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差壓變送器

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微差壓智能變送器零點漂移問題的研究

作時間:2019-03-25  來源:  作者:
   
    本文主旨:為了研究不同環境對微差壓智能變送器零點輸出的影響,通過模擬現場實際測出不同品牌微差壓智能變送器受不同環境影響所產生零點漂移的數據,根據實測數據和實驗結論制定解決方案,進而為更好地應用微差壓智能變送器測量流量提供參考依據。
0引言
    酒鋼集團在動力能源介質計量儀表的選型上,為了避免各類動力能源介質管網壓力損失,滿足各廠礦動力能源介質管網壓力的需求,大量選用了壓損低、能耗少、精度穩定的均速管流量計,使動力能源介質管網壓力損失降到了非常低。由于均速管流量計產生的差壓一般在1kPa以下,為了能夠準確檢測出流體流量,通常選用智能微差壓變送器與其配合使用,組成智能差壓式流量測量儀表[1-3]。差壓式流量計的流量和差壓成開方關系,流量越小則放大倍數越大,造成的測量誤差也越大[4]。由于微差壓變送器的壓差比較小,更容易受到現場環境因素如溫度、震動等的影響[5-6],出現零點漂移產生較大的虛假流量,造成計量失準及生產事故。目前在處理和解決此類故障時,主要采取的措施是定期進行差壓變送器零點調整,或根據氣溫變化情況及時進行差壓變送器零點校對,不僅增加了儀表維護人員的工作量和工作難度,而且也不能從根本上解決問題。該文通過對常用的幾種智能微差壓變送器環境溫度、震動、電源電壓、安裝方式進行模擬實驗,掌握環境因素對微差壓變送器零點漂移的影響,并根據影響程度尋找出科學的解決辦法,非常終通過對安裝方式及檢測系統優化改造等技術手段,解決變送器零點漂移問題,減少環境因素造成計量失準事故的數量[7],為今后能夠合理選擇、使用、安裝微差壓變送器提供可靠參數和依據,以降低微差壓變送器零點漂移問題的發生。
1存在的問題
    近年來,由于環境溫度變化而造成的微差壓變送器零點漂移問題比較多,甚至造成計量數據失準或生產事故。以碳鋼冷軋煤氣混合加壓站熱值控制故障為例,此系統主要以高爐煤氣與焦爐煤氣混合配比實現熱值自動控制,為了提高測控系統的準確性,高爐煤氣設計有大、小管切換功能,由于氣溫回升,班組安排停運大管高煤流量儀表保溫,使得差壓變送器的環境溫度由白天的30℃降至夜間的4℃,導致大管高爐煤氣流量差壓變送器產生零點漂移,漂移量超過流量儀表小信號切除點,造成高爐煤氣流量疊加突然增加2800~3000m3/h(而實際大管高爐煤氣切斷閥處于關閉狀態并沒有流量),該虛假信號通過比值調節,造成焦爐煤氣流量也相應增加,使得去往罩式爐的主管混合煤氣熱值從7600kJ/m3左右增加到9500kJ/m3左右,超過了罩式爐允許的熱值范圍,造成罩式爐熄火,這是典型的溫度變化造成的變送器零點漂移生產事故。
    酒鋼7#高爐凈煤發生量選用威力巴流量計,設計流量為505000m3/h,差壓為595Pa,由于差壓比較小,為了使變送器能檢測到較小的差壓,采用縮短導壓管路,將變送器直接安裝在減壓閥后凈煤管道上,存在的弊端就是無法避免現場震動對變送器的影響。在生產過程中7#高爐產生的煤氣量在36萬m3/h左右,一路通過TRT余壓發電站后進入高煤總管,流量在30萬m3/h左右,與TRT并聯的另一路煤氣經減壓閥組后進入高煤總管,流量在6萬m3/h左右。由于減壓閥組現場管道震動較大,經常造成差壓變送器發生零點漂移,漂移量在4.03mA左右,相當于1Pa左右的壓差。