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压力测量的进步和应用

   日期:2020-01-05     浏览:56    评论:0    
核心提示:准确测量液体,气体和蒸汽压力是许多工业过程安全,高效且具有最佳质量控制的基本要求。除了直接测量压力值外,压力测量还可用于确定或推断流速,液位,产品密度和其他参数。结果,许多工厂依靠压力测量设备来进行所需的现场测量。

准确测量液体,气体和蒸汽压力是许多工业过程安全,高效且具有最佳质量控制的基本要求。除了直接测量压力值外,压力测量还可用于确定或推断流速,液位,产品密度和其他参数。结果,许多工厂依靠压力测量设备来进行所需的现场测量。

 使用压力或差分测量的一些示例应用程序是:

  • 管道流量

  • 油箱中的油位

  • 物质密度

  • 罐中两种或多种液体之间的界面

例如,如果将节流孔(例如孔板)放置在管道中,压力将以可预测的方式下降。通过测量孔板前后的管道压力,可以计算出通过管道的流速。

本文研究了压力测量的各个要素,并探讨了该技术在某些方面的最新进展,以实现更好的压力测量。

绝对压力,表压和差压

压力测量设备可以根据测得的参考压力进行分类。三个参考压力是:

  • 绝对:绝对压力测量将测量的压力与理想真空(0磅/平方英寸,绝对[psia])进行比较。

  • 表压:表压测量将测得的压力与周围大气压力(约14.7 psia)进行比较,以作为参考压力。仪表变送器的输出考虑了大气压力的变化(例如由于天气变化引起的变化)。量规装置通常用于测量向大气开放的储罐中的液位。

  • 压差:压差测量使用第二过程压力作为参考压力。压差测量通常用于通过确定从系统中一个点到另一个点的压降(例如在管道中穿过孔板的压降)来推断通过管道的流速。

现代变送器基础

压力传感器和变送器已经在过程工业中使用了数十年,从1940年代开始,便使用了向气动控制器提供压力信号的气动变送器。在1950年代,出现了电子变送器,该变送器将压力信号转换为4-20 mA信号,可由电子控制器使用,随后再由计算机使用。HART在1980年代被添加到4–20 mA信号中,从而创建了智能压力变送器。现场总线数字信号后来出现了,现在两种类型的智能变送器都可以使用无线功能。

智能变送器不仅可以从现场报告压力值。现在,可以从单个压力变送器报告大量信息。智能变送器的最重要进步之一是在诊断领域。

大多数智能压力变送器都包含一组基本的诊断信息,可在设备损坏或需要维修时通知操作员。当今更先进的智能变送器,不仅可以提供变送器状态的诊断信息,还可以提供电气回路和过程本身的诊断信息,并发出主动警报,使操作员可以立即做出响应并避免停机。诊断方面的新进展包括:

  • 过程监控:压力变送器可以收听过程的背景噪音并检测与正常运行的偏差,这可能表示脉冲管线堵塞或过程本身存在更严重的问题,例如蒸馏塔溢流,火焰不稳定或泵气蚀。

  • 回路监视:诊断程序可以监视将现场设备连接到控制室的电气回路的完整性,以通知操作员任何异常情况,例如外壳和接线盒中的水,电线腐蚀或电源不稳定。

走向无线

传统的有线压力变送器需要支持的基础设施,包括电线,电缆,导管,接线盒,编组柜和I / O,以将压力信号传输回控制系统。这种基础结构有时使在某些位置安装压力变送器太困难或太昂贵。

与传统的有线设备相比,安装和实施无线设备可以节省多达75%的时间,并且省去了布线和建筑劳力,并且与无线技术相关的资金成本可以减少多达40%。此外,从增加的压力监控点获得的见解可以帮助延长资产的使用寿命,从而产生更大的投资回报率。借助电池供电的无线压力变送器,可以在将压力变送器安装在管道,储罐或蒸汽管路中的任何位置进行测量并传输测量结果,从而在各种应用中具有灵活性。

