Почему измерение высоковязких сред в большей степени зависит от качества монтажа

В условиях работы со смолами, битумом, суспензиями, маслами, покрытиями, сиропами, клеями, а также сточными водами и шламами среда отличается высокой вязкостью и низкой текучестью, нередко сопровождается кристаллизацией, отложениями, коксованием или содержанием твердых частиц. При подключении преобразователя перепада давления обычными импульсными трубками среда легко задерживается в отверстиях отбора давления, импульсных линиях и вентильных блоках, что замедляет передачу давления, а в тяжелых случаях приводит к полному засорению.

Мембранный преобразователь перепада давления изолирует технологическую среду с помощью мембранных уплотнений и передает давление к датчику через заполняющую жидкость, снижая риск прямого попадания высоковязкой среды внутрь прибора. Однако наличие мембраны не означает, что «после монтажа обслуживание не требуется»: конструкция отбора давления, направление установки, длина капилляров и температурные условия напрямую влияют на нулевую точку, скорость отклика и долговременную стабильность.

Специалисты по послепродажному обслуживанию должны прежде всего определить цель измерения: измерение уровня в герметичной емкости, перепада давления на фильтре, расхода в трубопроводе или контроль перепада давления до и после оборудования. Разные задачи требуют различной компоновки сторон высокого и низкого давления. В частности, при измерении уровня перепутанное подключение сторон высокого и низкого давления, различная высота установки или неравномерный нагрев капилляров могут вызывать постоянное отклонение показаний.

Основной принцип полевого монтажа заключается в обеспечении стабильной, своевременной и симметричной передачи давления к датчику с одновременным предотвращением отложения среды, температурного дрейфа заполняющей жидкости и наложения механических напряжений. Для процессов с заметно повышенной вязкостью или значительными колебаниями температуры рекомендуется до ввода в эксплуатацию выполнить проверку нулевой точки и испытание имитированным давлением.

I. Место отбора давления и конструкция мембранного уплотнения

Избегайте зон отложений, застойных зон и зон сильных возмущений

Отбор давления следует размещать в точке, репрезентативной для среды и характеризующейся относительно стабильным потоком. При измерении давления в горизонтальном трубопроводе необходимо избегать нижней точки трубы, чтобы предотвратить скопление твердых частиц, конденсата или высоковязкого материала в месте подключения; также не следует размещать отбор вплотную к отводам, выходам насосов, клапанам или сужающим элементам, чтобы пульсации и локальная турбулентность не вызывали частых колебаний сигнала перепада давления.

Для суспензий, склонных к осаждению, предпочтительно использовать фланцевые мембранные уплотнения с боковой или наклонной установкой, чтобы поверхность мембраны по возможности располагалась заподлицо с внутренней стенкой емкости. Следует избегать конструкций с короткими патрубками, образующими глухие полости: чем больше глубина глухой полости, тем легче затвердевают остатки материала и тем сложнее восстановить нормальный отклик даже после промывки.

При измерении уровня в емкости сторона высокого давления обычно устанавливается в нижней жидкостной зоне емкости, а сторона низкого давления — в газовой зоне. Если среда склонна к выраженной кристаллизации или налипанию на стенки, следует с учетом периодичности обслуживания выбирать плоский фланец, удлиненный фланец или уплотнение с промывочной конструкцией; поверхность мембраны должна иметь как можно меньше канавок, ступеней и зон накопления материала.

Материал мембраны должен соответствовать коррозионной активности среды, температуре и моющим средствам. Обычная нержавеющая сталь подходит для большинства стандартных условий; при наличии хлорид-ионов, кислот, щелочей или органических растворителей необходимо дополнительно оценить применение 316L, сплава Хастеллой, тантала или вариантов с покрытием. Нельзя судить о стойкости мембраны только на основании того, что среда не вызывает коррозии емкости.

Сопоставление распространенных мест установки и рисков

II. Прокладка капилляров определяет температурный дрейф и характеристики отклика

Длина, трассировка и условия нагрева с обеих сторон должны быть одинаковыми

В двухфланцевом преобразователе перепада давления с капиллярами заполняющая жидкость на сторонах высокого и низкого давления изменяет объем под влиянием температуры. Если длина двух капилляров различается, они закреплены в разных местах или один из них проходит рядом с паропроводом, степень расширения заполняющей жидкости будет неодинаковой. Это может создать дополнительный перепад давления, проявляющийся как медленный дрейф показаний уровня или перепада давления при неизменном технологическом процессе.

В инженерной практике следует по возможности использовать капилляры одинаковой длины; типовые парные длины включают 3 m, 5 m, 7.5 m и другие. Фактическая длина определяется требованиями монтажного пространства и технологического процесса. Оба капилляра следует прокладывать синхронно по близким трассам, не допуская, чтобы один проходил через зону высокой температуры, а другой находился под открытым солнечным светом или холодным ветром.

При изгибе капилляров необходимо обеспечивать достаточный радиус изгиба; не допускаются многократные перегибы, скручивание или принудительное выпрямление. Крепежные хомуты не следует затягивать слишком сильно во избежание сдавливания стенок трубок; в местах соединения с оборудованием необходимо оставлять соответствующий запас, чтобы тепловое расширение, сжатие или вибрация оборудования не передавали напряжение на уплотнения и корпус преобразователя.

