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差壓變送器

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影響差壓變送器性能的實驗研究(全面分析)

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 摘要:通過實驗研究分析了影響某型差壓變送器性能的因素。從安裝傾斜角度、環(huán)境溫度、靜態(tài)壓力、流體溫度等角度設(shè)計模擬實驗,掌握了各因素對該型號差壓變送器實際工作性能影響的大小和規(guī)律。實驗結(jié)果表明本型號變送器實際工作性能不滿足該測點的測量精度要求,通過選用實際工作性能更優(yōu)的變送器將問題徹底解決,#后給出了變送器合理選型的建議。89V壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器

 
一、引言
某核電站 ARE 使用量程為 0~1300mbar 的差壓變送器配合孔板來測量管道內(nèi)的主給水流量,要求差壓測量誤差不大于 0.1%。四臺機組在 2008 年以前在該測點配置某型差壓變送器,在使用過程中發(fā)現(xiàn)該型號差壓變送器的穩(wěn)定性較差,校驗后投入工作不久準確度就下降至合格范圍的邊緣,不得不把校驗頻率提高到 3 個月一次,比廠家tuijian 12 個月一次的校驗頻率高 4 倍。為了徹底查清變送器頻繁超差的原因,解決這一困擾電站多年的疑難問題,選取六臺同型號的差壓變送器,追溯歷史校驗數(shù)據(jù),設(shè)計模擬試驗,測試了投運操作方式、安裝傾斜角度、環(huán)境溫度、管道過程靜態(tài)壓力等多方面因素對變送器的影響。
 
二、歷年來校驗的情況
選取 6 臺現(xiàn)場使用的該型號差壓變送器,查閱歷史校驗記錄,將每臺變送器零位輸出值的變化情況整理如圖 1、圖 2。由圖 1、圖 2 可以看出:
(1)變送器的變化情況確實復(fù)雜,難于找到影響因素和規(guī)律。
(2)大部分的變送器是在小范圍內(nèi)超差,個別變送器是大范圍超差,數(shù)值起伏十分明顯。
(3)#大誤差的變化曲線形狀與零位變化曲線形狀大體吻合,零位以上各點的變化情況與零點變化情況相似,說明變送器的線性良好。
(4)變送器在實驗室校驗完畢后合格,由工作人員手持至現(xiàn)場,安裝投運過程均符合工作程序要求,因此可以排除這一過程對變送器的影響。
 
三、安裝傾斜角度對變送器的影響
安裝傾斜角度是指變送器在安裝到現(xiàn)場之后,變送器中軸線與鉛垂線之間的夾角。根據(jù)生產(chǎn)廠家提供的產(chǎn)品選型說明,由安裝位置影響零點#多漂移±0.31kPa,換算至該量程,零點電流輸出#多漂移±0.0382mA。由圖 3 可以看出:
(1)安裝傾斜角度對變送器零位影響較大, 傾斜超過 10°零位變化就已達到顯著水平(0.0074mA);
(2)如果安裝傾斜角度達到 90°,零位降低了 0.0352mA,已達到不可接受的水平,但仍在廠家標(biāo)稱范圍內(nèi),而且可以在現(xiàn)場安裝完畢后使用 HART375 手操器修正掉;
(3)變送器實際安裝于現(xiàn)場時是垂直向上的,不存在可以覺察的傾斜,因此可以排除這一因素對變送器的影響。
 
四、環(huán)境溫度對變送器的影響
根據(jù)該產(chǎn)品的選型說明,變送器在-40℃~85℃范圍內(nèi)可以工作。在量程比小于 1:5 的情況下,每變化 28℃,變 送 器 產(chǎn) 生 的 變 化 不 超 過 ±
(0.0125%URL+0.0625%F.S.),換算到 該 型 號 就 是 ±0.11225kPa ( 或±0.0138mA)。實際試驗發(fā)現(xiàn),將變送器放置在 50℃左右的環(huán)境 2 小時后,零位會比 22℃左右的環(huán)境下高0.0030mA 左右,變化不明顯,沒超出廠家標(biāo)稱的范圍。夏季現(xiàn)場溫度不超過 50℃,因此這一因素對變送器的影響是可以接受的。
 
