摘 要 從單法蘭液位變送器的測量原理、安裝及使用出發(fā)，詳細(xì)論述了單法蘭液位變送器的離線檢定方法、裝置研制及注意事項(xiàng)。 重點(diǎn)闡述了單法蘭液位變送器如何實(shí)現(xiàn)離線檢定，如何解決其在離線檢定過程中的安裝問題、定位問題、夾緊力傳動(dòng)問題以及調(diào)平等問題。
0 引言
海洋石油平臺(tái)中在測量常壓容器液位高度時(shí)較多的使用了單法蘭液位變送器，它們以感應(yīng)介質(zhì)壓力的方式進(jìn)行信號(hào)輸出來達(dá)到測量液位的目的。 單法蘭液位變送器通常使用在保證安全的緊急關(guān)斷系統(tǒng)( ESD) 中，其作用是極其重要的。 因此單法蘭液位變送器的檢定工作就顯得尤為重要，只有保證了單法蘭液位變送器的準(zhǔn)確可靠才能保證其在工程中的使用并發(fā)揮其重要作用。
1 單法蘭液位變送器的原理及安裝方式
單法蘭液位變送器是工業(yè)過程測量和控制系統(tǒng)中用以指示和控制液位的一類儀表。根據(jù)帕斯卡定律可知同種密度的液體在同一深度，液體向各個(gè)方向的壓強(qiáng)都相等。 單法蘭液位變送器就是根據(jù)這一原理測量到的壓強(qiáng)來推算介質(zhì)高度的。 其公式為:
式中:H 為單法蘭液位變送器所測介質(zhì)高度;p 為單法蘭液位變送器測得的壓強(qiáng);ρ 為浮球排開介質(zhì)的密度;g 為重力加速度。
單法蘭液位變送器一般安裝于常壓容器的灌體下側(cè)部分，如圖 1 所示。 安裝時(shí)應(yīng)保證單法蘭液位變送器的法蘭及變送器表頭的垂直度，否則會(huì)增加不必要的誤差。
2 單法蘭液位變送器的檢定方法比較和選擇
2． 1 用液位計(jì)水箱檢定裝置的檢定方法(方法一)
根據(jù) JJG 971—2002 《 液 位 計(jì) 檢 定 規(guī) 程》 第7． 2． 3． 3 中 a)項(xiàng)用液位計(jì)水箱檢定裝置的檢定方法，其檢定安裝示意圖如圖 2 所示。
該檢定方式是首先將單法蘭液位變送器安裝于水箱上，調(diào)節(jié)檢定用水箱的水位完成上下行程的單法蘭液位變送器的檢定。 期間讀取各檢定點(diǎn)數(shù)據(jù)，并進(jìn)行示值誤差等數(shù)據(jù)處理。
2． 2 用模擬液位的檢定方法(方法二)
根據(jù) JJG 971—2002 《 液 位 計(jì) 檢 定 規(guī) 程》 第7． 2． 3． 3 中 b)，單法蘭液位變送器屬于壓力式液位計(jì)。 根據(jù)數(shù)學(xué)模型即式(1)，在介質(zhì)密度和重力加速度確定的情況下，液位的高度與壓力值成正比，因此可以用標(biāo)準(zhǔn)壓力發(fā)生器產(chǎn)生的壓力模擬實(shí)際液位，同時(shí)記錄單法蘭液位變送器的輸出進(jìn)行檢定。
根據(jù) JJG 882—2015《壓力變送器檢定規(guī)程》的相關(guān)要求，按照附錄 A 中連接方式進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)器及單法蘭液位變送器的安裝與連接，如圖 3 所示。 連接好后按照規(guī)程要求進(jìn)行檢定。
2． 3 兩種方法的比較和選擇
我們從以下幾個(gè)方面對(duì)兩種方法進(jìn)行比較:1)體積及復(fù)雜程度。 明顯方法一系統(tǒng)較龐大，設(shè)備及連接等較復(fù)雜。 2)操作性。 方法一操作復(fù)雜，方法二設(shè)備體積小，可操作性強(qiáng)。 3)安全性。 方法一水泵需要 380V 交流電源，較危險(xiǎn)，根據(jù)單法蘭液位變送器測量介質(zhì)的不同更換介質(zhì)困難。 方法二只需要用較低的氣源壓力就可以完成單法蘭液位變送器的檢定工作。 ４)經(jīng)濟(jì)性。 方法一造價(jià)較高，平時(shí)維護(hù)工作量較大。 方法二設(shè)備體積小、占用面積小、用電量少、維護(hù)工作量小。
從以上比較可知，方法二更適合工作需要。 大多計(jì)量院所也是按照方法二進(jìn)行單法蘭液位變送器的檢定工作，但是我們必須模擬現(xiàn)場安裝的實(shí)際情況保證法蘭及表頭的垂直度。 實(shí)施過程中單法蘭液位變送器的安裝存在著諸多問題。 如:1)單法蘭液位變送器的法蘭規(guī)格較多，檢定時(shí)要找合適的法蘭與之連接。 實(shí)驗(yàn)室需準(zhǔn)備的法蘭數(shù)量較多;2)安裝時(shí)一般用螺栓連接，由于密封面受力不均勻，往往造成泄漏現(xiàn)象;3)法蘭連接好后不容易既保證法蘭的垂直度又保證變送器表頭的垂直度;４)由于操作時(shí)需要保證其安全性，一般需幾人配合才能完成此項(xiàng)工作，人力成本較高。
