双法兰液位计在现场应用中不容忽视的问题探讨

2020-05-25马英海南省洋浦技工学校海南儋州570206

化工管理 2020年13期

马英(海南省洋浦技工学校，海南儋州 570206)

0 引言

在化工工艺中，各种储罐、容器的液位测量、控制、报警对生产安全运行有至关重要的作用。差压式液位计以其结构简单、安装方便、调整灵活、信号远传、稳定可靠等一系列优势使它在石油石化行业液位测量中应用极为广泛，尤其对于腐蚀性、易结晶、高粘度介质容器液位的测量优势更加显著。但是，再可靠的仪表，也会有影响其测量稳定性和准确度的因素。这就需要仪表维护人员在应用差压液位计时能够正确判断、分析出现的问题，并能根据其结构和工作原理找到产生问题的原因从而修正或者避免问题。

1 双法兰液位计结构组成和测量原理

了解双法兰液位计的结构组成和工作原理，是分析应用问题的前提。双法兰液位计，它是基于流体静力学原理测量液位的，主要由法兰式测量头、毛细管和差压变送器三部分组成(如图1 所示)。法兰处密封隔离膜片能够防止容器中的介质直接进入差压变送器，它与变送器之间是靠充满隔离液(一般采用硅油)的毛细管连接起来的，当膜片受压后产生微小变形，变形位移通过隔离液传递给变送器，由变送器处理后转换成输出信号[1]。

图1 双法兰液位计的组成及原理示意图

根据流体静力学原理可得，差压变送器输入的差压信号与液位成正比，而差压信号与输出输电流成线性对应关系，表达式如下：

可见，当容器液位H=0 时，变送器输入差压信号Δp=-(h2-h1)ρ2g，双法兰液位变送器在对密闭容器液位测量时首先要对其测量范围进行负迁移。而迁移量对应的高度差h2-h1即为两个法兰安装端面中心线之间的距离，因此，双法兰差压液位计在两个法兰安装位置确定以后，就可以根据公式计算出其负迁移量，再由迁移机构或者手操器对差压变送器实施负迁移。

2 实际应用中不容忽视的问题

为了保证双法兰液位计液位测量的准确性，必须首先保证容器内气相、液相介质对差压变送器高、低压侧作用压力传递的准确性，从压力作用的起点出发，根据双法兰液位计的组成部分和工作原理来分析应用中出现的问题，是工艺中常用的分析应用问题的方法。

2.1 保持法兰测量头隔离膜片的完整和清洁

由于法兰测量头隔离膜片的隔离作用，使被测介质不能与差压变送器直接接触，不会腐蚀或者堵塞仪表，使得双法兰液位计在腐蚀性、易结晶、高粘度介质液位的测量中优势明显。但是，法兰隔离膜片材料的耐腐蚀可靠性会随着使用时间的推移降低，并且法兰隔离膜片的清洁度也会影响压力传感，具体表现为：

(1)当法兰测量头长期与容器内腐蚀性介质气相或者液相接触时，可能对膜片造成一定腐蚀进而出现隔离液漏液现象，使液位测量不准。膜片腐蚀漏液导致测量液位不准是双法兰液位计在应用过程中常见的故障现象，如果膜片出现腐蚀，一定要及时更换法兰。

(2)当其长期接触易结晶、高粘度介质时，容易导致介质结晶或者粘附在膜片上，或者当容器底部有杂质淤积在法兰膜片处时，导致法兰膜片压力传感出现滞后或液位变化而仪表输出不变。因此，法兰测量头要定期拆开清洗，确保感压灵敏度、传压响应速度。

2.2 保持毛细引压管的顺畅不能有折

毛细管内充有硅油，一方面用于隔离容器内的腐蚀性或者结晶介质，另一方面用于传递法兰测量头感受到的容器底部的介质压力，引压管不需要竖直放置，多余长度的毛细引压管可以卷起来固定，但要保证隔离液流动的顺畅，毛细管不能有折[2]，如果打折，就阻碍了压力的传递。

2.3 高温、高压容器内介质密度变化大，不容忽视

一般差压式液位计在使用中忽略了液体密度的变化，在常温常压下这种忽略问题不大，但在高温高压条件下这种忽略将造成很大测量误差。这是由于在高温高压条件下液体的密度波动很大。因此，在测量时需结合容器内的实际压力和温度，修正介质的密度，从而得到更加准确的液位高度值。

