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微差压智能变送器零点漂移问题的研究

文章出处:华仁仪表 发表时间:2019-04-04 09:52

钢铁集团在动力能源介质计量仪表的选型上,为了避免各类动力能源介质管网压力损失,满足各厂矿动力能源介质管网压力的需求,大量选用了压损低、能耗少、精度稳定的均速管流量计,使动力能源介质管网压力损失降到了最低。由于均速管流量计产生的差压一般在1 kPa 以下,为了能够准确检测出流体流量,通常选用智能微差压变送器与其配合使用,组成智能差压式流量测量仪表。差压式流量计的流量和差压成开方关系,流量越小则放大倍数越大,造成的测量误差也越大。由于微差压变送器的压差比较小,更容易受到现场环境因素如温度、震动等的影响,出现零点漂移产生较大的虚假流量,造成计量失准及生产事故。目前在处理和解决此类故障时,主要采取的措施是定期进行差压变送器零点调整,或根据气温变化情况及时进行差压变送器零点校对,不仅增加了仪表维护人员的工作量和工作难度,而且也不能从根本上解决问题。我们通过对常用的几种智能微差压变送器环境温度、震动、电源电压、安装方式进行模拟实验,掌握环境因素对微差压变送器零点漂移的影响,并根据影响程度寻找出科学的解决办法,最终通过对安装方式及检测系统优化改造等技术手段,解决变送器零点漂移问题,减少环境因素造成计量失准事故的数量,为今后能够合理选择、使用、安装微差压变送器提供可靠参数和依据,以降低微差压变送器零点漂移问题的发生。

一、存在的问题

近年来,由于环境温度变化而造成的微差压变送器零点漂移问题比较多,甚至造成计量数据失准或生产事故。以碳钢冷轧煤气混合加压站热值控制故障为例,此系统主要以高炉煤气与焦炉煤气混合配比实现热值自动控制,为了提高测控系统的准确性,高炉煤气设计有大、小管切换功能,由于气温回升,班组安排停运大管高煤流量仪表保温,使得差压变送器的环境温度由白天的30 ℃降至夜间的4 ℃,导致大管高炉煤气流量差压变送器产生零点漂移,漂移量超过流量仪表小信号切除点,造成高炉煤气流量叠加突然增加2800 ~ 3000 m3 /h( 而实际大管高炉煤气切断阀处于关闭状态并没有流量) ,该虚假信号通过比值调节,造成焦炉煤气流量也相应增加,使得去往罩式炉的主管混合煤气热值从7600 kJ /m3 左右增加到9500 kJ /m3左右,超过了罩式炉允许的热值范围,造成罩式炉熄火,这是典型的温度变化造成的变送器零点漂移生产事故。酒钢7#高炉净煤发生量选用威力巴流量计,设计流量为505 000 m3 /h,差压为595 Pa,由于差压比较小,为了使变送器能检测到较小的差压,采用缩短导压管路,将变送器直接安装在减压阀后净煤管道上,存在的弊端就是无法避免现场震动对变送器的影响。在生产过程中7#高炉产生的煤气量在36 万m3 /h 左右,一路通过TRT 余压发电站后进入高煤总管,流量在30 万m3 /h 左右,与TRT 并联的另一路煤气经减压阀组后进入高煤总管,流量在6 万m3 /h 左右。由于减压阀组现场管道震动较大,经常造成差压变送器发生零点漂移,漂移量在4. 03 mA 左右,相当于1 Pa 左右的压差。以此漂移量为例,在TRT 停机时,36 万m3 /h 左右的高炉煤气量全部经减压阀组后进入高煤总管,此时减压阀后威力巴流量计的差压为302 Pa 左右,微差压变送器工作在满量程的2 /3 左右,误差很小,假如此时微差压变送器出现的漂移仍为4.03 mA( 1 Pa) 左右,对应的流量为360374m3/h,多计了374m3 /h,产生的误差也在可控范围,不会造成太大的计量偏差; 而当TRT 发电时减压阀组只流过6万m3/h 左右的煤气,此时差压为8.4Pa,微差压变送器工作在满量程的1/10 左右,基本处于小信号切除点附近,假如此时的漂移仍为4.03 mA(1Pa) 左右,则对应的流量为63474m3/h,实际多计了3474m3/h,通过这个煤气发生量的运行实例可以看出,现场震动会产生很大的计量误差。随着全球自动化企业制造技术的不断更新,一些新型智能化微差压变送器也应用到各化工和冶金行业,新型智能微差压变送器优点很多;如美国麦德胜Madshen ,采取了零点漂移的控制措施,挑选质量性能稳定的电子元器件并进行老化处理,采取先进而特殊的电路补偿和调制手段,选用性能稳定的供电电源,基本上能彻底解决零点漂移问题。

