法兰式液位变送器温度性能影响因素

2020/2/23 20:37:41 人评论 次浏览 分类:压力测量  文章地址:/tech/2926.html

文章分析膜片硬度及直径、填充液的流动性和膨胀特性、毛细管直径和长度等因素对法兰式液位变送器温度性能的影响情况,并对法兰式液位变送器设计选型中应注意的事项进行了归纳总结, 以帮助工程设计人员正确选用、安装隔膜密封系统。

法兰式液位变送器是由膜片密封系统,毛细管及填充液,压力变送器或差压变送器组合而成,适用于因任何原因需要把变送器与工艺处理过程进行隔离的场合,在工程设计中经常选用该类变送器,在石化行业多用于腐蚀性、黏稠性、易结晶介质的液位、界面或流量测量。


膜片密封系统和毛细管将过程压力间接传递到变送器,因此在选用法兰式液位变送器时有许多因素要考虑。温度的影响是主要因素,如何避免或减少温度变化对法兰式液位变送器的性能影响,并尽可能提高仪表的响应时间,是正确选用法兰式液位变送器的关键。

法兰式液位变送器
影响法兰式液位变送器温度性能的因素

①膜片硬度及直径
膜片硬度是影响温度特性的重要参数。当充填液随着温度的变化而膨胀或收缩时,硬度小(弹性好)的膜片承受的反作用力比硬度高的膜片要小,温度变化产生的反向压力作用于法兰式液位变送器的感应膜片上,从而引起测量误差。膜片硬度越小弹性越好,硬度小弹性好的膜片在弹性范围内的形变可吸收充填液体积变化,能够减小由温度变化引起的充填液体积变化带来的压力影响,较大限度克服温度变化引起的误差。

在充填液体积因温度引起变化时,大直径膜片产生的压力测量误差较小,而较小直径膜片产生的压力测量误差较大。


以某一品牌法兰式液位变送器(单侧毛细管密封系统)为例,其填充液为DC200,密封膜片为316LSS,每20K温度变化所产生的压力测量误差如表1所列;两侧毛细管密封系统的法兰式液位变送器,每20K温度变化所产生的压力测量误差为表中误差值的25%。

表1 温度每变化20K的压力测量误差 kPa


DN    膜座误差    每米毛细管误差     系统(敏感元件)误差
40     0.87           0.30                      0.90
50     0.29           0.03                      0.20
80     0.09           0.09                      0.03

②填充液
填充液起到压力传递的作用,充填液随着温度的变化而膨胀或收缩,填充液的流动性和膨胀特性会影响远传膜片密封系统的性能。填充液特性参见表2所示。
表2 填充液特性(25℃)

充灌液                         温度极限值      相对密度     温度膨胀系数/(ml.℃-1)       动力黏度/mPa.s


DC200硅油                  -40~205℃      0.945          0.00108                            9.5

DC704硅油                  0~315℃          1.07           0.00053                            44
惰性填充液(卤代烃)      -45~175℃       1.85           0.000864                          6.5
Sy ltherM XLT硅油      -75~150℃       0.85           0.000666                          1.6
甘油和水                      -15~95 ℃        1.13           0.00019                           12.5

◆充填液膨胀系数

选择膨胀系数较小的填充液有助于减小温度变化带来的误差。填充液体积越大,其膨胀潜力也越大,因此选择毛细管的长度要尽可能短,毛细管直径要尽可以小,以减小填充液体积达到减少温度误差的目的。

◆充填液黏度

充填液的黏度为其流动性能的量度,填充液的黏度、毛细管的长度和毛细管的内径均影响摩擦阻力,摩擦阻力越大,响应时间越长。选择黏度性小的充填液将加快响应时间。

图1为DN50膜片1mm直径毛细管密封系统,在不同填充液时每米的响应时间典型值(T90%)。

填充液响应时间
图1 填充液响应时间


◆毛细管内径越小,对压力传递阻力越大,速度也越慢。毛细管内径大能加快传递速度,缩短响应时间。毛细管越长,压力信号传输距离就越长,增加了响应时间。


无论是用于差压、流量还是液位测量,正负压室密封系统的膜片规格、两端毛细管长度、填充液应相同。环境温度变化所引起的两端毛细管充灌液膨胀量相同,尽可能减少因环境温度变化造成的测量误差。


③对系统精度的影响

密封系统由于温度变化引起零点误差,毛细管填充液特性、温度和长度决定了零点压力偏移值。以DN80,316L,硅油填充液膜片密封系统为例,毛细管长度为5m,毛细管环境温度为45℃。该毛细管密封系统的“TK环境”静压曲线如图2所示 。
“TK环境”静压曲线
图2“TK环境”静压曲线


根据该曲线,毛细管长度为5m的该密封系统,对应的“TK环境”静压值为140Pa/10K。


温度变化值T=TK环境-TK校准=45℃-25℃=20℃;温度变化产生的静压值p=T×140Pa/10K=280Pa;因此该密封系统的零点漂移值是280Pa。


在测量液位或界面时,如图3所示,对于双法兰差压变送器,虽然两端毛细管的长度相同,可以克服环境温度变化膨胀量的影响,但不能克服两端毛细管静压的影响。上下两个取压口的距离(H)这段(毛细管内充填液由于温度变化而影响密度的变化,温度膨胀系数大则密度变化大)由填充液密度变化引起的静压是很难抵消 。因此应考虑选用充填液密度受温度变化影响小的充填液,也就是选用温度膨胀系数小的充填液。填充液特性表中的密度是25℃时的密度,环境温度变化将会引起填充液密度变化。

 法兰式液位变送器安装示意
图3 法兰式液位变送器安装示意


25℃时,假如液位变送器以负迁移量-ΔP1为零点,ΔP1=ρ2×g×H;温度变化时,充填液密度的变化量为ΔP时,此时实际零点-ΔP2=(ρ2+Δp)×g×H;最终引起的静压变化值ΔP=Δρ×g×H,也就是零点飘移值。测量范围大毛细管越长、充填液膨胀系数大、环境温度变化大的情况下,零点漂移越严重。解决此问题的方案是对充填液密度变化进行温度补偿(需要精确测量时),或者通过改变安装位置和稳定环境温度等措施把膨胀静压减到最小。


法兰式液位变送器选择毛细管的长度要尽可能短,毛细管直径要尽可能小,以减小填充液体积达到减少温度误差。

总之,合理选用法兰式液位变送器应综合考虑,既要尽可能减少环境温度变化带来的测量误差,又要满足过程测量工艺介质特性、温度、响应时间等要求。
作者:中国石油集团华东设计院 李洪伟、李胜利

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