以此漂移量為例,在TRT停機時,36萬m3/h左右的高爐煤氣量全部經減壓閥組后進入高煤總管,此時減壓閥后威力巴流量計的差壓為302Pa左右,微差壓變送器工作在滿量程的2/3左右,誤差很小,假如此時微差壓變送器出現的漂移仍為4.03mA(1Pa)左右,對應的流量為360374m3/h,多計了374m3/h,產生的誤差也在可控范圍,不會造成太大的計量偏差;而當TRT發電時減壓閥組只流過6萬m3/h左右的煤氣,此時差壓為8.4Pa,微差壓變送器工作在滿量程的1/10左右,基本處于小信號切除點附近,假如此時的漂移仍為4.03mA(1Pa)左右,則對應的流量為63474m3/h,實際多計了3474m3/h,通過這個煤氣發生量的運行實例可以看出,現場震動會產生很大的計量誤差。
    隨著現代化企業制造技術的不斷更新,一些新型智能化微差壓變送器也應用到各化工和冶金行業,雖然新型智能微差壓變送器優點很多,各生產廠家也采取了零點漂移的控制措施,比如挑選質量性能穩定的電子元器件并進行老化處理,采取先進的電路補償和調制手段,選用性能穩定的供電電源,但仍然無法從根本上徹底解決零點漂移問題,零點漂移問題成了國內外生產廠家難以解決的問題,是值得研究和分析的。
    微差壓變送器產生零點漂移的原因很多,如電源電壓不穩、元器件性能劣化、環境溫度變化、震動、安裝方式等,其中非常主要的因素是溫度的變化。由于變送器測量膜盒內的液體介質會隨環境溫度變化而發生熱脹冷縮,從而導致變送器輸出產生漂移,變送器內各電子元器件也會受溫度影響而產生變化[8],非常終導致變送器輸出變化。在以上因素中非常難控制的也是溫度變化產生的影響,特別是地處西北地區,平均晝夜溫差在10℃以上,這些因素都是很難控制的,要想讓變送器長期穩定地工作,就必須定期和不定期進行零點檢查調整,此項工作費時費力,而且不能從根本上解決零點漂移問題,因此只有通過對微差壓變送器零點漂移進行實驗研究,才能掌握各類變送器在實際應用中的漂移參數,并根據現場實際情況選擇可靠性好、穩定性高的差壓變送器,以保證測量過程中微差壓變送器零點漂移量達到非常小。
    變送器的零點漂移問題,已經影響到生產工藝過程及計量數據結算。而且每年都有大部分微差壓變送器由于零點漂移嚴重被更換下線,這不僅造成了備件費用的增加,也使工人的勞動強度加大,更關鍵的是影響到公司的正常生產和數據結算。在流量測量的過程中,雖然無法徹底避免變送器的零點漂移,但可以通過模擬現場環境進行試驗研究,找出影響變送器零點漂移的主要因素,制定有效的技術改進措施,可以有效降低變送器零點漂移對生產和計量工作的影響,進而為提高變送器測量的穩定性和準確性提供參考依據,有助于后續工作的展開[9]。
2問題分析研究
2.1研究內容
    根據目前應用比較廣泛的E+H、EJA、霍尼韋爾微差壓智能變送器,研究各品牌微差壓智能變送器在不同環境條件下零點漂移數據。
    模擬現場實際,研究微差壓智能變送器受環境溫度、電源電壓、安裝方式及震動等方面變化的影響程度,確定關鍵影響因素,從而制定解決技術方案及整改措施,保證變送器測量的準確性。
2.2實施步驟和效果
    1)采用GDW-100C型高低溫恒溫箱,對變送器進行連續的高低溫變化實驗,建立溫度變化與變送器零點輸出電流參數對應關系統計表。
    首先將變送器按校驗圖進行接線,通電20min后,在室溫狀態下(25.7℃)進行零點及量程調校,調校完成后將變送器水平放置在高低溫恒溫箱中進行溫度變化試驗。
    在室溫狀態下對恒溫箱通電并進行溫度設定,每次溫度變化2℃并保持恒定10min后,開始記錄變送器零點輸出電流值,溫度變化與變送器輸出電流對應關系如表1所示。
溫度變化與變送器輸出電流對應關系表
    通過表1可以看出,變送器零點輸出均受環境溫度影響,影響范圍各不相同,其中E+HPMD230微差壓變送器受環境溫度變化影響較小,性能相對較穩定。