五、靜態(tài)壓力對變送器的影響
靜態(tài)壓力是指管道內(nèi)的流體在不流動時就具有的壓力,流體流動起來后,就會在孔板的兩側(cè)形成差壓,這一差壓是累加在靜態(tài)壓力上的。根據(jù)產(chǎn)品選型說明,由 137bar以下靜態(tài)壓力引入的零點誤差為±0.05%URL,換算至該型號變送器,為±0.124kPa(或±0.01526mA),可以標(biāo)定消除。設(shè)計模擬試驗驗證該型號變送器在這一方面的性能,試驗過程如下:
 
1、shou先常規(guī)檢定一次,記錄上行程和下行程的零位值;
2、將高、低壓側(cè)引壓口用耐壓軟管連通,緩慢加壓,模擬 ARE 系統(tǒng)管道內(nèi)的 70bar 靜壓,其間記錄靜壓達到 30bar、50bar、70bar 時的零位值;
3、保壓 24h,模擬變送器在該系統(tǒng)上長期工作,以得到靜壓對變送器長期影響后的效果;
4、記錄泄壓前的零位值,泄壓,記錄泄壓后 120min 內(nèi)零位值,模擬變送器從現(xiàn)場停運到實驗室校驗前的一段過程;
5、再次常規(guī)檢定一次,記錄上行程和下行程的零位值;
6、70bar 靜壓與 0bar 靜壓循環(huán)加載,模擬反復(fù)投運停運對變送器的影響;
 
圖 4 選取了一條典型的變送器實際曲線(▲)和平均曲線(×)來體現(xiàn)試驗結(jié)果。具體數(shù)據(jù)參見表 1。
 
通過以上靜態(tài)壓力,可以得出以下結(jié)論:
1、正常檢定(高壓側(cè)單側(cè)受壓 1300mbar)可使零位提高,平均提高 0.004769mA;
2、靜壓從 0bar 加至 70bar 的過程使零位連續(xù)降低,平均降幅達 0.01018mA,較為顯著,但仍在廠家的標(biāo)稱范圍
0.01526mA 內(nèi);
3、靜壓從 70bar 突降至 0bar 的過程零位回升,平均升幅0.0024mA , 明 顯 小 于 降 幅 , 即 受 壓 后 的 零 點 降 低 了0.0076mA;
4、靜壓突降后,30min 內(nèi)零位可穩(wěn)定下來,直至 4h 后,均無明顯變化;
5、靜壓循環(huán)沖擊試驗中,零位值隨壓力沖擊而震蕩;3個循環(huán)后,有 3 臺還能保持震蕩,5 臺的零位已不能再隨壓力保持震蕩,而改為持續(xù)下跌了。
6、大多數(shù)變送器的零位在靜壓增加后會下降,個別變送器會上升,這就拉平了靜壓循環(huán)沖擊試驗中零位值的震蕩幅度,而不如典型值那么明顯了。
 
六、管道內(nèi)液體溫度對變送器的影響
通過靜壓試驗發(fā)現(xiàn)有個別變送器的性能比較差,加70bar 靜壓后零位值下降幅度很大,超出廠家標(biāo)稱的范圍。為了解釋這個現(xiàn)象,挑選了一臺表現(xiàn)#差的變送器,拆下它的共面法蘭后發(fā)現(xiàn)其低壓側(cè)膜片有受過高溫而發(fā)藍發(fā)黑的痕跡(見圖 5),可能是感壓膜盒內(nèi)填充的硅油部分氣化,導(dǎo)致靜壓影響指標(biāo)超差。根據(jù)產(chǎn)品選型說明,本型號、充硅油、配共面法蘭的變送器的過程溫度極限是-40℃~121℃
 
該系統(tǒng)正常運行時,管道內(nèi)的壓力為 70bar,水溫約為220℃,仍為液態(tài)不飽和水。差壓變送器通過 1m 多長的引壓管連接在系統(tǒng)上。雖然平時引壓管中是常溫水,但在變送器校驗完畢、安裝就位后投運前,引壓管排污時會使高壓高溫水接觸到膜盒,造成高溫沖擊,使膜盒內(nèi)的硅油部分汽化,降低了變送器的性能。
 
