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          壓力變送器在氯堿行業生產中的產品選型及應用
             壓力變送器在化工行業應用廣泛,儀表以福建湄洲灣氯堿工業有限公司為例說明,該公司以燒堿為基礎,擁有丙烯-環氧丙烷(PO)-聚醚(PPG)和甲醇-1,4-丁二醇(BDO)-聚對苯二甲酸丁二醇酯(PBT)兩條主產業鏈,壓力變送器在該公司遠傳測量儀表中占比約為40%,主要應用于壓力、差壓、液位、流量等測量領域,在生產中作為過程測量、過程控制和過程聯鎖等的檢測儀表。根據環境條件、應用工況、安裝條件、介質特性、經濟性的不同,對壓力變送器選型具有不同的要求。壓力變送器選型與環境條件、應用工況、安裝條件、介質特性、經濟性等息息相關,本文結合氯堿行業生產工藝特點,分享氯堿行業壓力變送器選型的經驗,合理進行壓力變送器選型可更好地保證變送器的使用壽命并確保氯堿生產過程的測量控制穩定。
          1、壓力變送器的類型 
          1.1 按測量對象來劃分
          壓力分為絕對壓力、表壓、差壓三種。變送器按測量壓力對象的不同,可分為壓力變送器(即表壓變送器)、絕對壓力變送器、差壓變送器三種。
          壓力變送器
          絕對真空下的壓力叫做絕對零壓,以絕對零壓為基準表示的壓力叫絕對壓力,即絕壓。絕對壓力(絕壓)是介質(液體、氣體、蒸汽)所處空間的所有壓力。在容器中介質的絕對壓力,可高于外界的大氣壓力也可等于或低于外界的大氣壓力。
          大氣壓即地球表面上的空氣中因重力而產生的壓力。它與所處的海拔高度、緯度及氣象狀況有關。1個標準大氣壓強≈101kPa≈0.1MPa1標準大氣壓=760mm汞柱=76cm汞柱=1.01325×10^5Pa=10.336m水柱。1標準大氣壓=101325 N/m2。(在計算中通常為 1標準大氣壓=1.01×10^5 N/m2)。
          絕對壓力即參照壓力為真空時所測量的壓力值;表壓即參照壓力為當地的大氣壓力時,所測量的壓力值,表壓為負值時稱為負壓力或真空度;差壓即測量兩個壓力之差,對于變送器而言,即變送器上有兩種感壓膜盒,稱為正負壓室,變送器通過對正負壓室兩端測量的壓力值進行計算得出兩者的差壓值。
          1.2 壓力變送器按膜盒制作結構來劃分 
          壓力變送器按膜盒制作結構來進行分類,可分為普通型和隔離式。普通型變送器即其測量膜盒只有一個,直接感受被測介質的壓力或差壓。而隔離式變送器則由普通型的內膜盒和直接感壓的外膜盒組成,外膜盒感壓后通過一種穩定液(硅油、氟油、乙二醇等,一般為硅油)將壓力傳遞至內膜盒上,從而實現壓力的測量。隔離式變送器常用的為法蘭式安裝,也可作成螺紋連接型,法蘭連接隔離式變送器又可分為平膜片和凸膜片型。
          從安裝形式上,隔離式變送器可分為一體式直接安裝型和遠傳安裝密封型。在使用環境較好,易接近的場合,可選用直接安裝型變送器。遠傳型即外膜盒與內膜盒間通過毛細管進行連接。
          2、壓力變送器的應用領域及選型
          根據應用領域、工藝管道和設備結構、開孔情況、安裝位置的不同,壓力變送器選型也不同。由于壓力變送器的類型較多,應用面廣,故在壓力變送器選型,尤其是在備品備件壓力變送器選型上,建議按通用性、適用范圍廣等原則來統一考量,以減少備品備件的庫存數量。
          2.1 壓力變送器在壓力測量領域的類型選擇
          在壓力測量上選用的變送器有壓力變送器(中低表壓)、高壓力變送器(中高表壓)和絕對壓力變送器、單法蘭隔膜密封式壓力變送器(中低表壓)。根據測量安裝方式的不同,壓力、高壓力和絕對壓力變送器可分為管道直連式安裝和導壓管取壓安裝兩種安裝類型。對于微小壓力工況,直接測量壓力可能存在測量波動不穩定的情況,根據《自動化儀表選型設計規范》HG/T 20507-2014中的5.3.1,測量微小壓力(小于500Pa)時,宜選用差壓變送器。
          2.2 差壓變送器在差壓、液位測量領域的類型選擇
          差壓測量即通過差壓變送器測量正負壓室的壓力差進行計算得出差壓值。
          在液位測量領域中,可通過測壓力或差壓的方式來間接測得液位。測量介質特性和安裝方式的不同,液位測量選用的差壓變送器有差壓變送器(靜壓為中低壓)、高差壓變送器(靜壓為高壓)、法蘭安裝式差壓變送器、隔膜密封式雙法蘭差壓變送器等。
          ①常壓容器液位測量
