差壓變送器在應用中的故障診斷與比較

(青海鹽湖工業股份有限公司化工分公司，青海 格爾木 816000)

0 引言

青海100萬t鉀肥產品綜合利用項目化工一期液位、流量的測量使用了大量差壓變送器，本項目應用的大部分差壓變送器是艾默生過程控制有限公司Rosemount測量儀表的產品。在裝置生產條件下，由于安裝、使用、維護等因素的影響，差壓變送器出現的故障不能迅速解決，影響了裝置生產的正常進行。本文針對差壓變送器在實際應用中遇到的問題進行探討，以供現場維護檢修人員互相學習。

1 工作原理與安裝

差壓變送器的工作原理為：來自雙側導壓管的差壓直接作用于變送器傳感器的雙側隔離膜片上，通過膜片內的密封液傳導至測量元件上，測量元件將測得的差壓值轉換為與之對應的電信號并傳遞給轉換器，經過運算放大器等處理單元變為標準電信號(HART信號)輸出[2-6]。

差壓變送器測量系統的安裝包括導壓管的敷設、電氣信號電纜的敷設和差壓變送器的安裝三部分。

2 現場出現的故障現象

差壓變送器在測量過程中會出現一些故障，針對故障的排查尤其參與聯鎖的儀表故障排查對正在生產的裝置是至關重要的。下面簡要闡述差壓變送器在化工裝置中出現的幾種故障現象。

2.1 HART遠程通信故障

因儀表維護人員首次使用現場通信器(下文簡稱375)，對375的應用比較生疏。本公司空分裝置有幾臺差壓變送器在調試過程中出現不能進行HART遠程通信的故障，儀表維護人員懷疑變送器損壞，要求更換現場的差壓變送器。

經儀表技術管理人員深入現場調試，調試時375出現故障，提示“FF連接器檢測到電壓，請檢查連接器然后按確認”。根據375的使用說明書，按照以下幾個方面解決了此問題，并成功調試了其余幾臺差壓變送器，所有差壓變送器都正常投用。

2.1.1 重新下裝375程序

在充電狀態下對375的應用程序重新下裝。詳細步驟為：打開375，進入設置菜單(“Setting”)，選擇關于375的相關信息(“About 375”)，然后選中375應用程序版本V2.0(“Software V2.0”)進行刷新(“Refresh”)，當該程序刷新20 min后按“OK”鍵，375程序刷新成功。

2.1.2 重啟375更改輪詢方式

重啟進入375操作界面，在變送器的調試過程中出現進入設備長輪詢提示的故障，該故障說明儀表維護人員私自更改過375的輪詢方式。在這種情況下，儀表維護人員必須準確輸入每塊變送器的位號才能進入到此程序，否則無法操作，所以需要重新設置。利用HART輪詢選項組態375，自動搜索所有或特定的相關設備。如果每個回路的設備數超過1個，將設備并聯并設置為“多節點”模式。地址由0修改為1～15之間的任一數值時，可以使用該模式。使用該模式后，每個設備的模擬輸出固定，并且不再變化。

執行如下步驟修改輪詢選項。

(1) 從HART主菜單中雙擊應用。

(2) 雙擊配置HART應用程序。

(3) 雙擊輪詢。

(4) 選擇如下輪詢選項。

① 從不輪詢，與地址為0的設備連接，如果沒有找到，則不輪詢。

② 輪詢前詢問，與地址為0的設備連接，如果沒有找到，則詢問通信器是否要對地址為1～15的設備進行輪詢。

③ 總是輪詢，與地址為0的設備連接，如果沒有找到，通信器將自動對地址為1～15間的設備進行輪詢。

④ 數字輪詢，無論是否找到地址為0的設備，輪詢地址1～15。要找出各設備地址，可利用該選項查找回路中的連接設備，并按位號列出。

⑤ 利用位號輪詢，允許您輸入設備位號。啟動HART應用程序時，將提醒您輸入位號名。

輪詢流程圖如圖1所示。

圖1 輪詢流程圖

大多數HART裝置的每個回路只包含一個設備，并且設備地址為0，因此選擇從不輪詢后按回車鍵。重新啟動375應用系統，375程序能夠正常運行。最后到現場就地操作，發現上述問題已解決。

