差压龙8
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重点讨论液位的测量在工艺操作上的可靠性与准确性

作时间:2022-03-02  来源:  作者:
   
摘要:差压液位计在化工企业装置中广泛应用,但是在使用中存在的许多问题。文章提出使用艾默生公司的新型ERS电子远传液位测量的技术,在实际的装置中,进行了特殊应用改造,经一段时间的使用,能很好地满足工艺生产。尤其是大量程差压液位的测量,提供了一种高精度测量的方法。
 
化工企业中,生产BDO产品的装置,具有高温,高压,有毒,危险性的特点,仪表的选择上,要考虑到各项参数,满足这些参数下,才能使仪表在装置中的稳定运行。本次重点讨论液位的测量,在工艺操作上的可靠性与准确性。突出液位测量仪表的选型,对影响工艺操作的稳定性,安全性的一般性讨论与研究。
 
1 液位测量和存在问题
1.1 现场液位测量现状
在化工企业中,对装置的液位测量,绝大多数地使用差压式液位龙8,某些企业采用了雷达液位计,在罐装设备上使用了射频导纳液位计,密封罐中使用的是磁致伸缩液位计。但它们因环境或测量媒质的不同,因自身的测量相一致的原理,存在着不一致的偏差。
 
1.1.1 差压式液位龙8
单法兰龙8,在底部使用,而双法兰差压龙8单法兰差压龙8在密封罐中经常使用,它是利用罐内液位改变时,因液位产生的静压,对压力隔膜的压力转变成电子信号的原理工作的。它有以下的优点:不受温差的变化,稳定性强,性价比较高,在密封罐中可以忽略其内在的影响。在使用中,也存在着一些缺点:如对介质的要求,强酸强碱的介质就不适用。对密度大的测量,精度也有影响,环境温度的剧变,也出现一定的偏差。尤其是上引的细管过长,也存在着的测量波动。
 
1.1.2 雷达液位计
常用的雷达液位计,主要分为非接触式雷达,导波雷达,主要的原理是利用雷达波的向液面发射超高频电磁脉冲,波长在几米,频率在4GHz以上,(在结构上主要有导波雷达沿钢缆和探棒这两种),由于测量发射波和回波存在着时间差,经过时间差的计算,再经一定的算法,就可以折算出液面高度。雷达波液位计,其具有不受温度,环境中有蒸汽,周围有粉尘,或者在泡沫包围的情况下,其影响度比其他的液位计有好特的优势。但是,它也出现了一定的缺点:由于导波雷达波到达以接触介质后,因为不同的介质,都有不同的介电常数,反射波的一部分被介质干扰掉后,剩余的回波就极大地削弱了,在时间差的测量上,就有了新的要求,回波就越大,精度越高,反之,精度就下降。对于某些使用钢缆,还有探棒的导波杆,其易挂料的现象不易消除。给其带来了不良影响。相反,非接触式雷达就具有了明显的优点:它不接触介质,只与传输中的空气或浑发性的气体接触,影响只是这些,但其
影响微乎其微,一般地,都忽略不计。但是,如果这些传输经过的空气中有汽化介质,或者带有泡沫的介质,影响就比较突出了,因此,其有以下的要求,对空间有汽化,空间有带泡沫介质,其测量会有较大的偏差,因此,不适用于这方面的应用。
 
综合以上可以看出,双法兰差压液位龙8是石油,化工和石化生产过程中应用十分广泛的液位测量仪表,主要用于测量具有腐蚀性,黏度大,不易结晶,低凝固点液位的被测介质。其特点是结构简单,精确度高,线性好,便于安装与维护,易于组合成控制系统,用于连续或间歇生产过程的塔,罐,槽等容器的液位连续测量和界位测量。
 
常规的差压龙8通过测量容器中的液位压力来进行液位测量,直接采用引压管安装。双法兰采用了毛细管柱和密封系统解决了引压管的许多安装问题。这些系统包括通过充油毛细管柱连接到差压龙8的外部传感膜片。压力的变化引起了膜片的位移,这样压力就通过充油毛细管传送到龙8。充油
毛细管系统都经过精心的焊接和制造,因此它是一个性能可靠的密封系统。这种类型的结构消除了可能在引压管中产生的泄漏点和堵塞。
 
1.2 传统差压液位技术的问题
液位测量上,双法兰差压液位系统仍然是一种成熟可靠的技术,它广泛应用于高型容器和塔中。它的特点,就是有了毛细管,在安装上,较为困难,不能打折,否则就造成一次性的损坏。因为它的距离过长,毛细管在传输压力上,就会将误差传输过去。在环境温度变化较大的时候变得更为明显了。毛细管的位置,其安装位置,是经常检查的目标。
 