 

 

差压变送器产生零点漂移的原因很多,如电源电压不稳、元器件性能劣化、环境温度变化、震动、安装方式等,其中最主要的因素是温度的变化。由于变送器测量膜盒内的液体介质会随环境温度变化而发生热胀冷缩,从而导致变送器输出产生漂移,变送器内各电子元器件也会受温度影响而产生变化,最终导致变送器输出变化。在以上因素中最难控制的也是温度变化产生的影响,特别是地处西北地区,平均昼夜温差在10 ℃以上,这些因素都是很难控制的,要想让变送器长期稳定地工作,就必须定期和不定期进行零点检查调整,此项工作费时费力,而且不能从根本上解决零点漂移问题,因此只有通过对微差压变送器零点漂移进行实验研究,才能掌握各类品牌变送器在实际应用中的漂移参数,并根据现场实际情况选择可靠性好、稳定性高的差压变送器,以保证测量过程中微差压变送器零点漂移量达到最小。

变送器的零点漂移问题,会影响到生产工艺过程及计量数据结算。而且每年都有大部分微差压变送器由于零点漂移严重被更换下线,这不仅造成了备件费用的增加,也使工人的劳动强度加大,更关键的是影响到公司的正常生产和数据结算。在流量测量的过程中,虽然无法彻底避免变送器的零点漂移,但可以通过模拟现场环境进行试验研究,找出影响变送器零点漂移的主要因素,制定有效的技术改进措施,可以有效降低变送器零点漂移对生产和计量工作的影响,进而为提高变送器测量的稳定性和准确性提供参考依据,有助于后续工作的展开。

二、实验结论及解决方案

通过对常用的3种知名品牌智能微差压变送器模拟实验可以看出,微差压变送器在现场使用过程中均会受到环境温度、安装方式及震动等的影响,均会产生较大的零点漂移现象,虽然各生产厂商选用的生产原料、采用的生产工艺和技术补偿手段不同,生产出的智能微差压变送器的性能指标也各不相同,因而产生的漂移量也各有差异。从实验数据可以看出,目前还没有完全从根本上解决变送器零点漂移问题。但为了降低微差压变送器的漂移量,提高微差压变送器测量流量的稳定性,使流量测量误差控制在可控范围内,避免流量仪表出现计量异议和生产故障,在今后的维护和设备安装过程中,通过合理的仪表选型及规范的施工安装等一些具体的技术控制措施,也可以很好地解决微差压变送器零点漂移问题。

首先,变送器的正确选型是保证仪表正常工作和安全生产的前提。在今后仪表选型过程中应尽量避免选择微差压变送器测量介质流量,以保证仪表的测量精度。如果必须选择微差压变送器,应尽量避免把差压量程选在变送器量程的下限附近,工作量程最好选用在变送器量程上限的1/3 ~ 1/2范围内,才能最好地保证整机精度达到使用要求。

其次是现场施工安装变送器时要尽量避开环境温度变化剧烈的地方或高温区域。同时应避免将变送器安装在就地震动场所和在线倾斜安装,防止由于振动对变送器产生干扰,应按照仪表工施工规范,采用引压管路将变送器安装在无明显震动、温度变化相对稳定的区域,最好引到仪表专用变送器小房内,并按照技术要求对导压管( 毛细管) 进行固定,并设置保温设施,使变送器的环境温度在可控范围。

同时在日常维护中,应定期检查微差压变送器零点输出值,并根据输出值变化情况来分析变送器是否受周围环境影响或是自身性能问题,以制定出相应的解决对策及维护标准,才能保证微差压变送器的稳定运行。

 

 

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