差壓變送器在界面測量中的運用

     石油、化工、醫(yī)藥等行業(yè)中經(jīng)常使用各種塔、槽、罐、反應釜等容器來儲存生產(chǎn)過程中使用的反應物、采集物和生成物，這類介質通常沒有固定的形態(tài)（一般多為氣體或液體等流體），也經(jīng)常是多種介質的混合物，其中，不相溶的流體混合物在容器中通常會以分層形式存在，要了解混合物組成情況、對生產(chǎn)過程進行精確控制，需要測量分層流體的分界面位置。但由于這些容器通常為封閉容器，其中的化工物料也通常具有毒性、腐蝕性或具有較高的危險性（如易燃易爆等），有些對儲存環(huán)境也有嚴格的要求，借助常用工具對分界面進行人工測量顯然是不現(xiàn)實的。

1 現(xiàn)狀調查
    目前，測量這類容器內介質的分界面的一般方法是采用磁浮式液位計，使用密度位于上層流體密度和下層流體密度之間的浮子，使得浮子漂浮在分界面處，通過測量浮子位置得到各分界面位置。這種測量方法要求分界面上下介質的密度差異
大、介質潔凈，對浮子材質要求也較高（介質通常具有較強的腐蝕性），為便于測量浮子體積不能太小。這種測量方法通常采用頂裝式安裝，而這種方式最大的特點就是對其日常維護極為不便。在設備運行時，對于容器內分界面上下介質密度差異較小、介質特性復雜（如具有強腐蝕性等）時，磁浮式液位計正好會出現(xiàn)各種問題，在實際生產(chǎn)中經(jīng)常出現(xiàn)測量不正常時不能維修的情況。因此這種測量方法在生產(chǎn)中形同虛設，不但不能給生產(chǎn)帶來方便，還給儀表維護單位增加不少工作，甚至可能會給工藝造成誤操作。

    另外一個對分界面的測量方法是采用雷達液位計，通過識別各分界面處反射的雷達波來測定分界面位置。此測量方法要求分界面上下介質的介電常數(shù)差異大，在雷達液位計安裝完畢后須通過其軟件對雷達液位計進行濾波調試，對于分界面上下介電常數(shù)差異小的介質調試很難成功。對于具有腐蝕性的介質界面測量，雷達液位計還須選用防腐性雷達液位計。可見，對于分界面的測量（特別是對介質介電常數(shù)差異小或具有腐蝕性介質），采用雷達液位計不但投資大，而且存在調試不成功而不能測量的風險。

    綜上所述，我們可以看出以上兩種對于容器內界面的測量方法，在實際的生產(chǎn)過程中均各自存在較大的弊端。對于容器內分界面的測量，兩種測量方法對于介質的要求都非常苛刻，且具有投資大和有不能正常測量風險存在的特點。對于存在于容器內的兩種介質密度差異小、介電常數(shù)相差小、腐蝕性強的分界面測量，采用上述兩種常規(guī)的直接測量方法很難達到真正的測量目的。在實際生產(chǎn)中我們應用目前自動化行業(yè)的先進技術通過多次實驗，針對現(xiàn)場特定條件提出了一種通過差壓變送器測量上下界面壓差，間接測量容器內界面的方法。在實際的生產(chǎn)測量中在我單位已廣泛使用，深受使用單位的歡迎。

2 工作原理
2.1 原理及方法

    針對現(xiàn)有技術的缺點，根據(jù)物理力學理論基礎，結合現(xiàn)場工藝的特殊性，提出了對充滿容器內兩介質分界面測量的新思路。即通過差壓變送器對容器內界面上下固定兩點間壓差的測量，再利用目前控制系統(tǒng)（DCS或PLC等）的可編程技術，計算出容器內分界面的具體位置。根據(jù)力學有所不同我們知道：界面上下介質密度的不同，如果分界面上下介質在固定區(qū)間內所占比例不同，區(qū)間內的壓差值則不同，且存在一定的數(shù)學關系。經(jīng)過推理和不斷實踐，我們實現(xiàn)了對存在于容器內的兩種介質密度差異小、介電常數(shù)相差小、腐蝕性強、測量精度要求高、工藝介質特性復雜的分界面測量。

2.2 原理圖標注說明
1：容器；
2：容器內介質1，密度為ρ1；
3：容器內介質2，密度為ρ2；
4：容器上部取壓口（變送器負壓）；
5：容器下部取壓口（變送器正壓）；
6：差壓變送器（法蘭式）；
7：容器上部進料口；
8：容器下部進料口；
9：容器上部出料口；
10：容器下部出料口；
H：變送器正、負取壓口間距（固定距離）；
h1：容器上部取壓口距界面距離；
h2：容器下部取壓口距界面距離。
注：圖中容器內橫線表示界面以上介質、斜線表示界面以下介質。

3 技術方案

為實現(xiàn)上述目的，采用如下技術方案：
差壓變送器的選用及安裝調試
差壓變送器的此裝置中的作用是：在生產(chǎn)過程中檢測出容器正、負取壓口間的壓差值。在這種特殊條件下差壓變送器最好選用法蘭式智能差壓變送器，以避免其負壓帶來其它外界干擾因素。變送器的安裝方式為法蘭連接，變送器的量程最好設置為ρ2gH（單位為Pa）。變送器的標定方法是：按原理圖在容器上安裝后，在變送器正負壓受力為零的條件下，通過手操器（帶HART協(xié)議功能）對其零位和量程進行設定，主要目的是遷移變送器毛細管內硅油給其負壓室?guī)�來的固定壓力�?/span>

主要計算設備介紹及實現(xiàn)方法

    根據(jù)各單位實際情況可采用集散控制系統(tǒng)（DistributedControl System）或可編程邏輯控制器PLC（ProgrammableLogic Controller）采集現(xiàn)場變送器輸出信號（4~20mA）。利用系統(tǒng)的可編程功能可計算出容器內介面的具體位置。由原理圖可得已知條件：差壓變送器測量的容器上下差壓Δ Pa、變送器正負壓間距離H、分界面上層介質2的密度ρ1、分界面下層介質3的密度ρ2。由原理圖不難得出如下公式：

Δ Pa=ρ1gh1+ρ2gh2 （1）

由原理圖可知：H=h1+h2 （2）

由式（1）、式（2）得：

Δ Pa=ρ1g（H-h2）+ρ2gh2=ρ1gH+gh2（ρ2-ρ1）

H變送器正負壓間距離；
ρ1表示分界面上介質密度；
ρ2表示分界面下介質密度；
h1表示分界面上介質離界面高度；
h2表示分界面高度；
g為當?shù)刂亓�加速度常�?shù)。

由此可見，計算設備根據(jù)固定值H和 Δ Pa代入上下介質密度ρ1及ρ2計算，得出分界面高度h2。

此外，當被測介質具有較強腐蝕性時，在差壓變送器應采用相對應的防腐雙法蘭差壓變送器。就能夠有效地解決該裝置的抗腐蝕問題。對于測量要求高低用戶可自由選用不同檔次的變送器。

4 效 果
    本方案測量原理簡單、計算速度快、易于實現(xiàn)且對高度、體積和/或重量數(shù)據(jù)均可進行監(jiān)控，可以根據(jù)工藝要求對容器內的兩種液體介質進行方便的監(jiān)控，從而對容器內的界面、液位進行有效的控制。