隔膜密封壓力變送器設(shè)計(jì)選型中應(yīng)注意的事項(xiàng)

隔膜密封系統(tǒng)測(cè)量精度和響應(yīng)時(shí)間受諸多因素影響, 不僅受到膜片結(jié)構(gòu)、毛細(xì)管直徑和長(zhǎng)度、填充液特性等密封系統(tǒng)內(nèi)在因素的影響, 而且也受到安裝環(huán)境, 主要是環(huán)境溫度變化帶來(lái)的影響。針對(duì)上述各類(lèi)影響因素進(jìn)行了剖析, 并對(duì)設(shè)計(jì)選型中應(yīng)注意的事項(xiàng)進(jìn)行了歸納總結(jié), 以幫助工程設(shè)計(jì)人員正確選用、安裝隔膜密封系統(tǒng)。

1　引　言

     隔膜密封系統(tǒng)變送器是由膜片密封系統(tǒng), 毛細(xì)管及填充液, 壓力或差壓變送器組合而成, 適用于因任何原因需要把變送器與工藝處理過(guò)程進(jìn)行隔離的場(chǎng)合, 在工程設(shè)計(jì)中經(jīng)常選用該類(lèi)變送器, 在石化行業(yè)多用于腐蝕性、黏稠性、易結(jié)晶介質(zhì)的液位、界面或流量測(cè)量。

    膜片密封系統(tǒng)和毛細(xì)管將過(guò)程壓力間接傳遞到變送器, 因此在選用隔膜密封壓力變送器時(shí)有許多因素要考慮。溫度的影響是主要因素, 如何避免或減少溫度變化對(duì)隔膜密封壓力變送器的性能影響, 并盡可能提高儀表的響應(yīng)時(shí)間, 是正確合理選用隔膜密封壓力變送器的關(guān)鍵。

2　影響溫度性能的因素

2.1　膜片硬度及直徑

    膜片硬度是影響溫度特性的重要參數(shù)。當(dāng)充填液隨著溫度的變化而膨脹或收縮時(shí), 硬度小(彈性好)的膜片承受的反作用力比硬度高的膜片要小, 溫度變化產(chǎn)生的反向壓力作用于變送器的感應(yīng)膜片上, 從而引起測(cè)量誤差。膜片硬度越小彈性越好, 硬度小彈性好的膜片在彈性范圍內(nèi)的形變可吸收充填液體積變化, 能夠減小由溫度變化引起的充填液體積變化帶來(lái)的壓力影響, 較大限度克服溫度變化引起的誤差。

    在充填液體積因溫度引起變化時(shí), 大直徑膜片產(chǎn)生的壓力測(cè)量誤差較小, 而較小直徑膜片產(chǎn)生的壓力測(cè)量誤差較大。

    以某一品牌變送器(單側(cè)毛細(xì)管密封系統(tǒng))為例, 其填充液為DC200 , 密封膜片為316LSS , 每20 K 溫度變化所產(chǎn)生的壓力測(cè)量誤差如表1 所列;兩側(cè)毛細(xì)管密封系統(tǒng)的變送器, 每20 K 溫度變化所產(chǎn)生的壓力測(cè)量誤差為表中誤差值的25 %。

溫度每變化20 K 的壓力測(cè)量誤差kPa

2.2 　填充液

    填充液起到壓力傳遞的作用, 充填液隨著溫度的變化而膨脹或收縮, 填充液的流動(dòng)性和膨脹特性會(huì)影響遠(yuǎn)傳膜片密封系統(tǒng)的性能。填充液特性參所示。填充液特性(25℃)

    充填液膨脹系數(shù)：選擇膨脹系數(shù)較小的填充液有助于減小溫度變化帶來(lái)的誤差。填充液體積越大, 其膨脹潛力也越大, 因此選擇毛細(xì)管的長(zhǎng)度要盡可能短, 毛細(xì)管直徑要盡可以小, 以減小填充液體積達(dá)到減少溫度誤差的目的。

     充填液黏度：充填液的黏度為其流動(dòng)性能的量度, 填充液的黏度、毛細(xì)管的長(zhǎng)度和毛細(xì)管的內(nèi)徑均影響摩擦阻力, 摩擦阻力越大, 響應(yīng)時(shí)間越長(zhǎng)。選擇黏度性小的充填液將加快響應(yīng)時(shí)間。

