差压变送器在应用中的故障诊断与比较

2014-04-03

自动化仪表 2014年2期

(青海盐湖工业股份有限公司化工分公司，青海格尔木 816000)

0 引言

青海100万t钾肥产品综合利用项目化工一期液位、流量的测量使用了大量差压变送器，本项目应用的大部分差压变送器是艾默生过程控制有限公司Rosemount测量仪表的产品。在装置生产条件下，由于安装、使用、维护等因素的影响，差压变送器出现的故障不能迅速解决，影响了装置生产的正常进行。本文针对差压变送器在实际应用中遇到的问题进行探讨，以供现场维护检修人员互相学习。

1 工作原理与安装

差压变送器的工作原理为：来自双侧导压管的差压直接作用于变送器传感器的双侧隔离膜片上，通过膜片内的密封液传导至测量元件上，测量元件将测得的差压值转换为与之对应的电信号并传递给转换器，经过运算放大器等处理单元变为标准电信号(HART信号)输出[2-6]。

差压变送器测量系统的安装包括导压管的敷设、电气信号电缆的敷设和差压变送器的安装三部分。

2 现场出现的故障现象

差压变送器在测量过程中会出现一些故障，针对故障的排查尤其参与联锁的仪表故障排查对正在生产的装置是至关重要的。下面简要阐述差压变送器在化工装置中出现的几种故障现象。

2.1 HART远程通信故障

因仪表维护人员首次使用现场通信器(下文简称375)，对375的应用比较生疏。本公司空分装置有几台差压变送器在调试过程中出现不能进行HART远程通信的故障，仪表维护人员怀疑变送器损坏，要求更换现场的差压变送器。

经仪表技术管理人员深入现场调试，调试时375出现故障，提示“FF连接器检测到电压，请检查连接器然后按确认”。根据375的使用说明书，按照以下几个方面解决了此问题，并成功调试了其余几台差压变送器，所有差压变送器都正常投用。

2.1.1 重新下装375程序

在充电状态下对375的应用程序重新下装。详细步骤为：打开375，进入设置菜单(“Setting”)，选择关于375的相关信息(“About 375”)，然后选中375应用程序版本V2.0(“Software V2.0”)进行刷新(“Refresh”)，当该程序刷新20 min后按“OK”键，375程序刷新成功。

2.1.2 重启375更改轮询方式

重启进入375操作界面，在变送器的调试过程中出现进入设备长轮询提示的故障，该故障说明仪表维护人员私自更改过375的轮询方式。在这种情况下，仪表维护人员必须准确输入每块变送器的位号才能进入到此程序，否则无法操作，所以需要重新设置。利用HART轮询选项组态375，自动搜索所有或特定的相关设备。如果每个回路的设备数超过1个，将设备并联并设置为“多节点”模式。地址由0修改为1～15之间的任一数值时，可以使用该模式。使用该模式后，每个设备的模拟输出固定，并且不再变化。

执行如下步骤修改轮询选项。

(1) 从HART主菜单中双击应用。

(2) 双击配置HART应用程序。

(3) 双击轮询。

(4) 选择如下轮询选项。

① 从不轮询，与地址为0的设备连接，如果没有找到，则不轮询。

② 轮询前询问，与地址为0的设备连接，如果没有找到，则询问通信器是否要对地址为1～15的设备进行轮询。

③ 总是轮询，与地址为0的设备连接，如果没有找到，通信器将自动对地址为1～15间的设备进行轮询。

④ 数字轮询，无论是否找到地址为0的设备，轮询地址1～15。要找出各设备地址，可利用该选项查找回路中的连接设备，并按位号列出。

⑤ 利用位号轮询，允许您输入设备位号。启动HART应用程序时，将提醒您输入位号名。

轮询流程图如图1所示。

图1 轮询流程图

大多数HART装置的每个回路只包含一个设备，并且设备地址为0，因此选择从不轮询后按回车键。重新启动375应用系统，375程序能够正常运行。最后到现场就地操作，发现上述问题已解决。

2.2 差压变送器指示值不变

尿素装置有一块差压变送器在测量流量的过程中出现仪表指示值无任何变化，工艺人员要求仪表维护人员处理此故障。经现场仔细排查，仪表管线阀门处于开启状态，管道介质充满管道，打开差压变送器引压管线的根部阀门介质外流，说明引压管线并未堵死。此时采用替换检测和分部检测相结合的方法[6]，首先让仪表维护人员将该变送器拆卸并送到计量中心校验判断此表的好坏，然后更换新的、同量程的差压变送器，并用375调试零点和量程后变送器指示正常。计量中心出具的校验报告显示变送器指示值不变，说明该变送器自身未出现故障。因此，判断电路板故障，更换该变送器的电路板，经重新校验，变送器在4～20 mA内的量程行程显示准确，说明造成此差压变送器故障的原因是该变送器的电路板损坏。采用替换检测的方法解决了故障变送器的问题。