2.4 温度对隔离液密度有影响

当容器介质为高温时，靠近容器部分的毛细管内的硅油受热大，膨胀系数大，而远离容器部分的毛细管内的硅油膨胀系数小，当环境温度很低时，耐高温硅油对低温时间响应慢，压力传递不均衡，易造成液位测量的不稳定。

(1)需要考虑环境高温对硅油膨胀系数的影响。夏天环境温度高，阳光能直接照射到没有保温系统的法兰毛细管，使毛细管温度急剧上升。如果仪表出厂时质量不过关，在向膜盒内充装硅油前没有将内部空气清除干净(或充装硅油膨胀系数过大)，导致气体受热膨胀，膜盒内压力升高，仪表指示出现偏差。暂时可以将法兰及毛细管等阳光直射部分加装保温层来减小影响，长远打算的话要更换双法兰。

(2)需要考虑低温对硅油密度的影响。对于北方(尤其是东北地区)环境来说，冬季温度达到零度以下(甚至零下几十度)，应用双法兰液位计时首先要对硅油的耐温范围进行优选，此外，为了可靠还需要对毛细管有保温措施如用电伴热的方式减小环境温度对硅油密度的影响。

国外也有公司使用双填充液(耐高温+耐低温)来解决容器内外温度差异对压力传递响应速度造成影响的问题。

2.5 负压容器液位测量偏差大

双法兰变送器的工作压力一般要求在大气压以上，如果需要在大气压以下(负压)工作，工作温度不能太高。双法兰液位计在负压理论上是能够正常工作的，但是在负压下工作时，法兰膜盒中的膜片因受真空而向外鼓包，于是毛细引压管内压力降低，填充液的粘度也逐渐下降，并开始蒸发。当填充液内出现气体时，压力的传递便会减慢，造成仪表测量滞后[3]。再就是，因为隔离液填充前需对毛细管抽真空，而这个过程往往会不可避免的产生一些微小的气泡，在容器负压下，这些小气泡在负压下会膨大，一些杂质如水分会汽化形成气泡，会影响压力传递的稳定性。因此，负压下工作对双法兰液位计的质量要求很高。要么选用高质量的变送器，要么避免采用。

3 典型案例分析

工况描述：冬季，某北方公司工艺上使用双法兰液位计测量密闭储罐液位，毛细管内硅油是D 型，防冻零下45℃的。介质温度为10℃左右，罐外环境温度为晚上零下20℃左右，白天零下15℃左右。上下法兰及毛细管无伴热，表头(变送器)及多余的毛细管在保温箱内且保温箱内有电伴热。

故障现象：连续几天控制室操作盘上显示双法兰液位计远传波动较大，但有一定规律。(第一天观察发现：从早上8%开始慢慢上升，到中午达到100%，下午又降到40%多，实际现场翻板也就20 多%。第二天观察发现：从中午的41%上升到下午三点的50%，夜间十点发现又降到43%了，次日早上八点又变到60%)

故障分析与排查：

(1)确认工艺是否有波动，可通过放空磁翻板液位计来确认是否存在虚假液位。排除虚假液位后，进一步排查仪表故障。

(2)液位不稳，也就是差压不稳，首先考虑法兰测量头膜片是否有漏液。如果是负压侧法兰漏液，会导致测量结果变大；正压侧法兰漏液，会导致测量结果变小。经检查，上法兰负压室渗漏，毛细管内硅油渗漏，导致液位计远传值偏高。

(3)差压有升有降，还要考虑到隔离液受环境温度的影响[2]。由于是冬季，温度低且昼夜温差大，耐低温硅油的密度在低温时变化也较大。负迁移量为Δp=-(h2-h1)ρ2g，硅油热胀冷缩，温度升高时，硅油密度降低，负迁移量变小，对应输入差压增大，输出电流增大，所测液位变大；反之，温度下降时，硅油密度有所升高，负迁移量变大，对应输入差压信号变小，输出电流也变小，所测液位偏低。由于差压变送器与毛细管局部在仪表箱内(仪表箱内有电伴热受热)，负压侧裸露在外的长度要大于正压侧，仪表箱外处于环境温度下的毛细管受热不均，也会导致压力不稳。基于以上分析，可对双法兰连接处和裸露在外的毛细管增加同样的保温措施。