          常壓容器與大氣連通,P-即等于大氣壓,可直接選用壓力變送器或單法蘭隔膜密封式壓力變送器來進行測量,如選用差壓變送器則負壓室直接通大氣不需連接。
          根據液柱壓強公式P=ρ×g×h, ΔP=P+-P-=ρ1×g×h,式中,ΔP為變送器正、負壓室之間的壓差;ρ1為在設計溫度和壓力下,被測容器內的介質密度,kg/m3;h為測量液位,m。
          ②密閉容器液位測量
          常壓容器的密負壓室可能存在氣相揮發,或是容器頂部進行氮封,如選用法蘭安裝式差壓變送器則負壓室需引導壓管連接,如選用隔膜密封式變送器,則正負壓室均使用遠傳法蘭連接。 
          ΔP=P+-P-=ρ1×g×h+ρ2×g×(H-h),式中,H為被測容器正、負取壓點之間的高度,m;ρ1為在設計溫度和壓力下,被測容器內液體上部氣體介的質密度,kg/m3。
          注:由于智能變送器可通過手操器進行零點遷移操作,在這里不考慮由于安裝引起的零點漂移問題。這里也暫不考慮由于變送器安裝位置與液位零點不在同一高度而產生的毛細管內硅油的壓差影響。
          ③敞開水池液位測量
          敞開水池一般采用投入式液位變送器較為經濟,但對于水池底部有污泥的工況,使用投入式液位變送器可能存在維護量較大的問題,此情況下也可選用單法蘭密封隔膜式壓力變送器進行液位測量。
          壓力變送器
          2.3 流量測量領域選用差壓變送器
          差壓變送器與孔板、阿牛巴、文丘里等節流裝置配套使用實現流量測量,差壓變送器檢測出來的是對差壓值,對于蒸汽、氣體等介質還需要進行相應的運算,一般在流量積算儀或DCS/PLC等上位系統上進行運算得出相應的流量值。流量測量選用的差壓變送器有差壓變送器和隔膜密封式雙法蘭差壓變送器等。
          3、壓力變送器在幾種特殊工況的選型及應用
          3.1 高溫工況的壓力變送器選型
          高溫工況應注意考慮傳感器填充液、毛細管灌充液的選擇。常用毛細管灌充液的硅油一般為200硅油和高溫704硅油。在大氣壓力下,200硅油可用范圍為-45~205℃,高溫704硅油可用范圍為0~305℃。在實際選型中,除了了解工況溫度外,工況壓力也是一種重要參數。隨著溫度的升高,介質飽和蒸汽壓也會相應降低,在選型中應根據廠家的飽和蒸汽溫壓曲線來選擇,建議130℃以上考慮選用高溫硅油。
          對于測量介質溫度較高的場合,過程溫度超過變送器的正常工作范圍,且不能通過導壓管或直接安裝型隔離膜把溫度調節到極限范圍內,可選用遠傳壓力變送器/遠傳差壓變送器或600℃超高溫遠傳壓力/差壓變送器,避免由于高溫對變送器電子元件造成的影響。
          壓力變送器
          3.2 易結晶高粘度工況的壓力變送器選型
          介質離開工藝設備后易產生結晶現象或是介質粘度太大時,如采用導壓管連接易造成堵塞,需要經常進行清理疏通,且易造成測量的不穩定,一般選用隔離式變送器。對于結晶較為嚴重的工況,可選用凸膜片型變送器,將感壓膜片直接插入設備內部,從而可直接感受介質的溫度,使介質在膜盒處不易結晶,更好地保證測量的穩定可靠。結晶工況往往同時需要伴熱保溫,對于此工況,隔離液宜選用高溫硅油。
          對于介質在法蘭連接處易凝結、沉積的工況,建議在過程法蘭和隔膜密封法蘭之間裝夾沖洗環,通入水等,通過沖洗環側面的孔沖洗掉沉積物,保持隔膜清潔,從而保證膜盒的正常感壓。
          3.3 壓力變送器腐蝕性工況的壓力變送器選型
          腐蝕性工況包括環境條件、應用工況的腐蝕性。如在導壓管材質為碳鋼或不銹鋼適用的工況,選擇普通型的壓力和差壓變送器;如碳鋼或不銹鋼無法滿足工況要求時,應選用隔離式變送器。
          腐蝕性工況需特別注重材質的選型。變送器的材質包括了變送器的膜片及接液材質、法蘭材質、外殼材質、排氣/排液閥材質、傳感器填充液材質、毛細管灌充液材質、螺栓螺母材質等,選型中最需要關注的是膜片及接液材質、法蘭材質、外殼材質。
          3.3.1 壓力變送器膜片及接液材質
          根據介質化學特性的不同,來進行選擇,不同濃度的同種介質在不同溫度下的腐蝕性也有所不同。隔膜密封式變送器,一般內膜盒選用不銹鋼材質,接液外膜盒根據介質特性進行選擇。
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