填充液響應(yīng)時(shí)間

    為DN 50 膜片1 mm 直徑毛細(xì)管密封系統(tǒng), 在不同填充液時(shí)每米的響應(yīng)時(shí)間典型值(T90 %)。

毛細(xì)管內(nèi)徑越小, 對(duì)壓力傳遞阻力越大, 速度也越慢。毛細(xì)管內(nèi)徑大能加快傳遞速度, 縮短響應(yīng)時(shí)間。毛細(xì)管越長(zhǎng), 壓力信號(hào)傳輸距離就越長(zhǎng), 增加了響應(yīng)時(shí)間。

無(wú)論是用于差壓、流量還是液位測(cè)量, 正負(fù)壓室密封系統(tǒng)的膜片規(guī)格、兩端毛細(xì)管長(zhǎng)度、填充液應(yīng)相同。環(huán)境溫度變化所引起的兩端毛細(xì)管充灌液膨脹量相同, 盡可能減少因環(huán)境溫度變化造成的測(cè)量誤差。

2.3　對(duì)系統(tǒng)精度的影響

     密封系統(tǒng)由于溫度變化引起零點(diǎn)誤差, 毛細(xì)管填充液特性、溫度和長(zhǎng)度決定了零點(diǎn)壓力偏移值。以DN80 , 316 L , 硅油填充液膜片密封系統(tǒng)為例, 毛細(xì)管長(zhǎng)度為5 m , 毛細(xì)管環(huán)境溫度為45 ℃。該毛細(xì)管密封系統(tǒng)的“ TK 環(huán)境” 靜壓曲線如圖2所示。“ TK 環(huán)境”靜壓曲線

    根據(jù)該曲線, 毛細(xì)管長(zhǎng)度為5 m 的該密封系統(tǒng), 對(duì)應(yīng)的“ TK 環(huán)境”靜壓值為140 Pa/10K 。

    溫度變化值T =TK 環(huán)境-TK 校準(zhǔn)=45 ℃-25 ℃=20 ℃;

    溫度變化產(chǎn)生的靜壓值p = T ×140 Pa/10 K =280 Pa 。

    因此該密封系統(tǒng)的零點(diǎn)漂移值是280 Pa 。

    在測(cè)量液位或界面時(shí), 如圖3 所示, 對(duì)于雙法蘭變送器, 雖然兩端毛細(xì)管的長(zhǎng)度相同, 可以克服環(huán)境溫度變化膨脹量的影響, 但不能克服兩端毛細(xì)管靜壓的影響。上下兩個(gè)取壓口的距離(H)這段(毛細(xì)管內(nèi)充填液由于溫度變化而影響密度的變化, 溫度膨脹系數(shù)大則密度變化大)由填充液密度變化引起的靜壓是很難抵消。因此應(yīng)考慮選用充填液密度受溫度變化影響小的充填液, 也就是選用溫度膨脹系數(shù)小的充填液。填充液特性表中的密度是25 ℃時(shí)的密度, 環(huán)境溫度變化將會(huì)引起填充液密度變化。

雙法蘭變送器安裝示意

    25 ℃時(shí), 假如液位變送器以負(fù)遷移量-Δp1為零點(diǎn), Δp1 =ρ2 gH ;

    溫度變化時(shí), 充填液密度的變化量為Δp 時(shí),此時(shí)實(shí)際零點(diǎn)-Δp2 =(ρ2 +Δp)gH ;

    非常終引起的靜壓變化值Δp =ΔρgH , 也就是零點(diǎn)飄移值。

    測(cè)量范圍大毛細(xì)管越長(zhǎng)、充填液膨脹系數(shù)大、環(huán)境溫度變化大的情況下, 零點(diǎn)漂移越嚴(yán)重。解決此問(wèn)題的方案是對(duì)充填液密度變化進(jìn)行溫度補(bǔ)償(需要精確測(cè)量時(shí)), 或者通過(guò)改變安裝位置和穩(wěn)定環(huán)境溫度等措施把膨脹靜壓減到非常小。

   選擇毛細(xì)管的長(zhǎng)度要盡可能短, 毛細(xì)管直徑要盡可能小, 以減小填充液體積達(dá)到減少溫度誤差。

3　結(jié)束語(yǔ)

   總之, 合理選用法蘭密封系統(tǒng)差壓變送器應(yīng)綜合考慮, 既要盡可能減少環(huán)境溫度變化帶來(lái)的測(cè)量誤差, 又要滿足過(guò)程測(cè)量工藝介質(zhì)特性、溫度、響應(yīng)時(shí)間等要求。