摘要:隔膜密封系統(tǒng)測量精度和響應時間受諸多因素影響,不僅受到膜片結(jié)構(gòu)、毛細管直徑和長度、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)境溫度變化帶來的影響。針對上述各類影響因素進行了剖析,并對設計選型中應注意的事項進行了歸納總結(jié),以幫助工程設計人員正確選用、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程進行隔離的場合,在工程設計中經(jīng)常選用該類變送器,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、界面或流量測量。
膜片密封系統(tǒng)和毛細管將過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時間,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)。當充填液隨著溫度的變化而膨脹或收縮時,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膜片上,從而引起測量誤差。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,大直徑膜片產(chǎn)生的壓力測量誤差較小,而較小直徑膜片產(chǎn)生的壓力測量誤差較大。
以某一品牌變送器(單側(cè)毛細管密封系統(tǒng))為例,其填充液為DC200,密封膜片為316LSS,每20K溫度變化所產(chǎn)生的壓力測量誤差如表1所列;兩側(cè)毛細管密封系統(tǒng)的變送器,每20K溫度變化所產(chǎn)生的壓力測量誤差為表中誤差值的25%。
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,填充液的流動性和膨脹特性會影響遠傳膜片密封系統(tǒng)的性能。填充液特性參見表2所示。
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的誤差。填充液體積越大,其膨脹潛力也越大,因此選擇毛細管的長度要盡可能短,毛細管直徑要盡可以小,以減小填充液體積達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性能的量度,填充液的黏度、毛細管的長度和毛細管的內(nèi)徑均影響摩擦阻力,摩擦阻力越大,響應時間越長。選擇黏度性小的充填液將加快響應時間。
圖1為DN50膜片1mm直徑毛細管密封系統(tǒng),在不同填充液時每米的響應時間典型值(T90%)。
毛細管內(nèi)徑越小,對壓力傳遞阻力越大,速度也越慢。毛細管內(nèi)徑大能加快傳遞速度,縮短響應時間。毛細管越長,壓力信號傳輸距離就越長,增加了響應時間。
無論是用于差壓、流量還是液位測量,正負壓室密封系統(tǒng)的膜片規(guī)格、兩端毛細管長度、填充液應相同。環(huán)境溫度變化所引起的兩端毛細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量誤差。
2.3 對系統(tǒng)精度的影響
密封系統(tǒng)由于溫度變化引起零點誤差,毛細管填充液特性、溫度和長度決定了零點壓力偏移值。以DN80,316L,硅油填充液膜片密封系統(tǒng)為例,毛細管長度為5m,毛細管環(huán)境溫度為45℃。該毛細管密封系統(tǒng)的TK環(huán)境靜壓曲線如圖2所示。
根據(jù)該曲線,毛細管長度為5m的該密封系統(tǒng),對應的TK環(huán)境靜壓值為140Pa/10K。
溫度變化值T=TK環(huán)境-TK校準=45℃-25℃=20℃;
溫度變化產(chǎn)生的靜壓值p=T140Pa/10K=280Pa。
因此該密封系統(tǒng)的零點漂移值是280Pa。
在測量液位或界面時,如圖3所示,對于雙法蘭變送器,雖然兩端毛細管的長度相同,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管靜壓的影響。上下兩個取壓口的距離(H)這段(毛細管內(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℃時的密度,環(huán)境溫度變化將會引起填充液密度變化。
25℃時,假如液位變送器以負遷移量-p1為零點,p1=2gH;
溫度變化時,充填液密度的變化量為p時,此時實際零點-p2=(2+p)gH;
非常終引起的靜壓變化值p=gH,也就是零點飄移值。
測量范圍大毛細管越長、充填液膨脹系數(shù)大、環(huán)境溫度變化大的情況下,零點漂移越嚴重。解決此問題的方案是對充填液密度變化進行溫度補償(需要精確測量時),或者通過改變安裝位置和穩(wěn)定環(huán)境溫度等措施把膨脹靜壓減到非常小。
選擇毛細管的長度要盡可能短,毛細管直徑要盡可能小,以減小填充液體積達到減少溫度誤差。
3 結(jié)束語
總之,合理選用法蘭密封系統(tǒng)差壓變送器應綜合考慮,既要盡可能減少環(huán)境溫度變化帶來的測量誤差,又要滿足過程測量工藝介質(zhì)特性、溫度、響應時間等要求。
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