1、問題分析
在高真空或低溫條件下，以下因素會(huì)影響超高溫壓力變送器的正常運(yùn)行。
①螺紋鏈接的密封性。絕大部分耐高溫變送器通過在一根毛細(xì)管兩端使用螺紋來連接變送器和過程連接件。在真空條件下，傳感膜片受到重力外力作用，使變送器內(nèi)部填充油處于負(fù)壓真空，外部空氣可通過螺紋連接進(jìn)入毛細(xì)管，嚴(yán)重影響測(cè)量精度的。昌暉儀表和洛丁森的耐高溫壓力變送器采用隔離式法蘭連接和超高溫填充，目前在引進(jìn)國(guó)外技術(shù)生產(chǎn)的變送器中性能達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。
②填充油雖是油性，但含有少量溶解氣體。這些溶解的氣體在高真空條件下會(huì)被釋放和膨脹，壓力會(huì)以測(cè)量誤差傳遞到變送器的敏感部件上。
③在低溫工作條件下(通常在-10℃以下)，在低溫下減少毛細(xì)管內(nèi)的充油量會(huì)擾亂正常的壓力傳遞過程，導(dǎo)致測(cè)量誤差。
④腐蝕性工況：包括環(huán)境條件、應(yīng)用工況的腐蝕性。如在導(dǎo)壓管材質(zhì)為碳鋼或不銹鋼適用的工況選擇普通型的壓力和差壓變送器；如碳鋼或不銹鋼無法滿足工況要求時(shí)，應(yīng)選用隔離式變送器。腐蝕性工況需特別注重材質(zhì)的選型。
變送器的材質(zhì)包括了變送器的膜片及接液材質(zhì)、法蘭材質(zhì)、外殼材質(zhì)、排氣/排液閥材質(zhì)、傳感器填充液材質(zhì)、毛細(xì)管灌充液材質(zhì)、螺栓螺母材質(zhì)等，選型中最需要關(guān)注的是膜片材質(zhì)、接液材質(zhì)和法蘭材質(zhì)。
2、解決方法
針對(duì)以上問題的分析，提出了以下用于真空或低溫環(huán)境的超高溫壓力變送器的應(yīng)用方案。
①全焊接壓力變送器。毛細(xì)管、變送器和過程連接之間的所有連接都是全焊接密封結(jié)構(gòu)，以消除可能的泄漏點(diǎn)。
②根據(jù)不同的應(yīng)用，可以精確控制填充油量。根據(jù)用戶的應(yīng)用和不同充填油的特點(diǎn)，經(jīng)過仔細(xì)計(jì)算，適當(dāng)減少充填油量，以補(bǔ)償充填油的膨脹效應(yīng)。對(duì)于低溫應(yīng)用，可根據(jù)具體應(yīng)用適當(dāng)增加填充油量，以補(bǔ)償填充油體積收縮的影響。
③特殊的補(bǔ)油排油處理。對(duì)填充油進(jìn)行油預(yù)處理，主要目的減少溶解氣體含量，且在灌油的過程中，采用真空灌油，并在油達(dá)到真空度要求的情況下嚴(yán)格控制灌油量，保證最終產(chǎn)品的測(cè)量精度。
④在現(xiàn)代工藝流程中，耐高溫變送器往往采用對(duì)稱設(shè)計(jì)，在高低壓兩端具有相同的隔膜、相同的毛細(xì)管長(zhǎng)度和相同的充油流體。
一般認(rèn)為，當(dāng)溫度變化的影響作用于變送器的高、低壓側(cè)時(shí)，這種影響就會(huì)被消除。溫度對(duì)隔膜的影響通常被認(rèn)為是溫度漂移的最重要原因。事實(shí)上，情況恰恰相反。
在高低壓側(cè)使用相同長(zhǎng)度的毛細(xì)管并沒有提高性能，反而增加了溫度變化對(duì)變送器整體性能的影響。變送器取決于溫度不僅取決于基型產(chǎn)品膜片的溫度變化量，毛細(xì)管的長(zhǎng)度也是影響變送器溫度變化的重要因素，且硬度和毛細(xì)管的長(zhǎng)度成正比。
高低壓側(cè)使用相同的毛細(xì)管長(zhǎng)度，是毛細(xì)管長(zhǎng)度的兩倍，從而增加了溫度對(duì)變送器整體性能的影響。即，如果過程溫度150℃或更低且過程條件允許，則拆除高壓側(cè)端口毛細(xì)管并直接連接變送器，可以縮短毛細(xì)管的長(zhǎng)度，降低因溫度變化對(duì)變送器精度及相應(yīng)時(shí)間的影響。
⑥根據(jù)測(cè)量介質(zhì)化學(xué)特性的不同進(jìn)行選擇。
不同濃度的同種介質(zhì)在不同溫度下的腐蝕性也有所不同。隔膜密封式變送器，一般內(nèi)膜盒選用不銹鋼材質(zhì)，接液外膜盒根據(jù)介質(zhì)特性進(jìn)行選擇。目前常用的材質(zhì)除316L、蒙乃爾、鉿氏合金和坦膜片。
根據(jù)環(huán)境條件和經(jīng)濟(jì)性來考慮變送器的外殼材質(zhì)，外殼材質(zhì)一般包括鋁合金和不繡鋼材質(zhì)，如果不是處于腐蝕性較強(qiáng)的環(huán)境條件，選擇鋁合金材質(zhì)更經(jīng)濟(jì)些。
3、耐高溫變送器典型應(yīng)用方案
①工藝脈沖壓力測(cè)量。如油田注水泵壓力測(cè)量，易造成變送器損壞針對(duì)高速脈沖氣壓或液壓，變送器有專用的氣壓、液壓緩沖裝置，小巧，易于安裝。在油田注水站脈沖泵成功應(yīng)用。
②應(yīng)用多晶硅項(xiàng)目。多晶硅主要用于集成電路和太陽能發(fā)電。具有耐高溫、高壓、有毒、易燃、易爆、腐蝕性強(qiáng)等特點(diǎn)，對(duì)可靠性和穩(wěn)定性有較高的要求。如：江西賽維LDK5000噸多晶硅冷加氫裝置使用YR-ER100鍍金鉭膜時(shí)，最低溫度為-70°C，最高溫度為350°C。
③碳四裂解項(xiàng)目應(yīng)用。乙烯是石化工業(yè)的主導(dǎo)產(chǎn)品，煉廠碳四是煉油廠裂解乙烯的原料。一般工藝使用大量堿性介質(zhì)(如氫氧化鈉、氫氧化鉀)，反應(yīng)器溫度通常為200～280℃，工藝中必須加入氫氣。由于工藝的性質(zhì)，在生產(chǎn)中必須存在高腐蝕、高溫、易燃、爆炸危險(xiǎn)和高壓。宏力化工首個(gè)四碳裂解項(xiàng)目在高溫鉭硅油裂解反應(yīng)器中使用了PDS473和483H變送器。
4、總結(jié)
該文對(duì)超高溫壓力變送器在特殊場(chǎng)合下的應(yīng)用做出了分析，通過對(duì)變送器的高低壓側(cè)測(cè)量膜片的尺寸和材質(zhì)、毛細(xì)管的長(zhǎng)度、管徑的粗細(xì)、加注油的種類選擇，實(shí)現(xiàn)批量?jī)?yōu)化，提高整體動(dòng)態(tài)性能。
作者：陶小利，高嵩，黃宏偉，朱敏
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