使用双法兰膜片龙8测液位时,因为在高度上,其取压间距很大,毛细管的长度带来了储多问题。这个问题,较为常见的问题如:毛细管的温度变化对测量精度影响较大,在实际中,其响应速度也会变慢,其中的高温油在环境温度过低时需要伴热等。本装置中,25% 以上的差压液位都存在着法兰间距过大,毛细管过长,测量滞后;还有部分测量点介质温度过高,充填液采用高温硅油,需要对毛细管伴热,尤其是在新疆地区,冬季时间接近5个多月,仪表使用很不稳定。因此需要对部分关键点测量部位进行改造,来保证测量的准确性,以确保工艺操作的稳定性。
 
2 新型差压液位测量技术-电子远传ERS
艾默生过程控制有限公司于2011年发布了罗斯蒙特®ERS (electronic remote sensor) 电子远程传感器系统,一时造成了行业中的震动,它是世界上第一个数字差压液位系统。从此,压差测量技术,进入到了数字时代。艾默生宣称,它拥有十项以上的专利技术,在3051S ERSTM 系统上,是划时代的进步。它使用了两个以数字方式连接在一起的3051S压力传感器,机械毛细管的方式看不到了。原理简单地描述为,它通过两个传感器中的一个,进行差压值的计算,再通过一个标准HART位号牵制,进行两线制的传输,对现场的4~20Ma信号要求,就得以满足。
 
2.1 ERS电子远传传感技术原理
电子远程传感技术,是电子信号传输的一种方式,在ERS中,必须采用有线进行传输,这样就可以保证数据不受干扰,失真度接近为零。ERS与其他的信号相比,它有自身的专利技术,在高型容器和塔上进行液位的测量,有其准度高,安装方便,维护方便的特点。在表面上看,罗斯蒙特3051S ERS系统仅仅使用了两个直接安装的3051S压力龙8,它与差压龙8相比,没有毛细管应用。RES使用的两个传感器,其中的一个计算差压,另外的一个测量静压,通过标准的两线制4~20mA HART信号传输回主机,主机的系统经过软件的运算,直观地表现出液位数值。
 
ERS是在差压液位技术上的较大改进,是对差压测量技术的重要提升。ERS技术在目前来看,仍然属于非常先进,技术成熟的技术,在3051S压力龙8平台上,好放风采。它使用了两个压力龙8,其中一个测量低位装置的高压测量数据,另外一个在高位置测量低压侧数据,其数据使用了一个的电子功能模块由软件计算出高低压侧的差压来,再进而通过4~20Ma线路,向系统中输出对应的数据信息。资料显示,ERS拥有多项专利技术,它解决了信号的同步,电源配及的管理,在隔离防爆要求的场所,其本安认证的措施,也做得相当出色。ERS没有了毛细管,这在压差测量方面,具有好特的优势,因此,在10m以上的罐中,得以广泛应用,原来的压差上的负迁移,需要专业知识才能搞懂的知识,在ERS上几乎看不到,它巧妙地经过软件计算,仅仅在高位或低位提出实际的数据,就解决了其他测量技术的专业性,因此,其测量的数据响应速度变得很快,精度就更高了。在环境温度变化比较巨大的地区,它的优势就更加突出,因为它没有了毛细管。
 
与传统的两台压力龙8测量压力计算差压的方式相比,ERS系统需要一个4~20mA回路,这个回路是无源线,仅要在原来的线路中,切断后再连接到主表,另外,在副表供电上,只要接原来的供电源即可:不需要到DCS系统中计算差压,主表输出的差压信号是电信号,它经过数字化处理后,通过同步技术传到主线路中,在软件的优化作用下,直接差压零点进行调整,这样就保证了差压信号的正常传输,从而有效地保证了其可靠的同步性。环境温度的影响,两个压差龙8在同一环境中,因温度的变化,是一致性的,从而互利抵消了存在的干扰因素。
 
2.2 ERS电子远传系统的优点
3051S ERS系统好特的数字架构,其原理已经很明显,它在高型容器,还有高裁体的塔上使用较为突出,这是它的明显优点:
(1) 因为它采用的数字化架构,其性能加以改善了,3051S ERS系统的优上是没有了机械部件,大大地减少了机械磨损,因此,在大范围变化的温度下,数字化架构的性能就表现出其优势,在响应时间上得以提供,在传输信号上,就更加稳定,测量上的反复性就能很好地得以保证。有人经过测量数据的对比,它的测量精度相对于传统的机械式的测量,精度大幅度地提高了。
 
(2) 它的另一个特点,就是安装的简单化,凡是学过仪表基础知识的人,都可以方便地安装,并且对其出现的问题,按照说明的指南,很容易地解决出现的问题:在某些地上,尤其是北方,有长期的寒冷天气,这些装置会有伴热或保温的装置。这仅仅需要认真地检查信号的脉冲信号,检查线路的漏水点,发现漏点,要及时地处理,这样,对冷凝水就能好地解决。3051S ERS系统的数字架构恰恰地没有了这些环节,从而避免了人为地工作,降低了劳动强度,减少了大量维护工作和设备保养工作。
 