2.3 导压管泄漏

以正导压管泄漏来分析导压管泄漏出现的故障现象。尿素装置空气压缩机总管流量测量方式为：节流孔板+差压变送器。工艺生产正常时空气流量基本稳定，但在长期的生产运行过程中发现空气流量比正常值下降了很多。

设管道静压为P0，正常压力下，当液位最低时，法兰变送器高压侧的压力为Ph：

Ph=P0-ρgh

(1)

式中：P0为管道静压,Pa;ρ为冷凝液密度,g/cm；g为重力加速度,m/s2；h为冲跑冷凝液高度，mm；Ph为管道高压侧压力,Pa。

在正常压力下，当液位最低时，法兰变送器低压侧的压力为P1：

P1=P0-ρgh′

(2)

式中：Pl为管道低压侧压力,Pa。

所以由式(1)和式(2)可知正常压力下变送器的迁移量Z为：

Z=Ph-P1=P0-ρgh-(P0-ρgh′)=ρg(h′-h)<0

(3)

(4)

当液位最低时，法兰变送器低压侧的压力为P1：

P1=P0-ρgh′

(5)

所以由式(4)和(5)可知漏压情况下变送器的迁移量为：

(6)

又因为P0′

2.4 汽液两相差压波动大

在甲醇车间试生产期间，有11台单法兰差压变送器用于测量甲醇溶液，负压侧存在汽液相并存的现象，导致测量数值波动较大，不能准确测量工况的实际液位。装置因差压变送器的测量问题而多次被迫停车，对装置后续开车带来较大的困难。而甲醇车间的仪表人员只能在现场随时排查、调试变送器，但频繁的维护也不能实现准确测量。

鉴于上述问题，经技术人员商讨后将单法兰差压变送器更换为双法兰差压变送器。

2.4.1 两种差压变送器的比较

法兰差压变送器是在普通变送器的基础上增加了一个远传密封装置。远传密封装置由法兰膜盒、毛细管和毛细管内的填充液组成。法兰差压变送器和普通变送器相比，有如下区别。

① 在普通变送器中，被测介质通过导压管进入变送器测量室。法兰差压变送器用毛细管代替导压管，因为毛细管是密封的，它里面的填充液是经过挑选的，化学物理性能稳定，不会像导压管内的介质易凝冻、易汽化，因而不必加灌隔离液及安装隔离器、冷凝器等辅助设备。这样可提高测量精度，大大减少维护工作量。

② 因法兰膜盒距离变送器本体较远，所以仪表的接液温度可以提髙，应用范围可以扩大。

③ 对仪表本身来说，由于法兰变送器较普通变送器多了一个远传密封装置，因而仪表的结构较为复杂，精度下降，故障的可能性增加[7]。

使用双法兰变送器时应注意以下事项。

① 差压变送器在使用前必须对其测量范围、零点漂移量、精度、静压误差等进行复校。

② 差压变送器安装后，要再次检查各种变送器的工作压力、温度、测量范围、偏移量等。

③ 开启和停用时，一定要避免仪表承受单向静压。

为了避免使用时单向受压，每台差压变送器上附带了一个三阀组件。通常三阀组件安装在差压变送器的上方，其中左阀和右阀分别为低压和高压切断阀，中间阀为平衡阀。平衡阀在开表和停表时用于保护差压变送器且便于调零位。

2.4.2 三阀组的开启顺序

首先在确认平衡阀已打开的情况下开启正压阀，这样该测量点的偏高压部分被同时导入到变送器的正、负压室中；然后关闭平衡阀；最后开启负压阀，负压室中的压力下降至负压侧压力，从而保证了开启正、负压侧阀门时始终不会对敏感原件造成单向的压力冲击。

差压式变送器在测量液体或导压管中有冷凝液(隔离液)的启用和关闭时，三阀组的正负压测及平衡阀是严禁同时处于开启状态的，否则会因为正负压室的差压将导压管的冷凝液(隔离液)冲跑，造成测量误差。如果测量的是气体，可以直接打开或关闭平衡阀。

如果差压变送器的三阀组同时处于开启状态，则此时正压侧取压点与负压侧取压点因三阀组的打开而连通，相当于一个U形管。由于正压侧的压力高于负压侧的压力，因此负压侧导压管中的冷凝液会被冲跑，冲跑的冷凝液高度为：

(7)

ΔP=P+-P-

(8)

式中：ΔP为变送器的最大量程，Pa；P+为正压侧所受的静压，Pa；P-为负压侧所受的静压，Pa。

由式(7)和式(8)可知，被冲泡的冷凝液高度就是正压侧与负压侧之间的差压，也就是变送器的最大量程。

2.4.3 变更后的测量效果

针对现场工况及仪表数据表，将变送器重新选型为ROSEMOUNT双法兰差压变送器。经校验安装调试后，变送器开始投用。自甲醇装置更换为双法兰差压变送器后，变送器运行平稳，测量准确，维护量大大降低，装置开车平稳，再未出现因差压变送器测量问题而停车的现象，为装置的顺利开车奠定了坚实的基础。该方法解决了现场汽液相并存的测量问题。