摘要: 在石油化工生產(chǎn)裝置中，使用導(dǎo)壓管取壓安裝的儀表主要是壓力表、壓力變送器、差壓變送器等。為了正確測(cè)定工藝過(guò)程中的壓力參數(shù)，必須根據(jù)使用條件和要求，嚴(yán)格地選用壓力測(cè)量?jī)x表和正確的安裝方法。本文針對(duì)低溫液體的壓力測(cè)量?jī)x表的安裝方法進(jìn)行了分析闡述，提出了一種適用于低溫液體壓力測(cè)量的方法。
在石油化工生產(chǎn)裝置中，使用導(dǎo)壓管取壓安裝的儀表主要是壓力、差壓( 流量) 等，本文以壓力為例介紹低溫液體介質(zhì)測(cè)量安裝的方法。為了正確測(cè)定工藝過(guò)程中的壓力參數(shù)，必須根據(jù)使用條件和要求，嚴(yán)格地選用壓力測(cè)量?jī)x表和正確的安裝方法。
壓力測(cè)量?jī)x表的安裝方法，需要根據(jù)被測(cè)對(duì)象的特性來(lái)選擇。本文針對(duì)低溫液體乙烯的壓力測(cè)量?jī)x表的安裝方法進(jìn)行了分析闡 述，提出了一種適用于低溫液體乙烯壓力測(cè)量的方法。
1 壓力變送器測(cè)量原理
壓力變送器是一種將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的設(shè)備，包 括: 測(cè)壓元件傳感器、過(guò)程連接部件和測(cè)量電路三部分組成。主要是通過(guò)測(cè)壓元件傳感器檢測(cè)氣體、液體等流體的物理壓力參數(shù)，并將其轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的 4 ～ 20 mA 電信號(hào)，用于指示、報(bào)警、記錄及控制調(diào)節(jié)等。
壓力變送器除了測(cè)量壓力外，還可以用于測(cè)量介質(zhì)的壓力差，包括差壓變送器、差壓式流量變送器、差 壓 式 液 位 變 送器等［1］。
2 壓力變送器安裝
為了能夠準(zhǔn)確測(cè)量壓力參數(shù)，壓力變送器的安裝還需要從取壓口的選擇、導(dǎo)壓管的安裝和壓力變送器的位置等方面進(jìn)行考慮和選擇。
2． 1 取壓口的選擇
取壓口，就是指在被測(cè)對(duì)象上引取壓力信號(hào)的開(kāi)口。在選擇取壓口的時(shí)候，需要從以下幾個(gè)原則考慮:
1) 取壓口的位置應(yīng)該能反映被測(cè)壓力的真實(shí)情況，因此取壓口要選在被測(cè)介質(zhì)直線流動(dòng)的管段上，盡量避開(kāi)管道拐彎、死角、分岔及流束形成渦流的地方。
2) 當(dāng)測(cè)量氣體壓力時(shí)，取壓口應(yīng)選在管道橫截面的上半部，如圖 1 所示。
3) 當(dāng)測(cè)量液體壓力時(shí)，取壓口應(yīng)選擇管道橫截面的下半部，并且在管道水平中心線下 45°的范圍內(nèi)，如圖 2 所示。
4) 當(dāng)蒸汽壓力時(shí)，取壓口應(yīng)選在管道橫截面上、下部，并且與管道水平中心線成 45°的范圍內(nèi)，如圖 3 所示。
2． 2 導(dǎo)壓管的安裝
在壓力測(cè)量中，導(dǎo)壓管是連接取壓口到壓力變送器的重要部件，也是傳輸壓力信號(hào)的主要設(shè)備，因此導(dǎo)壓管的連接方式、施工方法是否正確，決定了相關(guān)工藝參數(shù)測(cè)量是否準(zhǔn)確。在導(dǎo)壓管安裝時(shí)，需要從以下幾個(gè)原則考慮:
1) 導(dǎo)壓管及附件的材料，應(yīng)能夠適應(yīng)被測(cè)介質(zhì)的性質(zhì)，即耐高溫、低溫、耐壓和耐腐蝕的性質(zhì)［2］。
2) 在取壓口附近的導(dǎo)壓管，應(yīng)與取壓口垂直，管口應(yīng)與管壁平齊，并不能有毛刺。
3) 導(dǎo)壓管的粗細(xì)、長(zhǎng)短應(yīng)選用恰當(dāng)，防止測(cè)量時(shí)產(chǎn)生較大的滯后，一般內(nèi)徑為 6 ～ 10 mm，長(zhǎng)度在滿足測(cè)量要求的前提下，敷設(shè)路徑要盡量短，且不易大于 15 m。