為了解決單法蘭液位變送器的安裝問題，我們自行研制了一套裝置來完成單法蘭液位變送器的離線安裝問題。 此裝置已獲得國家專利，專利號(hào):ZＬ2015 2 0667819． 3。
3 單法蘭液位變送器安裝裝置的研制
如圖 ４ 所示為單法蘭液位變送器的安裝裝置，主要分四部分:夾緊機(jī)構(gòu)、固定機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、調(diào)平機(jī)構(gòu)。
3． 1 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
傳動(dòng)機(jī)構(gòu)主要包括與單法蘭液位變送器連接的檢定法蘭、氣缸及氣缸連接法蘭(帶同軸螺桿與固定機(jī)構(gòu)上的軸承配合完成翻轉(zhuǎn)工作)。 經(jīng)過調(diào)研，單法蘭液位變送器的法蘭最大外徑為 0． 25４m，最大磅級(jí)為 300ＬB。 根據(jù)這一需求檢定法蘭的尺寸定為0． 25４m，且需要檢定用進(jìn)氣孔，因此將檢定法蘭做成“T”型法蘭。 這樣既可以達(dá)到與單法蘭液位變送器法蘭配套的目的，又可以達(dá)到檢定氣源進(jìn)壓檢定的目的。 氣缸是提供夾緊力的動(dòng)力源，目的是使單法蘭液位變送器與檢定法蘭緊密結(jié)合，達(dá)到密封的目的。
3． 2 夾緊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
夾緊機(jī)構(gòu)主要包括立柱、槽鋼、偏心盤(或平行四邊形框架)，它們組成了一個(gè)“U”型框架。 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)通過氣缸的活塞桿將力傳遞給“U”型框架達(dá)到夾緊的目的，夾緊力可以通過調(diào)節(jié)進(jìn)入氣缸的氣源壓力來改變。
3． 3 固定機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
固定機(jī)構(gòu)主要包括用于固定支撐用的支架、支架上用于翻轉(zhuǎn)的軸承。 為了節(jié)約空間和操作方便，設(shè)計(jì)成梯形支架。 固定機(jī)構(gòu)放置于地面上，保證了操作的安全性。
3． ４ 調(diào)平機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
調(diào)平機(jī)構(gòu)主要包括安裝在固定機(jī)構(gòu)上的螺桿和螺母。 單法蘭液位變送器安裝好后同時(shí)翻轉(zhuǎn)夾緊機(jī)構(gòu)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 90°，用螺桿頂住夾緊機(jī)構(gòu)上的槽鋼，通過調(diào)節(jié)螺母將單法蘭液位變送器的法蘭及表頭調(diào)節(jié)到垂直位置。
3． 5 單法蘭液位變送器的安裝過程
第一步:將固定機(jī)構(gòu)放置于堅(jiān)固且水平度合格的地面上，使夾緊機(jī)構(gòu)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)處于自由狀態(tài)。
第二步:將單法蘭液位變送器法蘭水平放置于檢定法蘭中心位置，通過氣缸將單法蘭液位變送器與檢定法蘭夾緊。
第三步:將夾緊機(jī)構(gòu)與傳動(dòng)機(jī)構(gòu)同時(shí)翻轉(zhuǎn)約90°，轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)平機(jī)構(gòu)螺桿頂住傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。 調(diào)節(jié)調(diào)平機(jī)構(gòu)上的調(diào)節(jié)螺母，直至單法蘭液位變送器法蘭及表頭垂直。
第四步:連接檢定用標(biāo)準(zhǔn)表、壓力泵等設(shè)備進(jìn)行單法蘭液位變送器的檢定工作。
４ 小結(jié)
綜上所述，該裝置可以很好地完成單法蘭液位變送器的安裝、夾緊、翻轉(zhuǎn)、調(diào)平等問題，使單法蘭液位變送器的離線檢定工作變得規(guī)范、簡單，實(shí)際操作性及市場推薦度都很高。
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