雙法蘭液位變送器檢定裝置的研發(fā)與制造

張翼飛 謝秀飛 / 中國海洋石油集團有限公司計量檢測中心

0 引言

雙法蘭液位變送器主要用于過程測量，其體積較小安裝方便。雙法蘭液位變送器的檢定工作通常采用離線檢定，既節(jié)約了能源又提高了效率，方便快捷。

1 雙法蘭液位變送器的原理及安裝方式

液位變送器是工業(yè)過程測量和控制系統(tǒng)中用以指示和控制液位的儀表。雙法蘭液位變送器屬于差壓式壓力變送器，其通過測量介質(zhì)差壓值再按照帕斯卡定律得到液位高度，主要用于測量帶壓容器內(nèi)的液體高度。

雙法蘭液位變送器一般安裝在帶壓容器上，安裝方式為側(cè)裝，如圖1所示。安裝時應(yīng)保證雙法蘭液位變送器的法蘭及變送器表頭的垂直度，否則會引起測量誤差。雙法蘭液位變送器的下法蘭為正壓側(cè)，安裝在罐體下側(cè)與液體介質(zhì)接觸。雙法蘭液位變送器的上法蘭為負壓側(cè)，安裝在罐體上側(cè)與氣體介質(zhì)接觸。假設(shè)雙法蘭液位變送器下法蘭感應(yīng)到的壓力的P2，P2=P0+P。雙法蘭液位變送器上法蘭感應(yīng)到的壓力為P0，那么雙法蘭液位變送器輸出的差壓值為 ΔP=P2-P0=P。

式中：P2——雙法蘭液位變送器下法蘭感應(yīng)到的壓力；

P0——罐體上側(cè)氣體介質(zhì)壓力；

P——液體介質(zhì)靜壓力

因此，雙法蘭液位變送器輸出的差壓值即表征了液體高度。所以根據(jù)帕斯卡定律可知同種密度的液體在同一深度，液體向各個方向的壓強都相等。雙法蘭液位變送器就是根據(jù)這一原理測量到的差壓值來推算介質(zhì)高度的。其公式為

式中：H——雙法蘭液位變送器所測液體介質(zhì)高度；

P——液體介質(zhì)靜壓力；

ρ——液體介質(zhì)的密度；

g——重力加速度

圖1 雙法蘭液位變送器的安裝方式

2 雙法蘭液位變送器的檢定方法比較和選擇

2.1 方法一：傳統(tǒng)的檢定方法

傳統(tǒng)的檢定方法就是根據(jù)JJG 882-2015《壓力變送器》的相關(guān)要求，按照附錄A中連接方式進行標(biāo)準(zhǔn)器及雙法蘭液位變送器的安裝與連接，如圖2所示。連接好后按照規(guī)程要求進行檢定。

該方式是將雙法蘭液位變送器下法蘭安裝于被檢表位置，上法蘭與大氣連通，調(diào)節(jié)介質(zhì)流量按照規(guī)程對各檢定點進行檢定。同時記錄各檢定點數(shù)據(jù)，并進行誤差等數(shù)據(jù)處理。

圖2 檢定系統(tǒng)連接

要特別注意的是該方法安裝方式與實際安裝方式完全不同。由于毛細管中充滿了壓力傳導(dǎo)介質(zhì)，因此用該方法檢定完成后的雙法蘭液位變送器一旦安裝到設(shè)備上其輸出差壓值會改變。還要在現(xiàn)場安裝后對其進行二次檢定。

2.2 方法二：用專用設(shè)備的檢定方法

方法一的傳統(tǒng)檢定方法是將兩個法蘭水平放置于桌面上進行校驗。在此過程中，法蘭面水平放置。以人工手扶的方式保持法蘭靜止，兩個法蘭無規(guī)定的高度差。整個檢定過程繁瑣，不僅安全性較差，對于人力及物力要求較高，導(dǎo)致其工作效率及安全性較低。上述檢定方法存在以下問題：

1）雙法蘭液位變送器的兩個法蘭在檢定規(guī)程中往往需要人工手扶的方式，無有效的固定措施，檢定中會帶來壓力波動，影響檢定工作；

2） 雙法蘭液位變送器的兩個法蘭在同一水平面，未按照實際安裝方式使兩個法蘭達到規(guī)定高度。

為了解決雙法蘭液位變送器的安裝及離線檢定問題，自行研制了一套裝置（如圖3）來完成雙法蘭液位變送器的離線檢定問題。此裝置已獲得國家專利，專利號：ZL201820974816.8。

