摘要:隔膜密封系統測量精度和響應時間受諸多因素影響,不僅受到膜片結構、毛細管直徑和長度、填充液特性等密封系統內在因素的影響,而且也受到安裝環境,主要是環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,以幫助工程設計人員正確選用、安裝隔膜密封系統。
1 引 言
隔膜密封系統變送器是由膜片密封系統,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,在工程設計中經常選用該類變送器,在石化行業多用于腐蝕性、黏稠性、易結晶介質的液位、界面或流量測量。
膜片密封系統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。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,大直徑膜片產生的壓力測量誤差較小,而較小直徑膜片產生的壓力測量誤差較大。
以某一品牌變送器(單側毛細管密封系統)為例,其填充液為DC200,密封膜片為316LSS,每20K溫度變化所產生的壓力測量誤差如表1所列;兩側毛細管密封系統的變送器,每20K溫度變化所產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的性能。填充液特性參見表2所示。
充填液膨脹系數：選擇膨脹系數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,在不同填充液時每米的響應時間典型值(T90%)。
毛細管內徑越小,對壓力傳遞阻力越大,速度也越慢。毛細管內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,正負壓室密封系統的膜片規格、兩端毛細管長度、填充液應相同。環境溫度變化所引起的兩端毛細管充灌液膨脹量相同,盡可能減少因環境溫度變化造成的測量誤差。
2.3 對系統精度的影響
密封系統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為例,毛細管長度為5m,毛細管環境溫度為45℃。該毛細管密封系統的TK環境靜壓曲線如圖2所示。
根據該曲線,毛細管長度為5m的該密封系統,對應的TK環境靜壓值為140Pa/10K。
溫度變化值T=TK環境-TK校準=45℃-25℃=20℃;
溫度變化產生的靜壓值p=T140Pa/10K=280Pa。
因此該密封系統的零點漂移值是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(毛細管內充填液由于溫度變化而影響密度的變化,溫度膨脹系數大則密度變化大)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小的充填液。填充液特性表中的密度是25℃時的密度,環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、充填液膨脹系數大、環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定環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 結束語
總之,合理選用法蘭密封系統差壓變送器應綜合考慮,既要盡可能減少環境溫度變化帶來的測量誤差,又要滿足過程測量工藝介質特性、溫度、響應時間等要求。
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