概述

    在我厂乙炔装置生产中，乙炔气柜、裂解气气柜是整个乙炔装置生产工艺的重要组成部分，气柜液位的测量带有高低连锁，是生产自动化控制中的重要环节。气柜液位计的测量稳定，关系后系统运行的稳定，是一个关键的测量参数。

 

1、原液位测量方式

    我厂乙炔装置中，气柜是湿气式气柜，设置水槽，采用水密封形式，柜体由两级塔组成，即钟罩（一塔）、中节Ⅰ（二塔），柜体随着柜内气体容量的变化而升降。气柜液位的测量方法原采用的钢带式液位变送器来测量气柜液位。如图1。钢带式液位变送器包括钢带机构、位移传动机构、变送器三部分。液位计安装在气柜下，钢带机构中钢绳一端固定在气柜顶部，钢带机构中钢带另一端通过导轨与液位计连接。随着气柜的升降，钟罩带动钢带，钢带的移动带动了液位计中的位移传动机构，其中的传动齿轮将液位变化通过藕合器传递给变送器的电位器，由液位的变化引起的电阻值变化，产生4-20mADC输出，由此测得气柜液位。

 

钢带式液位计存在的问题：

（1） 液位计随着液位升降，钢带反复拉动变送器的电位器轴旋转，导致电位器磨损、损坏，经常出现指示波动，致使液位计成为乙炔、裂解气柜正常工作的隐患。

（2） 液位计钢带导管（钢管） 突出空中过高，夏季雷雨期易成为雷击点，容易被雷击。

（3） 传动机构经常卡涩。

（4） 气柜漂移、风吹等因素影响，钢绳容易脱轨，出现卡死。

（5） 钢带式液位计结构复杂，采用的VAREC产品，备件周期长，价格昂贵，成本高。

 

针对以上问题，采取了措施进行处理：

（1） 电位器更换，但使用半年之后，该出现又问题。

（2） 在气柜顶部加装避雷针，并在变送器表壳安装防雷接地线，可以达到避雷效果。

（3） 经常派人使用、扭动复位装置，并加油润滑。

（4） 钢绳卡死后，联系大吊车，已经处理了3次，大吊车费用比较高。

（5） 产品更换，用国产的相近代替，但是使用半年后出现上述第1项问题。

 

    乙炔气柜、裂解气气柜是整个乙炔装置生产工艺的重要组成部分，气柜液位的测量带有高低连锁，是生产自动化控制中的重要环节。鉴于以上原因，我们对液位计进行改型，采用了单法兰隔膜差压变送器来测量。

 

 

2 现液位测量方式

2.1 差压变送器工作原理

     来自双侧的压力直接作用于变送器传感器双侧隔离膜片上，通过膜片内的密封液（一般为硅油） 传导至测量元件上，测量元件将测得的差压信号转换为与之对应的电信号传递给转换器，经过放大等处理变为标准电信号（4-20mA DC的直流电流） 输出。

 

 

变送器的差压公式：

ΔP=P+-P-

根据差压公式，只要有压差，那么差压变送器就可以正常工作了。

 

2.2 差压变送器测量液位

    压力是垂直作用在物体单位面积上的力，物理学上称为压强，用P表示，单位为帕斯卡，用Pa表示。

 

    液体压强产生的原因：是由于液体受到重力。

    液体压强特点：(1)液体对容器底和壁都有压强，(2)液体内部向各个方向都有压强；(3)液体的压强随深度增加而增大，在同一深度，液体向各个方向的压强相等；(4)不同液体的压强还跟密度有关系。

 

    液体压强计算公式：P=ρgh （ρ为液体密度，单位是千克/米3；g为9.8牛/千克；h为深度，指液体自由液到液体内部某点的竖直距离，单位是米）。

    根据液体压强公式可得，液体的压强与液体的密度和深度有关，而与液体的体积和质量无关。根据帕斯卡定律：液体的流动性，加在密闭液体任一部分的压强，必然按其原来的大小，由液体向各个方向传递。则液体某一点压力的公式是P=P0+，P0 为容器内压力，ρgh 为液体压力。对于已知的液位，ρ、g为常数，P0不变，该点的压力（压强） 就与液体高度有关，即压力（压强） 随液体深度的增加而增大。如图3所示，液体内A、B、C三点，A、B点为同一深度，C点比A、B点深度要深，则三点的压力关系：A点压力PA＝B点压力PB，C点压力PC＞A点压力PA。