改进的过程连接

压力变送器物理连接到过程的方式会极大地影响测量的整体准确性和可靠性。简单的安装通常使用脉冲管,这些脉冲管易于泄漏,堵塞,结冰和其他问题,以连接传感器。更复杂的应用程序,包括在油箱和仪表管路上的应用程序,可能需要多个组件,管道穿入和连接,这会增加所需的脉冲管数量。

新型压力变送器采用紧凑组件,可使用更少的组件,更易于安装且需要的维护更少。这些解决方案允许紧密耦合,这是一种最佳实践的安装过程,可实现更精确的测量。

例如,在传统的差压(dP)流量应用中,集成流量计组件消除了大量的脉冲管。这些流量计可以替代以前需要许多机械零件和多次管道穿透力的多个变送器,从而造成泄漏,堵塞,冻结和不准确的过程测量。

在罐级应用中,电子dP远程传感器系统甚至可以用来代替脉冲管,而在容器的顶部和底部安装了两个压力传感器,并且通过电子方式将其连接。远程传感器消除了脉冲管道和相关的环境影响。该系统还消除了对伴热线进行热跟踪并防止其冻结的需要。

伴热会增加任何过程的成本和复杂性,并且需要大量维护才能使其正常运行,因为使用伴热的应用程序经常会发生故障。这些测量挑战和性能欠佳会导致吞吐量降低,产品质量下降和成本超支。

一些dP液位变送器可以通过专用的远程密封件解决这些挑战,从而扩大温度工作范围。

远程密封件可以在比传统变送器更高或更低的温度下工作。通过这种解决方案,变送器中的中间隔膜密封将具有不同最佳工作温度的两种不同的填充液分开。

例如,在高温应用中,高温填充液仅在热过程之后立即使用,而传统填充液用于连接的毛细管的其余部分。该解决方案不依赖于伴热,并且可以提供更可靠,准确和更快的过程测量,尤其是在极端条件下。

液体与气体压力

影响液体压力的因素不同于影响气体压力的因素。在测量压力时,重要的是要了解液体和气体的压力特性。液体施加的静水压力受三个因素影响:

  • 列中液体的高度

  • 液体密度

  • 液体表面的压力(蒸气空间)

液体塔底部的压力随着该塔中液体高度的增加而增加。压力受高度的影响,而不是受液体体积的影响。

与液体不同,气体在其所容纳的容器的所有部分上施加相等的压力。有两个因素会影响气体施加的压力:

  • 容纳气体的容器的体积

  • 气体温度

可以通过应用理想气体定律来确定压力,温度和气体体积之间的关系。

理想气体定律:PV = nRT

气压受温度变化的影响。如果容纳气体的容器的体积和气体的量不变,则由气体施加在容器壁上的压力将与气体温度的变化成比例地变化。或者简单地说,通过测量储罐中的压力和温度,您可以测量气体。

测量流量

压力测量的常见用途是推断流体通过管道的流速。当流体流过管道限制器时,流体压力下降。流经管道的流体的压力在节流阀的上游侧较大,而在下游侧较低。

如果在管道限制之前和之后(例如,孔板,文丘里管,流量喷嘴,楔形件或环形工具等流量元件)测量压力,则压降的平方根与流量成正比。通过管道的流体。

测量水平

罐或容器中的液体液位可以通过以下公式的压力测量值确定:

高度=压力/液体比重

密闭的罐或容器需要使用dP变送器来解决蒸汽空间压力。开放的罐或容器需要绝对压力变送器或dP变送器,且低压侧要通向大气。

测量密度

压力等于被测液体柱的高度乘以液体的比重。因此,如果柱的高度是一个已知的常数,例如在容器上两个压力测量点之间的距离的情况下,可以使用以下等式从压力读数中推断出密度:

比重=液体的压力/高度(水平)

然后可以将比重值转换为密度或单位体积质量单位,例如克/立方厘米。密度测量通常在酿造工业中用于确定发酵阶段。

即使在工业应用中使用了数十年之后,压力测量技术仍在不断发展。这些进步使传统测量变得更加容易,并且通常允许在以前不可能进行的区域进行测量。


 
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