2.2 差壓變送器指示值不變

尿素裝置有一塊差壓變送器在測量流量的過程中出現儀表指示值無任何變化，工藝人員要求儀表維護人員處理此故障。經現場仔細排查，儀表管線閥門處于開啟狀態，管道介質充滿管道，打開差壓變送器引壓管線的根部閥門介質外流，說明引壓管線并未堵死。此時采用替換檢測和分部檢測相結合的方法[6]，首先讓儀表維護人員將該變送器拆卸并送到計量中心校驗判斷此表的好壞，然后更換新的、同量程的差壓變送器，并用375調試零點和量程后變送器指示正常。計量中心出具的校驗報告顯示變送器指示值不變，說明該變送器自身未出現故障。因此，判斷電路板故障，更換該變送器的電路板，經重新校驗，變送器在4～20 mA內的量程行程顯示準確，說明造成此差壓變送器故障的原因是該變送器的電路板損壞。采用替換檢測的方法解決了故障變送器的問題。

2.3 導壓管泄漏

以正導壓管泄漏來分析導壓管泄漏出現的故障現象。尿素裝置空氣壓縮機總管流量測量方式為：節流孔板+差壓變送器。工藝生產正常時空氣流量基本穩定，但在長期的生產運行過程中發現空氣流量比正常值下降了很多。

設管道靜壓為P0，正常壓力下，當液位最低時，法蘭變送器高壓側的壓力為Ph：

Ph=P0-ρgh

(1)

式中：P0為管道靜壓,Pa;ρ為冷凝液密度,g/cm；g為重力加速度,m/s2；h為沖跑冷凝液高度，mm；Ph為管道高壓側壓力,Pa。

在正常壓力下，當液位最低時，法蘭變送器低壓側的壓力為P1：

P1=P0-ρgh′

(2)

式中：Pl為管道低壓側壓力,Pa。

所以由式(1)和式(2)可知正常壓力下變送器的遷移量Z為：

Z=Ph-P1=P0-ρgh-(P0-ρgh′)=ρg(h′-h)<0

(3)

(4)

當液位最低時，法蘭變送器低壓側的壓力為P1：

P1=P0-ρgh′

(5)

所以由式(4)和(5)可知漏壓情況下變送器的遷移量為：

(6)

又因為P0′

2.4 汽液兩相差壓波動大

在甲醇車間試生產期間，有11臺單法蘭差壓變送器用于測量甲醇溶液，負壓側存在汽液相并存的現象，導致測量數值波動較大，不能準確測量工況的實際液位。裝置因差壓變送器的測量問題而多次被迫停車，對裝置后續開車帶來較大的困難。而甲醇車間的儀表人員只能在現場隨時排查、調試變送器，但頻繁的維護也不能實現準確測量。

鑒于上述問題，經技術人員商討后將單法蘭差壓變送器更換為雙法蘭差壓變送器。

2.4.1 兩種差壓變送器的比較

法蘭差壓變送器是在普通變送器的基礎上增加了一個遠傳密封裝置。遠傳密封裝置由法蘭膜盒、毛細管和毛細管內的填充液組成。法蘭差壓變送器和普通變送器相比，有如下區別。

① 在普通變送器中，被測介質通過導壓管進入變送器測量室。法蘭差壓變送器用毛細管代替導壓管，因為毛細管是密封的，它里面的填充液是經過挑選的，化學物理性能穩定，不會像導壓管內的介質易凝凍、易汽化，因而不必加灌隔離液及安裝隔離器、冷凝器等輔助設備。這樣可提高測量精度，大大減少維護工作量。