4) 導(dǎo)壓管的水平段應(yīng)保持一定的坡度，并且這個(gè)坡度一般稍大于動(dòng)力管道坡度，根據(jù)不同介質(zhì)可以按照 1∶ 10 － 1∶ 100 的坡度進(jìn)行敷設(shè)。導(dǎo)壓管傾斜的方向必須保證產(chǎn)生的氣體、液體能夠順利排出［3］。當(dāng)不能滿足要求時(shí)，需要在管路集氣處安裝排氣裝置，集液處安裝排液裝置。
5) 當(dāng)被測(cè)介質(zhì)易凍、易結(jié)晶、易氣化、易凝結(jié)時(shí)，或者環(huán)境溫度較高、較低時(shí)，應(yīng)考慮伴熱或者隔熱措施。
2． 3 壓力變送器的位置
壓力變送器的安裝位置，應(yīng)充分考慮被測(cè)介質(zhì)的特性，一般情況下:
1) 當(dāng)測(cè)量氣體壓力時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選擇變送器高于取壓點(diǎn)的安裝方案，這樣可以使導(dǎo)壓管內(nèi)的冷凝液回流至工藝管道，否則需要設(shè)置分離器，及時(shí)排出導(dǎo)壓管內(nèi)產(chǎn)生的凝液，如圖 4 所示。
2) 當(dāng)測(cè)量液體壓力時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選擇變送器低于取壓點(diǎn)的安裝方案，這樣可以保證導(dǎo)壓管內(nèi)不易集氣體，否則需要在導(dǎo)壓管的#高處增加排氣閥，或者設(shè)置集氣器，如圖 5 所示。
3) 當(dāng)測(cè)蒸汽時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選擇變送器低于取壓點(diǎn)的安裝方 案，這樣可以保證導(dǎo)壓管內(nèi)不易集氣體，另外還需要在導(dǎo)壓管#高處增加冷凝管，以避免蒸汽高溫對(duì)壓力變送器膜片造成的 損害，如圖 6 所示
3 低溫液體測(cè)壓力
在石油化工裝置中，存在大量測(cè)量低溫液體壓力、流量的場(chǎng)合［4］，在測(cè)低溫流量時(shí)使用節(jié)流裝置，本質(zhì)也是測(cè)量液體壓力［5］。
在某石化裝置中，存在測(cè)量低溫液體乙烯壓力或者差壓式流量的工況。乙烯臨界溫度較低，僅為 9． 2℃，低于臨界溫度較低測(cè)量，壓力變送器低于取壓點(diǎn)的方式測(cè)量，導(dǎo)壓管內(nèi)充滿液體，把液體部分產(chǎn)生的壓力遷移，符合安裝要求。當(dāng)環(huán)境溫度大于 9． 2℃時(shí)，導(dǎo)壓管內(nèi)的液態(tài)乙烯氣化，在導(dǎo)壓管內(nèi)形成氣相空間，由于變送器位置低于取壓點(diǎn)，氣化后的介質(zhì)流回工藝管道，由于環(huán)境溫度不是固定溫度，導(dǎo)致測(cè)量介質(zhì)壓力誤差過(guò)大，甚至無(wú)法測(cè)得有效的測(cè)量值。
3． 1 測(cè)量方案調(diào)整
針對(duì)低溫液體乙烯的壓力測(cè)量，采取將液體乙烯氣化后，使導(dǎo)壓管內(nèi)液體的位置相對(duì)固定，氣相的壓力近似介質(zhì)的壓力，通過(guò)測(cè)量氣體乙烯的壓力實(shí)現(xiàn)測(cè)量液體乙烯的壓力。
其實(shí)現(xiàn)方法為: 延長(zhǎng)導(dǎo)壓管水平段長(zhǎng)度，讓液體乙烯充分
吸收環(huán)境的熱量( 當(dāng)環(huán)境溫度低于臨界溫度時(shí)，采用蒸汽伴熱
或者電伴熱方式提供熱量) ，然后氣化，低溫液體乙烯充分氣化
后，使導(dǎo)壓管內(nèi)充滿氣相介質(zhì)。由于導(dǎo)壓管是聯(lián)通不間斷的，
介質(zhì)的氣相壓力和導(dǎo)壓管內(nèi)的壓力幾乎相等，這樣就實(shí)現(xiàn)了通
過(guò)測(cè)量介質(zhì)的氣相壓力來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)量管線內(nèi)介質(zhì)壓力的目的。
