隔膜密封系统变送器是由膜片密封系统,毛细管及填充液,压力或差压变送器组合而成,适用于因任何原因需要把变送器与工艺处理过程进行隔离的场合,在工程设计中经常选用该类变送器,在石化行业多用于腐蚀性、黏稠性、易结晶介质的液位、界面或流量测量。
膜片密封系统和毛细管将过程压力间接传递到变送器,因此在选用隔膜密封压力变送器时有许多因素要考虑,温度的影响是主要因素,如何避免或减少温度变化对隔膜密封压力变送器的性能影响,并尽可能提高仪表的响应时间,是正确合理选用隔膜密封压力变送器的关键。
影响温度性能的因素
1、膜片硬度及直径
膜片硬度是影响温度特性的重要参数,当充填液随着温度的变化而膨胀或收缩时,硬度小的膜片承受的反作用力比硬度高的膜片要小,温度变化产生的反向压力作用于变送器的感应膜片上,从而引起测量误差。膜片硬度越小弹性越好,硬度小弹性好的膜片在弹性范围内的形变可吸收充填液体积变化,能够减小由温度变化引起的充填液体积变化带来的压力影响,较大限度克服温度变化引起的误差。
在充填液体积因温度引起变化时,大直径膜片产生的压力测量误差较小,而较小直径膜片产生的压力测量误差较大。 以单侧毛细管密封系统为例,其填充液为DC200,密封膜片为316LSS,每20K温度变化所产生的压力测量误差如表1所列;两侧毛细管密封系统的变送器,每20K温度变化所产生的压力测量误差为表中误差值的25%。
2、填充液 填充液起到压力传递的作用,充填液随着温度的变化而膨胀或收缩,填充液的流动性和膨胀特性会影响远传膜片密封系统的性能。填充液特性参见表2所示。
充填液膨胀系数。选择膨胀系数较小的填充液有助于减小温度变化带来的误差。填充液体积越大,其膨胀潜力也越大,因此选择毛细管的长度要尽可能短,毛细管直径要尽可以小,以减小填充液体积达到减少温度误差的目的。
充填液黏度。充填液的黏度为其流动性能的量度,填充液的黏度、毛细管的长度和毛细管的内径均影响摩擦阻力,摩擦阻力越大,响应时间越长。选择黏度性小的充填液将加快响应时间。
图1为DN50膜片1mm直径毛细管密封系统,在不同填充液时每米的响应时间典型值(T90%)。
毛细管内径越小,对压力传递阻力越大,速度 也越慢。毛细管内径大能加快传递速度,缩短响应时间。毛细管越长,压力信号传输距离就越长,增加了响应时间。
无论是用于差压、流量还是液位测量,正负压室密封系统的膜片规格、两端毛细管长度、填充液应相同。环境温度变化所引起的两端毛细管充灌液膨胀量相同,尽可能减少因环境温度变化造成的测量误差。
3、对系统精度的影响
密封系统由于温度变化引起零点误差,毛细管填充液特性、温度和长度决定了零点压力偏移值。以DN80,316L,硅油填充液膜片密封系统为例,毛细管长度为5m,毛细管环境温度为45℃。该毛细管密封系统的“TK环境”静压曲线如图2所示。
根据该曲线,毛细管长度为5m的该密封系 统,对应的“TK环境”静压值为140Pa/10K。
温度变化值T=TK环境-TK校准=45℃-25℃=20℃;
温度变化产生的静压值p=T×140Pa/10K=280Pa。
因此该密封系统的零点漂移值是280Pa。
在测量液位或界面时,如图3所示,对于双法兰差压变送器,虽然两端毛细管的长度相同,可以克服环境温度变化膨胀量的影响,但不能克服两端毛细管静压的影响。上下两个取压口的距离(H)这段(毛细管内充填液由于温度变化而影响密度的变化,温度膨胀系数大则密度变化大)由填充液密度变化引起的静压是很难抵消。因此应考虑选用充填液密度受温度变化影响小的充填液,也就是选用温度膨胀系数小的充填液。填充液特性表中的密度是25℃时的密度,环境温度变化将会引起填充液密度变化。
25℃时,假如液位变送器以负迁移量-Δp1 为零点,Δp1=ρ2gH;
温度变化时,充填液密度的变化量为Δp时,此时实际零点-Δp2=(ρ2+Δp)gH;
最终引起的静压变化值Δp=ΔρgH,也就是零点飘移值。
测量范围大毛细管越长、充填液膨胀系数大、环境温度变化大的情况下,零点漂移越严重。解决此问题的方案是对充填液密度变化进行温度补偿(需要精确测量时),或者通过改变安装位置和稳定环境温度等措施把膨胀静压减到最小。
选择毛细管的长度要尽可能短,毛细管直径要尽可能小,以减小填充液体积达到减少温度误差。