(3) 由于其是数架式结构,其特点就具备了现代通信的功能,有着较多的过程数据诊断,因此3051S ERS系统是一个多参数™系统,它提供了较多的数据内容,能有效地对额外的过程优化,进行有效地控制,数据信息量的处理可以方便地得以处理。经常的液位计算,3051S ERS提供了诸多的数据信息,对来自每个压力传感器读数都有非常好的数据地址,传输的实时数据,访问的实时数据,对液位或体积的测量,可以进行比例的输出,从而方便地与其他的数据接口,可以方便地匹配。综上,ERS是基于传统差压液位技术原理,在3051S平台上开发的新一代产品,在高塔液位测量,恶劣环境温度的条件下好具优势。
 
3 现场应用和改造
针对ERS的技术特点和现场的实际情况,首先选择BDO装置区域内的高塔液位,球罐液位测量点,主要解决液位测量距离在10m以上以及塔内介质温度高于200℃需要保温伴热的关键测量点进行更换。
 
3.1 改造方案1—精制塔液位测量
主要问题:差压150kPa。15m的法兰间距,传统方案误差很大,受环境温度影响大,介质温度高,冬季需要伴热。
解决方案:ERS电子远传替换原双法兰式方案。测量结果:使用ERS电子远传后,测量稳定性大大提高,无需伴热,维护方便。
 
测量数据对比如表1所示。
通过对比,双法兰差压测量在准确值的偏离度上有45mm以上的误差,随着高度的增加,误差也随之增大。ERS电子远传测量测量的数据,误差值在5mm以内,在高度测量上,其误差几乎可以忽略不计。
 
3.2 改造方案2—塔液位测量
主要问题:静压 600kPa差压 50kPa。20m的法兰间距,传统方案误差很大。受环境温度影响大。维护成本高
 
解决方案:ERS电子远传替换原双法兰式方案。
 
测量结果:使用ERS电子远传后,精度由原方案的5% 变为0.5%,提升了10倍;响应时间由3s缩短为0.5s,提升了6倍;环境温度变化不对测量结果产生影响;安装与维护变得更加方便。
 
通过对以上两种工况改造后,使用效果极佳,完全达到了预期的目的,确保了工艺测量的准确度和操作的稳定性,这对我厂后期继续改造和优化提供了很好的案例和经验。
 
4 推广和应用
ERS 适用于以下工况,尤其是应用过双法兰但测量效果不是很好的情况下,可以考虑ERS 系统。 
(1) 适用于10m以上的罐,或化工企业的沸腾塔等。化工企业经常有蒸馏塔,干燥塔,洗涤塔,还有储罐液位的罐等。在这种设施中,由于其取压间距比较大,典型的6m以上的设施,其间距会远远地大于6m,在选择双法兰测量的时候,需要使用较长的毛细管。而 ERS 系统是通过 CAN 总线连接主副表,消除了外界环境温度变化对毛细管系统的误差影响,提高整体测量性能,同时缩短了响应时间。
 
(2) 适用于10m以上的罐装置。由于10m以上的罐,其测量的压力相对要大些,这样得到的差压值就会更明显,精度得以提高。10m以上的罐内介质的测量,就可以保证差压信号的精度,假设其中的静压为 SP,它与差为DP的比值,就大于1,这样的结果,对提高精度是至关重要的,这也是为什么要在10m以上的罐中,得以广泛应用的原因。
 
(3) 它可以存在较大的跨度的温差设施中应用,也可以在需伴热的场合的设施中得以应用。环境温度变化跨度大易引起双法兰的产生较大的温度影响,而 ERS 因为没有毛细管可以完全消除了这种影响,大大提高测量精度及稳定性。对于高温油应用场合,在环境低温时需做伴热,而ERS没有毛细管不需要做伴热,降低维护及设备成本。
 
(4) 适用于安装位置上有其他附件,其他测量仪表无法测量的工况。ERS整体在安装时,单好固定好龙8,在接线端连接电缆,做好密封,在确保可靠性下,需要监督方进行核对,在确定完全正确时,即可投入使用。所以对现场安装条件复杂,不便于安装双法兰或是其他测量形式,可采用ERS系统简化安装工作。
 
5 结语
综上所述,在化工企业中,双法兰差压液位龙8普遍地使用,在价格上占据优势,测量上存在的误差比较明显,对小型企业,仍然是主要液位测量的解决方案。对于测量要求较高,影响工艺生产,控制要求严格的企业,采用艾默生公司推出的电子远传-ERS系统,在高塔和大罐液位测量,恶劣环境温度的条件下好具优势,在精度要求较高的工况下,应当是首选方案。
 
我厂在应用改造后,说明ERS在特殊工况的应用是成功的,又增加了几套改造,取得的效果是令人满意的。由于其性价比较高,并不是所有的差压液位测量都适合使用ERS电子远传系统。各企业可以根据自己的实际情况,建议对影响工艺操作的关键设备上的关键点进行改造使用,来保证工艺生产的安全性,满足装置的安稳运行,从而提高了企业经济效益。

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