但觀察其他超差的變送器,未發(fā)現(xiàn)同樣現(xiàn)象,那么,這臺變送器可視為受到非正常熱沖擊的個案,不是該型號變送器頻繁超差的根本原因。
 
七、提高差壓變送器測量精度的措施
1、針對安裝傾斜角度對變送器的影響:
如果在安裝完畢后發(fā)現(xiàn)零位值變壞,可以在引壓投運前,用 HART375 手操器對變送器進行 ZERO TRIM,改善其零位值。
 
2、針對靜態(tài)壓力對變送器的影響:
如果使用的變送器需要進行靜壓修正,則必須在使用前按照技術(shù)規(guī)范進行靜壓補償,將變送器的性能#優(yōu)化;
如果使用的變送器不需要進行靜壓修正,在引壓后、平衡閥關(guān)閉前,發(fā)現(xiàn)零位值變壞,可以使用 HART375 手操器對變送器進行 ZERO TRIM,改善其零位值。
 
3、針對管道內(nèi)高溫流體對變送器的影響:
在蒸汽或者其他高溫測量應(yīng)用中,對于充硅油的變送器共面法蘭處的溫度不得超過 121℃,對于惰性液材料的變送器共面法蘭處的溫度不得超過 85℃。如果流體的實際溫度高于這個值,就要時刻確保引壓管內(nèi)充滿冷卻水,防止高溫流體與變送器膜片直接接觸,如果不能做到,就要考慮引壓管的改造了。
 
八、差壓變送器頻繁超差的原因
理論參考精度是指變送器在特定的參考條件下(環(huán)境溫度 20℃、靜壓 0bar、不考慮長期穩(wěn)定性)的相對示值誤差,實際工作性能是指變送器在實際工作條件下(環(huán)境溫度約40℃、靜壓約 70bar、穩(wěn)定性要求 1 年)的相對示值誤差,差壓變送器在 ARE 系統(tǒng)上的實際工作條件遠比參考條件惡劣。原產(chǎn)品生產(chǎn)廠家指出,該型差壓變送器的理論參考精度是0.075%,實際工作性能是 0.15%。
 
因此,受本文所述各種因素的綜合影響,該型差壓變送器的實際工作性能是達不到 0.1 級的,若將理論參考精度與實際工作性能這兩個概念混淆,則會誤將實際工作性超出理論參考精度理解為變送器超差。也就是說,本型號變送器不滿足本測點的測量精度要求,若要達到 0.1%的測量精度要求,需要選用實際工作性能更優(yōu)的變送器。
 
九、解決方案
2007 年,該變送器生產(chǎn)廠家又推出改進型產(chǎn)品,它在膜盒的設(shè)計和材料上有了新的突破,采用新的轉(zhuǎn)lijishu使差壓變送器的性能有了大幅提升,價格也隨之大幅提升。實驗證明:普通型和很好型的理論參考精度均可達到優(yōu)于 0.1 級的水平(很好型比普通型又有提升);很好型的回程誤差有了明顯改善(減小到普通型的 20%左右);很好型在靜壓影響方面有了突飛猛進的改善(減小到普通型的 5%左右),幾乎不受靜壓影響;很好型在安裝角度影響方面有了一些改善(減小到普通型的 50%左右),但仍然是#明顯的影響因素。
 
2008 年 4 月以后,作為機組熱功率測量的流量基準,四臺機組該流量測點的差壓變送器經(jīng)過重新選型,開頭所述問題得到徹底解決。
 
十、結(jié)論
隨著儀器儀表技術(shù)的飛速發(fā)展,儀器儀表的更新?lián)Q代和性能提高將越來越快,價格也翻倍提高。在工程建設(shè)、設(shè)備改造等進行儀器儀表選型時,須把握的原則是“不求#精、#好、#貴,只求#合適”。shou先明確測量要求(測量范圍、精度要求、響應(yīng)速度要求、所處環(huán)境等),然后在現(xiàn)有各種型號的儀器儀表中選出能夠滿足測量要求的型號,#后選擇性價比#佳的產(chǎn)品。

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