圖3 雙法蘭液位變送器檢定裝置

2.3 兩種方法的比較和選擇

從以下幾個方面對兩種方法進行比較：（1）復(fù)雜程度。對于不同大小法蘭的雙法蘭液位變送器方法一必須準(zhǔn)備n個法蘭來適應(yīng)雙法蘭液位變送器的法蘭安裝，設(shè)備及連接等較復(fù)雜；（2）操作性。方法一操作復(fù)雜，方法二設(shè)備規(guī)范、體積小、可操作性強；（3）安全性。方法一造成膜片損壞的危險性較大。方法二只需要將雙法蘭液位變送器的兩個法蘭安裝好就可以完成檢定工作；（4）經(jīng)濟性。方法一成本高，雙法蘭液位變送器在實驗室完成檢定后，由于檢定時的安裝方式與實際現(xiàn)場安裝方式不同，造成了雙法蘭液位變送器現(xiàn)場安裝后要進行適合現(xiàn)場安裝方式的二次檢定。方法二設(shè)備完全模擬現(xiàn)場安裝條件，一次檢定即可，現(xiàn)場安裝后可直接使用。

從以上比較可知，方法二更適合工作需要。

3 雙法蘭液位變送器安裝裝置

如圖4所示為雙法蘭液位變送器的安裝裝置，主要分三部分：機架、安裝臺、上法蘭安裝板。

圖4 雙法蘭液位變送器檢定裝置

3.1 機架的設(shè)計

機架包括一個梯形機座，用于各零部件支撐。為了使整個裝置處于水平位置，在機座下部設(shè)置了調(diào)平螺桿。機座上部還設(shè)置有兩個軸承，兩個軸承的軸心在同一直線上。其作用就是將安裝臺安裝在機座上，該裝置是將螺桿穿過軸承旋入安裝臺側(cè)面螺紋中使安裝臺安裝在機座上的。此時安裝臺可以以軸承軸心做旋轉(zhuǎn)運動，從而可以達到水平和垂直位置。為了使安裝臺在水平位置和垂直位置均可以固定不動，機座上設(shè)置了與安裝臺同軸的水平定位孔和垂直定位孔。雙法蘭液位變送器法蘭在水平位置時方便安裝，因此可以用水平定位銷插入水平定位孔將安裝臺固定在水平位置。當(dāng)雙法蘭液位變送器安裝好后，拔出水平定位銷轉(zhuǎn)動安裝臺至垂直位置，然后將垂直定位銷插入垂直定位孔就可以將安裝臺固定在垂直位置。此時就可以按照檢定規(guī)程進行檢定了。

3.2 安裝臺的設(shè)計

為了雙法蘭液位變送器方便安裝，設(shè)置了安裝臺。下法蘭安裝位置檢定時需要進壓，因此設(shè)計了檢定孔。為了適應(yīng)不同大小的法蘭，該裝置設(shè)置了下法蘭定位槽。將雙法蘭液位變送器的下法蘭放置在下法蘭安裝位置，然后將下法蘭壓桿放置在雙法蘭液位變送器下法蘭的合適位置上，用螺桿螺母就可以很好地將下法蘭通過下法蘭壓桿緊固在安裝臺上。為了雙法蘭液位變送器的上法蘭安裝以及上下法蘭距離的調(diào)整，在安裝臺上設(shè)置了上法蘭位置調(diào)整槽。上法蘭安裝板可以自由地在上法蘭位置調(diào)整槽的不同位置固定安裝。

3.3 上法蘭安裝板的設(shè)計

為了可以將雙法蘭液位變送器的上法蘭固定安裝在安裝臺上，設(shè)計了上法蘭安裝板。為了適合不同大小的上法蘭，在上法蘭安裝板上設(shè)計了一個足夠長的上法蘭定位槽。通過螺桿螺母將上法蘭安裝到上法蘭安裝板上后，將整個上法蘭安裝板整體一起安裝到安裝臺上。具體實施就是把螺桿穿過上法蘭安裝板螺栓孔和上法蘭定位槽緊固即可。

3.4 雙法蘭液位變送器的安裝過程

第一步：用水平定位銷將安裝板固定于水平位置；

第二步：將下法蘭固定在下法蘭位置上，將上法蘭先安裝在上法蘭安裝板上，再整體安裝在安裝臺上。此時應(yīng)注意兩個法蘭之間的距離應(yīng)保持正確；

第三步：拔出水平定位銷，轉(zhuǎn)動安裝臺至垂直位置，用垂直定位銷將安裝臺固定在垂直位置；

第四步：連接氣源至檢定孔，按照檢定規(guī)程的具體要求操作，記錄數(shù)據(jù)，完成檢定。

3.5 測量結(jié)果與驗證

以廠家 YOKOGAWA 0.2 級，量程為 0～3 500 mmH2O雙法蘭液位變送器為例，實驗數(shù)據(jù)對比結(jié)果如表1所示。

實驗結(jié)果表明，使用雙法蘭液位變送器校驗裝置在檢定雙法蘭液位變送器時最大誤差為5 mmH2O，小于最大允許誤差±7 mmH2O，該裝置比現(xiàn)場測量數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確，工作效率大大提高。

表1 實驗數(shù)據(jù)對比

4 結(jié)語

綜上所述，本文提及的雙法蘭液位變送器的檢定方法是較為全面且符合實際的。