压阻式压力变送器在供水泵站运行中的作用分析

2012-03-30陈炳瑞

地下水 2012年1期

陈炳瑞

(沧州引大入港输水有限公司，河北沧州 061000)

在供水泵站运行中，压力变送器作为压力采集和传输仪器，发挥着重要作用，尤其是给水泵站实现自动化控制后，压力变送器采集数据作为PLC控制系统工作的基础，其作用更加突出。在长期的供水运行实践中，运行管理人员应认真分析泵站仪表设备性能和特点，以适应不断变化的供水条件。

1 压阻式压力变送器的工作原理与安装

1.1 压阻式压力变送器的工作原理

压阻式压力变送器是给水泵站运行管理中普遍采用的一种压力测量仪器，它体积小、重量轻、测量误差小、运行稳定、线性特性好，24 V直流供电，二线制传输，电源由信号线直接提供，安装方便。

其工作原理是:过程流体的压力通过隔离膜片和灌充液体传递到硅膜片上，硅膜片上由掩膜工艺生成四只应变电阻并接成惠斯顿电桥，该电桥由恒流电源驱动。当加在硅膜片上的压力为零时，电桥的输出信号亦为零，当加在硅膜片上的压力由零逐渐增大时，电桥的平衡状态发生变化，于是在其输出端便会出现一个与被测压力成某种函数关系的毫伏信号。该信号经高精度的集成放大器处理后变为标准的4～20 mA DC信号输出。

1.2 压阻式压力变送器的安装

作为压力测量和传输仪器，压力变送器的安装一般选择稳定均匀流的过水断面，钢质管道可以挖眼直接安装，其它管道则需要使用三通管件辅助安装。由于压力变送器测量端孔隙较小，因此不宜安装在水浊度较大的管段，以免堵塞或影响测量准确性。另外，为保证管道运行压力的准确性，压力变送器的安装不应距离管道外表面过高，理论上讲，高出管道表面1m，则压力变送器测量值就会比管道实际压力值高出 0.01 MPa。

2 压力变送器在泵站远程传输中的作用

2.1 GPRS远程传输系统简介

在泵站运行管理过程中，为便于给水工程统一运行调度管理工作，许多工程都采用了GPRS远程传输系统，作为运行管理统一调度的工具。沧州引大入港输水工程注(1)GPRS远程无线实时监测系统就是利用中国移动通信公司GPRS网络，将流量计、液位计、压力变送器等测量仪器仪表的采集数据通过集成模块实时传输给主监测中心，并利用组态王软件进行程序编译，实时显示在监测中心电脑画面上。运行管理人员和调度人员通过画面动态显示，可以实时了解整个工程各监测点的运行数据，为决策服务。

2.2 压力变送器在远程传输中的作用

在运程传输系统中，压力变送器的作用主要表现在:

(1)在泵站平稳运行过程中，压力变送器负责实时采集管道压力数据，并以4～20 mA电流输出给传输模块，为远程传输和模拟显示提供可能。

(2)在管道调整供水条件、启闭阀门时，压力变送器通过实时记录管道压力值，可以准确反映管道压力变化曲线和水锤危害，为制定科学合理的管道阀门操作规程和泵站压力升降操作方法提供了实测数据的支持，从而避免人为误操作引起管道破裂等事故发生。

(3)当管道发生爆管事故时，利用事故段两端压力变送器的数据，可以通过瞬时流量和压力衰减的数据，根据水力学沿程水头损失公式，近似计算出管道爆管位置，避免了一般给水运行单位在事故发生后拉网式搜查造成的时间浪费，为事故抢修节省宝贵的时间。

(4)在高压力供水系统中，有些阀门的操作程序直接与管道压力有关，且阀门远程操作由工艺值班人员完成，此时压力变送器的传输数据为电动阀门的远程操作提供了方便，室外大口径阀门操作可以由工艺值班人员在值班室内完成，从而节省了泵站操作成本。