 

 

 

利用液体自身重力的影响，在不同高度的压力不同，产生压力差。用压力差来推算出液体的高度，这就是应用差压变送器来测量液体的液位。如图4所示。变送器的差压公式：

ΔP=P+-PP+=

ρgh+P0；P-=P0

ΔP=P+-P-=ρgh+P0-P0=ρgh

 

    由于化工工厂有些液体介质存在有毒、有害、易燃、易爆、易腐蚀等对人体伤害的性质，为了安全，则采用法兰隔膜将介质隔离，法兰与变送器之间有毛细管连接，毛细管内充满硅油。测量液位的隔膜差压变送器类型:双法兰隔膜差压变送器、单法兰隔膜差压变送器等。

 

2.3 单法兰隔膜差压变送器的应用

    在敞口容器中，测量液位多数采用单法兰隔膜差压变送器来测量，图5。变送器的差压公式：

ΔP=P+-P-；P+=ρgh+ρ(硅油)gh1+P(大气压)；P-=P大气压

ΔP=P+-P-=ρgh+ρ硅油gh1

 

    在上述公式中，在液位高度h为零液位，差压值ΔP为ρ硅油gh1，不为零，这是由于毛细管内硅油液体压力的影响，这就需要迁移，目的是保证实际液位在零液位时，变送器输出也为零，迁移量为ρ硅油gh1。迁移量＞0，为正迁移；迁移量＜0，为负迁移。

 

从迁移量公式中得，由于硅油自重的影响，在零液位时，

如果存在以下情况，则迁移量也有所不同：

（1） 设定的零液位时法兰的安装高度不同。

（2） 变送器安装位置高度发生变化。

（3） 法兰随着设备安装高度升降，而变送器固定不动。

 

     为了进一步了解毛细管内硅油压力的作用，做一个这样的实验：单法兰隔膜差压变送器固定好，负压侧与大气相通，正压

侧与单法兰隔膜毛细管相连，电路部分连接好，用电流表串接在电流回路中检测变送器的输出。实验者手举单法兰上下移动，差压变送器输出电流也跟着变化。这一实验表明，由于毛细管内硅油液体受到重力的作用，产生了液体压力，单法兰隔膜差压变送器在没有外加压力下，差压变送器的差压值由毛细管内硅油液体压力产生，并随着高度增加而增大。

     利用这一实验，目前我厂采用单法兰隔膜差压变送器来测量气柜液位。安装如图6所示。

     

     单法兰隔膜差压变送器固定在二级检修平台上，负压侧通大气，正压侧采用单法兰隔膜毛细管连接，法兰固定在钟罩顶部，变送器正压侧的压力即为毛细管内硅油自重产生的压力，隔膜随着气柜升降，差压变送器的输入压力也随之而变，产生4-20mADC输出，由此测得气柜液位。

 

这里可能大家需要了解下相关产品：单法兰压力变送器、单法兰差压变送器（单法兰隔膜差压变送器同一个意思）、单法兰液位变送器

 

.变送器的差压公式：

ΔP=(P+)-(P-)

(p+)=【ρ(硅油)gh】+P大气压

(P-)=P大气压

ΔP=P+-P-=（ρ硅油gh+P大气压） -P大气压=ρ硅油gh

 

     我厂气柜液位测量高度为18米，则测量量程：ΔP=ρ硅油gh=0.93*1000*9.8*18=164.052kPa

     硅油密度ρ取0.93*1000kg/m3，g～9.8牛/千克

     在液位高度h为零液位时，硅油自重的影响，差压值ΔP=【ρ(硅油)gh1】不为零，这就需要迁移，保证变送器输出为零。在气柜液位高度h为零液位时，法兰隔膜低于变送器安装位置，迁移量＜0，需要负迁移。假如变送器固定在气柜液位的中点位置，h1=9米，迁移量=ρ硅油gh1=0.93*1000*9.8*（-9） =-82.026kPa,变送器的组态测量范围：-82.026～82.026kPa。