应用

发布时间:2023-01-11     浏览次数:
摘要:介绍了新一代1151智能压力变送器的原理、特点、性能,及其在厂”一级能源计量中与DCS相结合的实际应用。
  化纤涤纶关口表是对进厂中低压蒸汽、氮气、压缩空气等能源介质的瞬时量和累积流量进行统计的仪表,是该厂能源核算的重要依据。随着公司对降低生产成本考核,要求一级能源计量仪表测量精度高,故障率低,投运率高,长期稳定地提供准确数据。
  过去该厂进厂关口表安装于室外,采用1151差压变送器进行流量测量,现场指示累积量。因压力波动大,湿度大,环境温度变化大等因素,关口表故障率高,投运率较低,不能保证长期稳定地提供准确数据。同时存在以下问题:1)故障率高;2)该表校准周期一年,因零点漂移问题,经常超标;3)调校麻烦。针对这种现象,提出采用1151智能变送器与DCS结合的改造方案。
1差压式流量计的测量原理
  流量基本方程式是阐明流量与压差之间定量关系的公式,是根据流体力学中的伯努利方程和连续性方程推导出来的,即
 
式中
α---流量系数;
Ɛ---流束的膨胀校正系数;
a---孔板节流截面积;
△p---节流元件前后的压差,Pa;
ϱ---工作状态下流体密度,kg/m3
  由式(1)、(2)可知,当α,Ɛ,a,ρ一定时,流量与差压的平方根成比例。
2智能变送器的测量t原理及特点
  通过比较,选用罗斯蒙特公司的4台1151Alphaline和1台3051C智能变送器(3051C智能变送器作为3.5MPa蒸汽的流量测量)。
2.11151Alphaline和3051C智能变送器工作原理
1)1151Alphaline智能变送器仍然使用与普通型变送器一样的δ室传感器,工作时,过程压力(流量差压)通过变送器膜盒高、低压侧的隔离膜片和填充液传递到δ室传感器中心的传感膜片(可动电.容极板)上。传感膜片是一个张紧的弹性元件,其位移随所受差压而变化,其最大位移量为0.1mm且位移量与压力成正比。两侧的固定电容极板检测传感膜片的位置。传感膜片和固定电容极板之间电容的差值由转换电路转换为相应的电流信号或数字Hart输出信号。
测量转换基于如下关系式。
 
式中p一被测压力(或差压);
K1一常数;
CH一高压侧(测量压力侧)极板和测量膜片之间的电容;
CL一低压侧(参考压力侧)极板和测量膜片之间的电容。
  1151Alphaline智能变送器使用代码为S的智能电路板。转换电路线路板采用专用集成电路(ASICS)和表面封装技术,接收传感器的数字信号并进行修正和线性化处理,输出部分将数字信号转换为模拟输出信号。并可与Hart通信器(如275型通信手操器)通信,Hart通信器可直接存取传感器的数字信号和对变送器进行组态、测试。组态数据存储在非易失性EEPROM存储器中,即使变送器断电,数据仍能保存。过程变量则以数字数据方式保存,可进行正确地修正和工程单位换算。
2)3051C智能变送器采用新型的共面(Copla-nar)传感膜头,具有很高的灵活性,传感器远离过程法兰,移至外壳的颈部,从而实现了机械隔离和热隔离。传感膜头还可进行温度测量,用于补偿温.度影响。出厂测试时的数据和修正系数都存储在传感膜头的内存中,便于使用,在更换线路板时无需重新校验或拆下独立的储存修正系数的PROM。传感膜头内置线路板用于将电容信号与温度信号直接转换为可供转换电路板进一步处理的数字格式信号。
2.2主要技术数据
  1151Alphaline除选用S代码的智能电路板和智能功能外,其余与普通1151变送器基本相同,技术参数不再多述。3051C是一个系列,型号较多,此处仅介绍3051CD变送器的主要技术数据。
1)精度:±0.075%FS..
2)稳定性:0.25%URL,5a,(28℃)。
3)量程比:100:1。
4)更新速率:最少每秒20次。
5)多种输出:标准4~20mADC叠加Hart数字信号,线性或平方根,工作电源10.5~55VDC,通讯要求至少有250Ω回路电阻;低功耗(3mA)3线1~5VDC或0.8~3.2VDC,电压信号叠加Hart数字信号,工作电源6~12VDC,最小负载100kΩ.
6)指示:可选两行5位液晶显示表头。
7)环境温度:一40~85℃。
8)变送器外部有量程与零点按钮用于校验。
9)电源:24VDC;不带负载时,工作电源可为12~45VDC。
10)单向超负荷极限:0~13.79MPa。
31151变送器与DCS组成测量t回路
  图1给出1151变送器与DCS组成测量回路的简单示意图。
 
  原来1151由现场配电箱提供24VDC供电,现在由控制室DCS供电。采用供电单元安全栅,进行供电隔离,然后这些AI信号送到DCS的FTA接线端子。真正流量显示,流量累积还需要DCS通过组态,进行压力补偿,才能完成。流量现场显示改为中央控制室CRT显示。
  差压式流量计常规设计时,由式(1)和式(2)可以看出,把α,ρ,Ɛ均作为不变常数来考虑,则qv正比于△p的平方根。但在实际测量中,p,T不可能不变,例如该厂用的800kPa蒸汽,当压力波动达.10%时,qv的误差可达到5%~15%。由此可见,对压力作自动修正是必不可少的。
引用公式进行修正后的流量qv'为
 
