Принципы диагностики колебаний показаний дифференциального расходомера

Дифференциальный расходомер определяет расход по перепаду давления до и после сужающего устройства; сигнал перепада давления и расход обычно имеют квадратичную зависимость. Если после установки показания часто скачут, мгновенный расход то резко повышается, то понижается, либо увеличивается погрешность суммарного расхода, прежде всего следует различить, вызваны ли эти колебания реальными изменениями технологического расхода или ложными колебаниями, возникающими в линиях отбора и импульсных линиях, преобразователе и цепи передачи сигнала.

При диагностике на месте рекомендуется соблюдать последовательность: «сначала технологический процесс, затем отбор давления; сначала внешние факторы, затем прибор; сначала статика, затем динамика». Сначала проверьте тренды DCS, степень открытия клапанов, состояние работы насосов или компрессоров, затем проверьте точки отбора давления, импульсные линии, вентильный блок и преобразователь дифференциального давления, чтобы не выполнять многократную регулировку нуля или диапазона до подтверждения рабочих условий.

Для преобразователей дифференциального давления с выходом 4～20mA можно одновременно сопоставлять отображаемое значение, ток контура и тренд в системе верхнего уровня. Если локальное давление стабильно, а кривая DCS колеблется, следует в первую очередь проверить кабель, экранирование, заземление и канал AI; если локальный перепад давления сам по себе заметно изменяется, необходимо продолжить проверку технологического процесса и системы отбора давления.

Сначала подтвердите, вызваны ли колебания реальным изменением расхода

Проверьте, не изменяется ли часто степень открытия регулирующих, управляющих и байпасных клапанов до и после расходомера. Слишком быстрая настройка параметров регулирования, колебания позиционера клапана или заедание исполнительного механизма могут вызывать повторяющиеся кратковременные изменения расхода, проявляющиеся как периодические колебания показаний перепада давления.

В жидкостных трубопроводах также необходимо обратить внимание на состояние насоса. Засорение фильтра на всасывании центробежного насоса, слишком низкий уровень жидкости, подсос воздуха на входе или кавитация могут вызывать нерегулярные колебания расхода на выходе; объемные агрегаты, такие как поршневые и плунжерные насосы, сами по себе имеют пульсирующие характеристики, поэтому обычно требуется установка демпфера пульсаций или настройка соответствующего демпфирования в параметрах прибора.

Для газа и пара необходимо проверить изменения давления, температуры и нагрузки на входе. Если давление на входе изменяется в течение 10 минут за пределы нормального технологического диапазона, фактическая плотность и перепад давления также будут изменяться; для систем измерения расхода с компенсацией по температуре и давлению необходимо дополнительно подтвердить стабильность входных сигналов давления и температуры, а также правильность настройки диапазонов.

Тщательно проверьте точки отбора давления и систему импульсных линий

Засорение, частичное засорение или отложения кристаллов среды в точках отбора давления являются распространенными причинами колебаний дифференциальных расходомеров. Затрудненная передача давления с обеих сторон сужающего элемента приводит к запаздыванию передачи давления, вследствие чего сигнал перепада давления может медленно колебаться, резко изменяться или не возвращаться к исходному нулю.

После остановки оборудования и выполнения мер по сбросу давления и изоляции последовательно проверьте проходимость точек отбора давления со стороны высокого и низкого давления. Для очистки следует использовать специальные инструменты, соответствующие диаметру трубки; нельзя произвольно увеличивать диаметр отверстия или повреждать его кромки. Изменение размера или положения отверстия отбора давления может непосредственно повлиять на измерительные характеристики сужающего устройства.

Импульсные линии должны быть по возможности короткими, иметь одинаковую трассировку и рациональный уклон, а также располагаться вдали от зон теплового излучения и сильной вибрации. Чрезмерные различия в длине, внутреннем диаметре и условиях теплоизоляции двух импульсных линий вызывают несогласованность отклика передачи давления с обеих сторон, что особенно легко усиливается до колебаний расхода при малом диапазоне перепада давления.