Если разность температур окружающей среды превышает примерно 15℃ либо температура среды выше 80℃, а точка установки преобразователя удалена от емкости, необходимо особо оценить дополнительную температурную погрешность. Для высокотемпературных вязких сред можно применять высокотемпературную заполняющую жидкость в пределах ее допустимого температурного диапазона, теплоотводящие конструкции или меры защиты капилляров, однако самостоятельно нагревать капилляры запрещается, чтобы не нарушить исходное метрологическое состояние.

Пункты проверки при монтаже капилляров

III. Герметизация, защита от засорения и теплоизоляция должны учитывать технологический процесс

Обработка уплотнительных поверхностей не должна сводиться только к «более сильной затяжке»

При монтаже фланцевой мембраны необходимо проверить плоскостность уплотнительной поверхности, характеристики прокладки, класс болтов и последовательность диагональной затяжки. Неравномерное усилие на болтах может вызвать перекос мембранного фланца, что не только приводит к утечкам, но и может вызвать аномальную нагрузку на мембрану. В пищевой, фармацевтической или тонкой химической промышленности с санитарными требованиями также необходимо подтвердить соответствие уплотнительных материалов требованиям среды и процессов очистки.

Если высоковязкая среда легко затвердевает, приоритет защиты от засорения выше, чем простого увеличения диапазона измерения. В зависимости от технологических условий можно выбрать мембрану заподлицо, промывочное кольцо, интерфейс продувки или теплоизоляционную рубашку, однако давление и расход продувочной среды должны контролироваться, чтобы не допустить попадания газа или промывочной жидкости в процесс и возникновения ложного сигнала перепада давления.

Для трубопроводов, требующих обогрева, температура вокруг мембранного уплотнения должна оставаться относительно равномерной. Цель обогрева состоит в предотвращении затвердевания технологической среды; нельзя напрямую нагревать корпус преобразователя, клеммный отсек или капилляры. Электронные компоненты преобразователя обычно следует устанавливать в месте с небольшой вибрацией, удобном для наблюдения и с подходящей температурой.

Если после остановки в трубопроводе остаются затвердевающие материалы, их следует своевременно промывать в соответствии с технологическим регламентом. Запрещается ударять по поверхности мембраны твердыми предметами, также не следует очищать затвердевшие отложения острыми инструментами; толщина мембраны обычно очень мала, и даже незначительные царапины могут повлиять на ее способность выдерживать давление и линейность измерения. При необходимости демонтаж и проверку должны выполнять специалисты.

IV. Основные моменты проверки при вводе в эксплуатацию и поиска неисправностей

Сначала подтвердите механическое состояние, затем корректируйте параметры

После монтажа преобразователя необходимо при пустой емкости или в известных рабочих условиях проверить, соответствует ли выходной сигнал расчетной нулевой точке. На примере выхода от 4 mA до 20 mA следует одновременно проверить местную индикацию, вход системы управления и фактическое направление перепада давления. Нельзя считать прибор исправным только на основании нормального отображения на экране системы управления.

Если реакция показаний явно замедлена, прежде всего следует проверить, не налип ли материал на поверхность мембраны, не перекрыт ли отбор давления твердыми частицами, не вышла ли из строя промывочная конструкция и не ниже ли температура процесса температуры текучести материала. Прямое изменение времени демпфирования не решает проблему засорения, а чрезмерное увеличение демпфирования, напротив, может скрыть реальные колебания технологического процесса.

Если нулевая точка при пустой емкости непрерывно дрейфует, следует проверить, находятся ли капилляры на сторонах высокого и низкого давления в одинаковых температурных условиях, соответствует ли их длина, нет ли микропротечек во фланцах и не подвергается ли преобразователь сильной вибрации. При медленном однонаправленном дрейфе также необходимо проверить, не повреждена ли система заполняющей жидкости; такие проблемы не следует устранять путем произвольной разборки или доливки жидкости на месте.

Рекомендуется включать в паспорт прибора дату монтажа, температуру среды, данные нулевой точки, диапазон измерения, модель капилляров, материал мембраны и записи об устранении неисправностей. Для установок непрерывной эксплуатации в рамках ежегодного ремонта или цикла технического обслуживания каждые 6 до 12 месяцев следует проводить систематическую проверку поверхности мембраны, крепежных элементов, герметизации подключений и выходного сигнала.

Окончательное подтверждение перед сдачей объекта

Перед сдачей необходимо подтвердить правильность подключения сторон высокого и низкого давления, отсутствие застойных зон с накоплением материала на монтажной поверхности мембраны, отсутствие повреждений и одинаковые тепловые условия капилляров, а также соответствие диапазона преобразователя фактическому максимальному перепаду давления. Слишком большой диапазон снижает разрешающую способность при малом перепаде давления, а слишком малый может привести к выходу за пределы диапазона при засорении фильтра или колебаниях процесса.

Компания «Сиань Шэнхунчуан Приборы и Средства Автоматизации» может, исходя из фактических условий высокой вязкости, высокой температуры, коррозии и склонности к кристаллизации, содействовать в выборе материала мембраны, спецификации фланца, типа заполняющей жидкости, конфигурации капилляров и диапазона перепада давления. Для объектов, где уже имеются проблемы с задержкой измерения, нестабильностью нулевой точки или частыми засорами, рекомендуется предоставить параметры среды, фотографии монтажа и присоединительные размеры процесса для целевого подбора и оптимизации установки.