② 因法蘭膜盒距離變送器本體較遠，所以儀表的接液溫度可以提髙，應用范圍可以擴大。

③ 對儀表本身來說，由于法蘭變送器較普通變送器多了一個遠傳密封裝置，因而儀表的結構較為復雜，精度下降，故障的可能性增加[7]。

使用雙法蘭變送器時應注意以下事項。

① 差壓變送器在使用前必須對其測量范圍、零點漂移量、精度、靜壓誤差等進行復校。

② 差壓變送器安裝后，要再次檢查各種變送器的工作壓力、溫度、測量范圍、偏移量等。

③ 開啟和停用時，一定要避免儀表承受單向靜壓。

為了避免使用時單向受壓，每臺差壓變送器上附帶了一個三閥組件。通常三閥組件安裝在差壓變送器的上方，其中左閥和右閥分別為低壓和高壓切斷閥，中間閥為平衡閥。平衡閥在開表和停表時用于保護差壓變送器且便于調零位。

2.4.2 三閥組的開啟順序

首先在確認平衡閥已打開的情況下開啟正壓閥，這樣該測量點的偏高壓部分被同時導入到變送器的正、負壓室中；然后關閉平衡閥；最后開啟負壓閥，負壓室中的壓力下降至負壓側壓力，從而保證了開啟正、負壓側閥門時始終不會對敏感原件造成單向的壓力沖擊。

差壓式變送器在測量液體或導壓管中有冷凝液(隔離液)的啟用和關閉時，三閥組的正負壓測及平衡閥是嚴禁同時處于開啟狀態的，否則會因為正負壓室的差壓將導壓管的冷凝液(隔離液)沖跑，造成測量誤差。如果測量的是氣體，可以直接打開或關閉平衡閥。

如果差壓變送器的三閥組同時處于開啟狀態，則此時正壓側取壓點與負壓側取壓點因三閥組的打開而連通，相當于一個U形管。由于正壓側的壓力高于負壓側的壓力，因此負壓側導壓管中的冷凝液會被沖跑，沖跑的冷凝液高度為：

(7)

ΔP=P+-P-

(8)

式中：ΔP為變送器的最大量程，Pa；P+為正壓側所受的靜壓，Pa；P-為負壓側所受的靜壓，Pa。

由式(7)和式(8)可知，被沖泡的冷凝液高度就是正壓側與負壓側之間的差壓，也就是變送器的最大量程。

2.4.3 變更后的測量效果

針對現場工況及儀表數據表，將變送器重新選型為ROSEMOUNT雙法蘭差壓變送器。經校驗安裝調試后，變送器開始投用。自甲醇裝置更換為雙法蘭差壓變送器后，變送器運行平穩，測量準確，維護量大大降低，裝置開車平穩，再未出現因差壓變送器測量問題而停車的現象，為裝置的順利開車奠定了堅實的基礎。該方法解決了現場汽液相并存的測量問題。

3 結束語

本文以青海鹽湖工業股份有限公司化工分公司一期裝置現場實際存在的差壓變送器測量問題為例，介紹了雙法蘭差壓變送器的工作原理、故障解決方法及與普通差壓變送器的比較。

在現場使用過程中，通常也將差壓變送器當作普通壓力變送器使用，因此，壓力變送器在應用上與差壓變

送器的測量方法是通用的，在使用過程中兩種變送器故障排除方法可以相互借鑒。

[1] 貢獻.差壓變送器現場使用中需注意的幾個問題[J].電子儀器儀表用戶，1995(6)：42-48.

[2] 黃浩,郭海峰.差壓變送器在運行中故障分析及處理[J].中國井礦鹽，2009(5)：25-27.

[3] 劉敬文.雙法蘭差壓變送器液位測量校驗全面解析[J].石油化工自動化，2006(2)：82-84.

[4] 尹德勝.差壓變送器在生產中的應用及故障處理[J].大氮肥，2008(3)：20-21.

[5] 李永斌.淺析差壓變送器原理及其應用[J].民營科技，2011(12)：22.

[6] 孔軍.差壓變送器的故障診斷與排除[N].電子報，2010-02-21.

[7] 朱炳興,王森.儀表工試題集[M].2版.北京：化學工業出版社，2002:35.