Устраняйте скопление жидкости, газа и проблемы конденсации с учетом свойств среды

При измерении газа скопившаяся в импульсной линии жидкость образует разность гидростатических столбов, вызывая дрейф или скачки выходного сигнала. Точки отбора давления обычно следует размещать в верхней части трубопровода; импульсные линии с обеих сторон рекомендуется непрерывно вести вниз либо прокладывать к преобразователю в соответствии с проектными требованиями, предусматривая в нижней точке конструкцию, удобную для слива жидкости.

При измерении жидкости попавший в импульсную линию газ сжимается и создает буферный эффект, что замедляет отклик на перепад давления. Точки отбора давления рекомендуется размещать в нижней боковой части трубопровода, а в импульсных линиях следует избегать локальных верхних точек; после удаления газа необходимо дождаться стабилизации сигнала и только затем проверять ноль, нельзя сразу после удаления газа делать вывод о неисправности преобразователя.

Для паровой среды необходимо обеспечить одинаковый уровень жидкости в конденсационных сосудах с обеих сторон и полное заполнение импульсных линий конденсатом. Если уровень в конденсационном сосуде с одной стороны снижается более чем на 20mm, дисбаланс статического давления может вызвать заметное смещение нуля; зимой также следует проверить эффективность обогрева, чтобы предотвратить замерзание конденсата и закупорку импульсного канала.

При работе с трехвентильным блоком необходимо исключить искусственное создание перепада давления

При проверке трехвентильного блока убедитесь, что запорные клапаны со стороны высокого и низкого давления полностью открыты, а уравнительный клапан полностью закрыт. Внутренняя утечка или неполное закрытие уравнительного клапана приводит к байпасированию фактического перепада давления, из-за чего отображаемый расход будет ниже и могут возникать нестабильные показания при изменении давления в трубопроводной сети.

При продувке, удалении газа или проверке нуля необходимо строго соблюдать местные эксплуатационные инструкции и выполнять операции медленно. Слишком большая разница в скорости открытия и закрытия клапанов на сторонах высокого и низкого давления может привести к мгновенному одностороннему удару статического давления по мембране датчика, что в тяжелых случаях может повредить чувствительный элемент или вызвать дрейф нуля.

После завершения операций восстановите стандартное положение клапанов и наблюдайте за трендом не менее 3～5 минут. Если при уравненном давлении перепад давления не может стабильно вернуться к нулю, продолжите проверку остаточного давления в импульсных линиях, внутренней утечки вентильного блока, нуля датчика и соответствия направления установки требованиям к изделию.

Проверьте место установки и состояние сужающего элемента

Недостаточная длина прямых участков трубопровода до и после сужающего устройства приводит к неравномерному распределению скорости потока, а сигнал перепада давления изменяется под воздействием вихрей и пульсаций. Если такие источники возмущений, как отводы, тройники, переходы с уменьшением диаметра, клапаны и выходы вентиляторов, находятся слишком близко, постоянные колебания и ухудшение повторяемости могут возникать даже при нормальной работе самого преобразователя.

Различные сужающие элементы и компоненты трубопроводов предъявляют разные требования к длине прямых участков; на месте следует руководствоваться проектной документацией, руководством по эксплуатации изделия и соответствующими стандартами. Как правило, особое внимание следует уделить направлению установки диафрагмы, целостности острой кромки, отсутствию выступания уплотнительной прокладки внутрь трубопровода, а также соответствию отверстий отбора давления во фланцах направлению отбора давления сужающего элемента.

Для вновь установленных или реконструированных трубопроводов также необходимо проверить наличие внутри остатков сварочного шлака, уплотнительной ленты, металлической стружки и посторонних предметов. Эти загрязнения могут периодически перекрывать отверстия отбора давления либо изменять поле потока перед сужающим элементом, вследствие чего отклонения показаний начинают проявляться только после некоторого времени нормальной эксплуатации.