    2)通過對電源電壓調整的實驗,建立電源電壓變化與變送器零點輸出電流參數對應關系統計表,如表2所示。
    從表2可以看出:以上3種差壓變送器在正常電壓波動范圍內,均能有穩定的電流輸出。
    3)通過模擬現場安裝方式實驗,建立變送器各種不同的傾斜角度與其零點輸出電流變化統計表,如表3所示。
    從表3可以看出,變送器安裝傾斜角度的變化對其零點輸出影響較大。
電壓變化與變送器輸出電流對應關系
傾斜角度與變送器輸出電流對應關系
    4)通過模擬現場震動實驗,對差壓變送器的零點輸出變化進行數據統計。
    選擇現場震動比較大的7#高爐凈煤發生量,分別安裝上述3種變送器進行流量測量,安裝后首先進行零點標定,然后投運8h后打開平衡閥進行零點輸出電流檢查,通過試驗3臺差壓變送器的零點輸出電流分別為:STD924-AIH-00000-SM.MB.S2.1C:4.072mA;EJA120A-DES4A-92DA:4.065mA;PMD230-KD3F2ED3CEL3T:4.054mA。
    通過模擬現場震動實驗可以看出,變送器安裝在震動較大的場所,其穩定性能都不理想,產生的偏差都較大。
3實驗結論及解決方案
    通過對常用的3種智能微差壓變送器模擬實驗可以看出,微差壓變送器在現場使用過程中均會受到環境溫度、安裝方式及震動等的影響,均會產生較大的零點漂移現象,雖然各生產廠商選用的生產原料、采用的生產工藝和技術補償手段不同[10],生產出的智能微差壓變送器的性能指標也各不相同,因而產生的漂移量也各有差異。從實驗數據可以看出,生產于90年代的E+H公司原裝PDM230智能差壓變送器性能相對比較穩定,但仍然存在零點漂移現象,說明目前還無法從根本上解決變送器零點漂移問題。但為了降低微差壓變送器的漂移量,提高微差壓變送器測量流量的穩定性,使流量測量誤差控制在可控范圍內,避免流量儀表出現計量異議和生產故障,在今后的維護和設備安裝過程中,通過合理的儀表選型及規范的施工安裝等一些具體的技術控制措施[11],也可以很好地解決微差壓變送器零點漂移問題。
    首先,變送器的正確選型是保證儀表正常工作和安全生產的前提[12]。在今后儀表選型過程中應盡量避免選擇微差壓變送器測量介質流量,以保證儀表的測量精度。如果必須選擇微差壓變送器,應盡量避免把差壓量程選在變送器量程的下限附近,工作量程非常好選用在變送器量程上限的1/3~1/2范圍內,才能非常好地保證整機精度達到使用要求。
    其次是現場施工安裝變送器時要盡量避開環境溫度變化劇烈的地方或高溫區域[13-15]。同時應避免將變送器安裝在就地震動場所和在線傾斜安裝,防止由于振動對變送器產生干擾,應按照儀表工施工規范,采用引壓管路將變送器安裝在無明顯震動、溫度變化相對穩定的區域,非常好引到儀表專用變送器小房內,并按照技術要求對導壓管(毛細管)進行固定[16],并設置保溫設施,使變送器的環境溫度在可控范圍。
    同時在日常維護中,應定期檢查微差壓變送器零點輸出值,并根據輸出值變化情況來分析變送器是否受周圍環境影響或是自身性能問題,以制定出相應的解決對策及維護標準,才能保證微差壓變送器的穩定運行。
4結語
    微差壓變送器零點漂移是差壓式流量檢測過程中的常見問題,也是影響計量失準及生產事故的主要原因,為了避免和減少計量糾紛和生產故障,在實際應用中必須重視微差壓變送器零點漂移的問題。雖然微差壓變送器在現場使用過程中均不可避免地會受到環境溫度、震動及安裝方式的影響而出現零點漂移現象,但通過合理的儀表選型及規范的施工安裝和維護技術措施,可以減少測量誤差對儀表的影響,能夠實現微差壓變送器準確可靠地運行,為企業提供更多的便利[17]。
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