要實(shí)現(xiàn)這種測(cè)壓方案，關(guān)鍵是要控制好介質(zhì)氣化后形成的氣液兩相的界面位置，盡量避免導(dǎo)壓管內(nèi)液柱的高度變化對(duì)測(cè)量準(zhǔn)確性造成的影響。
因此針對(duì)這種方案，在取壓口選擇、導(dǎo)壓管安裝和變送器位置的選擇上都要做一定的修改。
3． 2 方案分析
為了對(duì)方案可行性進(jìn)行分析，現(xiàn)假設(shè)條件如下:
1) 介質(zhì)保冷，至導(dǎo)壓管水平段。
2) 取壓點(diǎn)到導(dǎo)壓管水平段都為液態(tài)。
3) 介質(zhì)在導(dǎo)壓管水平段完全氣化。
4) 導(dǎo)壓管水平段到變送器的垂直管內(nèi)為氣態(tài)。
設(shè)取壓點(diǎn)到導(dǎo)壓管水平段距離為: L; 取壓點(diǎn)與管道水平中心線夾角為: θ; 液態(tài)乙烯密度: ρ1 ; 工藝管道內(nèi)介質(zhì)壓力為 P0，變送器測(cè)得壓力為 P1，則
(1) 當(dāng)取壓口在管道水平中心線上方時(shí)，如圖 7 所示，變送器實(shí)際測(cè)量壓力應(yīng)為: P1 = P0 － ρ1 * g* L* sinθ。
(2) 當(dāng)取壓點(diǎn)在管道水平中心線下方時(shí)，如圖 8 所示，變送器實(shí)際測(cè)量壓力應(yīng)為: P1 = P0 + ρ1 * g* L* sinθ。
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為了保證變送器測(cè)得壓力與工藝管道內(nèi)介質(zhì)壓力相同，即 P1 = P0，那么需要使 θ 盡可能的小，理想狀態(tài)時(shí) θ 為 0°，即取壓口方向與管道中心水平線方向一致。
但是當(dāng) θ 為 0°時(shí)，會(huì)使得在取壓口附近存在氣液兩相的情況，為了保證能夠?qū)饣蟮臍怏w封存在導(dǎo)壓管內(nèi)，同時(shí)又避免導(dǎo)壓管內(nèi)液柱變化太大，影響其測(cè)量準(zhǔn)確性，所以取 θ 為 5 ～ 10°。
3． 3 安裝方案調(diào)整
3． 3． 1 取壓口的選擇
取壓口方向與管道水平中心線方向的夾角為 5° ～ 10°，把氣化后的氣體封住在導(dǎo)壓管里，又盡量避免導(dǎo)壓管里的液柱變化太大，影響測(cè)量準(zhǔn)確性。
3． 3． 2 導(dǎo)壓管的安裝
為了滿足方案的假設(shè)條件，需要對(duì)導(dǎo)壓管進(jìn)行特殊處理。
(1) 從取壓點(diǎn)至導(dǎo)壓管水平段，已經(jīng)導(dǎo)壓管水平段 300 mm 處，需要作保冷處理，使介質(zhì)處于液體狀態(tài)。
(2) 導(dǎo)壓管水平段距離要足夠長(zhǎng)，至少 2000 mm，保證介質(zhì)在該處能夠完全氣化，并有一定的氣相空間，避免導(dǎo)壓管垂直段存在液相的情況。
(3) 考慮到項(xiàng)目所在地冬天氣溫較低，低于乙烯的臨界溫度，因此在導(dǎo)壓管水平段至壓力變送器之間要進(jìn)行伴熱處理，使這段距離內(nèi)的介質(zhì)處于氣相狀態(tài)。
3． 3． 3 壓力變送器的安裝
測(cè)量低溫乙烯壓力其實(shí)是測(cè)量氣化后的氣體壓力，變送器的位置應(yīng)高于引壓閥。這樣避免液相流向壓力變送器，保證壓力變送器不要損壞。
調(diào)整后的安裝方案，如圖 9 所示。
4 小結(jié)
本文通過(guò)分析測(cè)量壓力參數(shù)時(shí)的影響因素，結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)情況，給出了一種測(cè)量低溫液體壓力儀表的安裝方法，利用該方法，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)測(cè)壓方式的不足，同時(shí)也很好的解決了實(shí)際生產(chǎn)需要問(wèn)題。
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