式中qv'一修正流量;
qv一计算流量;
p一计算压力;
p'一实际测量压力;
K一-实际测量温度;
K'一实际测量温度;
Ɛ一计算流束膨胀系数;
Ɛ'一实际流束膨胀系数。
因为温度、压力变化引起密度变化,引人密度校正公式。
ρ=ρk+△p(p-pk)(5)
△p=(ρmax-ρk)/(pmax一pk)
式中ρ一工作状态下的流体密度;
ρk一最低压力下的流体密度;
△ρ一修正范围内的平均流体密度;
p一工作压力;
Pk一修正范围内的最低压力。
  因为环境恶劣,管道流体压力变化大,引起波动,累积量误差较大。根据原理进行压力补偿,通过乘以系数。夏冬两季量程改变,压力量程改变,系数也不同。.
4安装调校
  智能差压变送器测量精度与普通1151差压变送器一样,在很大程度上取决于变送器和导压管的正确安装。
4.1导压管安装
  造成导压管不能够正确地传递过程压力的常见原因有5个:泄漏、磨擦损失、液体管道中有气体、气体管道中有积液、导压管内因温度或其他因素造成的密度变化。在测量蒸汽时,导压管道要充一定的隔离液(蒸汽冷凝液水),以阻止变送器和热的蒸汽接触。.
1)导压管应按最短距离垂直或倾斜(倾斜度不得小于1:12)安装,管弯曲处应是均匀的圆角,总长度不应小于3m和大于50m。
2)导压管应不受外界热源的影响,应防止冻结,进行保温。
3)蒸汽导压管采用冷凝液作隔离液,要求两管冷凝液面水平,即导压管水平一致。否则受隔离液静压影响产生偏差,量程越小影响越大。
4)导压管应保证密封,不能出现渗透现象。导压管上应装有必要的切断、冲洗、排污等所需的阀门。
4.2差压式变送器的安装
  差压式变送器的安装主要考虑安装地点环境条件,如温度、湿度、腐蚀性、振动等。尽量减小振动和温度影响。如果安装现场的环境条件与规定的条件有明显差别时,应采取相应的措施,尽可能减少附加测量误差。在现场安装仪表保温(护)箱,在测量蒸汽流量的变送器仪表箱中,增加伴热管,减小温度对测量值的影响,保证冬天冷凝水不结冰,以免冻坏变送器。
  安装位置影响:测量膜片未垂直安装时,可能产生小于0.24kPa的零点误差,达到3.1484mA,手操器无法通讯,因此正确安装变送器十分重要。要求变送器校验与使用的位置是一致的。
4.3组态
  1151Alphaline智能变送器和3051C智能变送器都是通过Hart手操器或Rosemount的268型手操器进行通信组态、测试。组态由两部分组成,一是设定变送器的工作参数,包括零点与量程设定点、线性或平方根输出、阻尼、工程单位选择;二是信息性数据,包括仪表的位号(8个字母数字字符)、说明(16个字母数字字符)、信息(32个字母数字字符)、日期、一体化表头安装、法兰类型、排液/排气阀材料、0型环材料、远传信息等。
4.4调试
  安装完毕后,进行在线调试,主要进行零点调试和量程调试。调试和现场施工可在不停车的情况下进行。接线如图2所示。
 
稳压电源:直流24V(1±10%)FS,连续可调;
标准电阻:250Ω(1±0.005%)FS;
数字电压表:0~5V(1±0.05%)FS;
  标准压力表:视被校表量程定,标准表的允许误差应小于被校表允许误差的33%;
  压力信号源或压力发生器:应3~10倍于所需.校验精度。
1)零点量程调整:按图2连接,接通电源通电15min后调校。
  找到变送器面盘上Zero和Span按钮,同时按下两按钮至少10s,向变送器高压侧加输人压力(压差)信号0,输出应为4mA,即电压表指示(1土0.010)V。按下“Zero”5s,核对输出确为4mA.
  向变送器高压侧加满量程输人压力(压差)信号100%,输出应为20mA,即电压表指示(5±0.010)V。按下“Span”5s以设定20mA点,核对输出确为20mA。
加0,25%,50%,75%,100%的上下行程的输人压力信号,记录数据,计算被校表精度。
2)线性调整:通常变送器在出厂时已将线性调整好,一般不做调整,如要求线性度较高而且具备精密标准仪器时也可进行。
5性能分析
5.1经济效益分析
  从1999年8月大修期间完成改造至今,智能变送器维护工作量很少,主要进行定期校验,一.直正常运行。长时间的运行表明,故障率很低,减少了维护费用,降低了运行成本。即使发生故障,也不需要停车,通过截止阀即可检修,更换十分方便。因为测量精度提高,减少计量纠纷,为节能提供准确依据。
5.2技术先进性分析
  1151智能变送器无任何可动部件,维护工作量很少,精度高,运行可靠。通过手操器对零点和量程的改变、设定、校正和调试都非常方便,该流量计具有很强的操作性和兼容性,调试方便。如夏冬两季用气量相差很大,通过手操器对量程改变、变送器测试和回路测试十分方便,解决了变送器和回路故障。经过实际运行证明,情况良好,是一种成熟和比较先进的流量测量仪表。
5.3存在问题分析
  1151智能变送器存在的问题是:1)该表本身零点经常漂移,但通过手操器十分容易校准。2)测量蒸汽的表如果冬季伴热不好,易结冰,冻坏膜头。应保证伴热良好。3)在室内校验时一定与现场安装位置保持--致,否则产生较大的零点误差。
6结束语
  经该厂实际使用表明,1151智能变送器在今后化工生产中有着广泛的用途,已成为主要的流量测量仪表。对减少维护工作量,降低备件成本,提高经济效益有着重要意义。
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