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压力变送器
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真空环境下的压力变送器该如何选型和安装
发布时间:  2020/12/9 14:30:07

压力变送器在过程控制中广泛应用, 但其自身特性决定了每种变送器都有一定的局限性,虽然传感器原理不一, 但都有膜盒或膜片作为过程隔离部件, 隔离部件内灌液以传递压力。传感器导压灌充液的物化性质以及接液部分的材质, 影响了变送器的工作, 决定了变送器的应用受工艺过程条件(压力和温度)的影响。真空下, 过程隔离膜盒的受力, 灌充液的压力传递都不同于正压, 法兰(远传隔膜密封式)变送器受过程条件的影响更大 。在真空环境下, 压力变送器的选型和合理安装变得非常重要, 结合现场经验, 比利科技为您介绍一些真空压力变送器的选型规则。

1 优先选取绝对压力变送器

测量真空可以使用绝对压力变送器和表压力变送器(又称负压表), 两者从本质上都是差压变送器, 前者以绝对真空为基准, 与大气压力无关, 后者以大气压为基准, 受大气压变化的影响。工艺过程测量, 特别是高真空, 小量程应用时, 为消除测量受大气压力变化的影响, 避免混淆和测量误差, 应优先选择绝对压力变送器。


         中国石油吐哈油田公司石油天然气化工厂真空解析工段, 产品顺酐在高真空下加热析出, 极限真空(绝对压力)约18 mmHg (1 mmHg ≈133 .3 Pa)。系统内压力测量采用了16 台绝压表,其中1 台绝压表故障, 临时采用了一台负压表来应急。本地海拔750 m , 年平均大气压730mmHg , 故仪表测量范围设置为-730 ~ 0 mmHg , 远传DCS监控界面(绝对压力)则是0 ~ 730 mmHg 。投用后, 发现测量误差在0 ~ 20 mmHg 之间。经分析确认测量误差源于参考压力(大气压)变化:系统内真空度恒定时, 大气压力升高, DCS 示值降低,反之, 示值升高。于是, 根据本地大气压的变化, 频频更改仪表的下限和量程。显然, 绝对压力表不存在此问题。由于负压表的参考点往往受气象条件的变化而改变, 故真空测量时, 尽量选取绝对压力变送器。


2 真空下压力变送器的选型


         仪表选型时, 除了注意仪表工艺过程接液部分材质的过程兼容性外, 还要注意仪表适用的压力和温度是相互关联, 不是彼此好立的。理想情况下,隔离膜片没有刚度和弹力, 在传递过程压力时没有任何压力损失, 但苛刻的工况又要保证膜片有一定强度, 这要求变送器在适应工况和保证测量精度之间性能均衡。高压应用时, 同一变送器压力增高适用的温度逐渐降低, 这是因为温度对隔离膜片强度、灌充液的膨胀率等因素的影响, 以下着重讨论真空下的应用。

高温高真空环境压力变送器选型和应用的难点

         真空应用时, 温度升高, 变送器适用的非常低压力也会有所提升, 高温下的高度真空, 是非常苛刻的应用条件, 因为 :高度真空时, 灌充液的沸点大大降低, 工艺温度超过填充油在该压力的沸点时,灌充液除膨胀外, 还会部分气化, 气化压力会施加给膜片, 同时也施加给变送器传感元件;膜片密封系统在灌液前, 系统内很难抽到绝对真空, 灌充液也很难完全排除溶解气体和其他挥发性气体;高真空时, 外界空气漏入膜片密封系统风险增加。
         膜片密封系统内可能存在的气体, 在高温高真空下膨胀系数倍增(可参考理想气体状态方程), 气压施加在膜片上会使膜片外鼓甚至破裂, 给仪表带来永久性损害。过程温度过高时, 一般采用法兰变送器, 其压力传递装置结构更复杂, 远传隔膜密封系统灌充液远远多于普通变送器, 受影响的程度更大, 故知名变送器生产厂商, 如罗斯蒙特, ABB , 富士等公司都针对变送器在高温高真空工况下的应用做了特殊优化处理 。

         由于压力变送器自身工作原理的限制, 真空下压力/差压变送器的制造、选型与应用是一个难题, 选型安装不当会影响测量精度, 甚至损坏仪表, 该文结合实践经验, 介绍了真空下变送器选用和安装的一般规律, 值得参考。


 

 
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