3 压力变送器在机泵控制系统中的作用

3.1 泵站机泵控制系统简介

泵站机泵控制系统是机泵运行控制的核心，是泵站运行管理工作的主要组成部分。压力变送器采集管道压力数据并传递给PLC控制装置，经过PID调节器运算后，变频器开始按目标压力值对实际管网压力进行调整，通过变频器频率输出的变化，带动电动机转速发生变化，从而使水泵叶轮旋转速度调整，管道流量压力产生变化。周而复始的数据采集、运算、调整，最终使得管道实际压力与设定目标压力趋于一致，系统开始在新设定的压力状态下运行。

3.2 压力变送器在机泵控制系统中的作用

在机泵控制系统中，压力变送器的作用主要表现在:

(1)首先，压力变送器是PLC控制装置工作的基础，它负责提供管道实际压力数据，并传输给PLC控制装置。当管道因特殊原因造成压力突然变化时，PID调节器可以及时对机泵运行频率作出自动调整，从而保证管道运行安全。如因人为误操作阀门致使管道压力突然升高，PID调节器可以根据压力变送器的压力传输数据，及时降低机泵运行频率，从而降低出水压力流量，使管道压力下降，避免事故发生。

(2)用于机泵控制的实测压力值反映在工控机上是一条连续的压力曲线，当机泵运行平稳时，该曲线基本近似于直线，当管道产生压力波动时，压力变化在0.001MPa以下都可以反映出来。此时，压力变送器可以作为判定机泵异常供水的工具，用于运行异常情况下的分析。例如，2010年1月26日，沧州引大入港输水工程港口加压泵站港口分支机泵运行中，泵站出口压力由6.9m缓慢下降至6.5m，用户流量由221m3/h减少至208m3/h。经分析，用户流量变化可能有管道漏水和泵站内设备异常两个原因，而泵站出口压力下降说明，若为管道漏水则漏点距离泵站会很近，因异常发生在夜间，且距离泵站较近管段为聚乙烯管道，因此站内设备异常的可能性较大。

4 分析与讨论

4.1 远程监测系统与机系控制系统

压力变送器用于远程监测系统和机泵控制系统时，宜安装在管道不同部位，以便于相互校核，并与管道机械压力表比对分析。压阻式压力变送器虽然运行较平稳，但在实际使用过程中仍然会出现测量问题，影响值班人员对供水运行的分析。例如，管道压力波动较大时，压力变送器会出现集气现象，沧州引大入港输水工程供水泵站用于机泵控制的压力变送器就曾出现过类似现象，造成压力显示值瞬间变为－0.40MPa，机泵运行频率随即瞬间升高，危及管道安全。将用于不同功能的压力变送器安装在不同部位，可以在特殊状态下，首先分析压力变送器是否出现问题，然后再分析管道设备问题。再如，2010年1月7日，压力变送器因受冻，造成连接管冰封，压力显示值明显增大，机泵运转频率下降，后经与管道机械压力表比较，确定系压力变送器问题，排除了管道阀门误操作的可能。

4.2 压力变送器的送型

泵站运行管理人员应特别注重压力变送器的选型工作。根据测量范围、需要的精度、测量仪表工作环境、水质指标、维修便利、投资费用等条件，科学的选择适合工程实际需要的压力变送器。同时，常用的压力变送器应制定设备档案，由专业人员定期维护保养。用于机泵控制的压力变送器则需设定使用周期，定期更新，减少事故隐患。

4.3 制订应急预案

泵站运行管理人员应制定详细的压力变送器异常状态的应急预案，认真分析各种可能的压力变送器数据显示异常，包括变送器集气、受冻、连接管渗漏等情况下数据显示的变化，并与管道阀门操作、管道渗漏及爆管等情况下压力数据显示的变化进行甄别，利用压力、流量、机泵频率、变频器输出电压电流值等数值的不同响应结果，研究总结压力变送器出现异常数据的原因和解决措施。