Предотвращайте механические помехи, вызванные вибрацией и неправильной установкой

Преобразователь дифференциального давления не рекомендуется устанавливать непосредственно рядом с насосами, компрессорами или крупными вентиляторами с интенсивной вибрацией. Длительная механическая вибрация может ослабить клеммы, вызвать усталостные повреждения импульсных линий и даже микротрещины, что приводит к случайным скачкам сигнала; такие неисправности часто трудно воспроизвести при проверке после остановки оборудования.

Монтажный кронштейн должен быть прочным, а корпус преобразователя, вентильный блок и импульсные линии должны иметь надежную отдельную опору. В условиях высокочастотной вибрации можно использовать виброизолирующие кронштейны и соответствующим образом увеличить количество точек крепления, однако нельзя исправлять положение установки принудительным скручиванием импульсных линий, чтобы не создавать дополнительное напряжение на соединениях.

Изменение высоты установки преобразователя влияет на гидростатическое давление столба жидкости, особенно в условиях измерения жидкости и пара. Если при реконструкции преобразователь перемещается вверх или вниз относительно точки отбора давления более чем на 300mm, необходимо заново рассчитать смещение нуля и настройки параметров, чтобы подтвердить соответствие отображаемого расхода фактическим рабочим условиям.

Исключите неисправности параметров преобразователя и электрического сигнала

Диапазон измерения, величина смещения, время демпфирования и настройка выхода с извлечением квадратного корня преобразователя дифференциального давления влияют на стабильность отображения расхода. При слишком большом диапазоне снижается эффективное разрешение в зоне малых расходов; при слишком малом диапазоне прибор легко приближается к зоне перегрузки, что приводит к ограничению выхода, сигнализации или усилению колебаний.

Демпфирование не всегда тем лучше, чем оно больше. Для нормального стабильного непрерывного процесса можно устанавливать демпфирование примерно 1～5 секунд в соответствии с требованиями к технологическому отклику; при наличии кратковременных возмущений его можно соответствующим образом увеличить, не влияя на требования управления, но нельзя маскировать чрезмерным демпфированием реальные проблемы, такие как засорение линий отбора давления или кавитация насоса.

При проверке контура 4～20mA необходимо подтвердить, что напряжение питания соответствует требованиям нагрузки, клеммы не окислены и не ослаблены, а сигнальный кабель проложен вдали от силовых кабелей преобразователей частоты и кабелей мощных электродвигателей. Экран обычно рекомендуется заземлять с одной стороны; повторное многоточечное заземление может образовать контур заземления и внести помехи 50Hz.

Определите с помощью изолированного теста, относится ли неисправность к датчику или внешней системе

При условии разрешения со стороны технологического процесса и выполнения мер безопасности приведите стороны высокого и низкого давления к одинаковому давлению и наблюдайте, стабилен ли выходной сигнал нуля преобразователя. Если при нулевом перепаде давления колебания сохраняются, а их амплитуда превышает 0.1% диапазона, в первую очередь следует проверить датчик, питание, подключение и окружающую электромагнитную обстановку.

Можно поочередно подавать стабильное давление на стороны высокого и низкого давления от стандартного источника давления и проверять линейность выходного сигнала и стабильность повторяемости. В процессе калибровки следует охватить наиболее часто используемый рабочий диапазон, например точки 25%, 50%, 75% и 100% диапазона, а не делать выводы только по двум точкам — нулю и верхнему пределу диапазона.

Если калибровка датчика проходит нормально, но после повторного подключения на месте колебания возникают вновь, проблема обычно находится в системе импульсных линий, вентильном блоке, технологических пульсациях или цепи заземления. Компания Xi'an Shenghongchuang Instrumentation Co., Ltd. может, учитывая среду, диаметр трубопровода, диапазон перепада давления, способ установки и данные трендов, помочь пользователям разработать целевое решение по диагностике и калибровке дифференциального расходомера.