在高緯度地區(qū)的高寒地域的低溫環(huán)境下，在進(jìn)行壓力測(cè)量時(shí)如何不采取相關(guān)的措施，被測(cè)介質(zhì)通過(guò)導(dǎo)壓管傳到壓力變送器時(shí)，會(huì)出現(xiàn)因環(huán)境溫度過(guò)低導(dǎo)致的凍結(jié)、凝固、析出晶體等現(xiàn)象，使得物料堵塞儀表測(cè)量管線，出現(xiàn)不正常的反饋信號(hào)，甚至?xí)苯訐p壞儀表設(shè)備，對(duì)裝置的安全穩(wěn)定運(yùn)行產(chǎn)生不利影響。所以如何在嚴(yán)寒氣溫情況下對(duì)壓力變送器本體和導(dǎo)壓管保溫伴熱的有效性特別重要。本文以俄羅斯某化工裝置為例，著重探討壓力變送器保溫伴熱的經(jīng)濟(jì)合理方案。

 

壓力變送器

1、壓力變送器保溫伴熱系統(tǒng)的選擇

 

通常儀表管道內(nèi)的物料溫度一般保持在20℃～80℃，壓力變送器使用環(huán)境溫度為-20℃～80℃，中國(guó)高寒地域冬季環(huán)境*低溫度一般在-30℃左右，而地處俄羅斯的某化工廠的極端氣溫受到西伯利亞環(huán)境的影響，達(dá)到了-52℃，這對(duì)于普通壓力變送器和差壓變送器來(lái)說(shuō)正常工作十分困難，所以選擇適合的保溫伴熱方案很重要。

目前常見(jiàn)的儀表伴熱方式有：蒸汽伴熱、熱水伴熱、熱載體伴熱和電伴熱。在石油化工廠中，*常用的儀表伴熱方式是蒸汽伴熱和電伴熱。

蒸汽伴熱的優(yōu)點(diǎn)是：高熱能輸出、高可靠性，一次性投資較少等；缺點(diǎn)是：節(jié)能性差、溫度控制能力差、安裝維護(hù)費(fèi)用高，“跑、冒、滴、漏”情況比較多等。

電伴熱的優(yōu)點(diǎn)是：發(fā)熱均勻，可通過(guò)溫控器或溫控系統(tǒng)進(jìn)行控制，溫控準(zhǔn)確、監(jiān)控能力強(qiáng)、安裝方便、操作方便、可拓展性強(qiáng)、維護(hù)費(fèi)用低，以電作為動(dòng)力，對(duì)環(huán)境不會(huì)造成污染。缺點(diǎn)是：一次性投資較高，且電伴熱作為一種防爆電氣設(shè)備，在充滿爆炸性氣體的危險(xiǎn)區(qū)域使用時(shí)，對(duì)安全性要求很高。

根據(jù)有關(guān)資料，兩種伴熱總投資比例，蒸汽伴熱:電伴熱=1:4.4。考慮時(shí)間價(jià)值，1.55年即可回收兩方案投資差額部分；操作費(fèi)用比例，蒸汽伴熱:電伴熱=3.63:1。同等伴熱情況下，電伴熱的運(yùn)行費(fèi)用遠(yuǎn)低于蒸汽伴熱，且裝置便于維護(hù)。盡管各建設(shè)項(xiàng)目的條件有所不同，但總的趨勢(shì)是可以參考的。

在化工裝置中，蒸汽的獲得較為方便，這使得儀表的蒸汽伴熱得以廣泛應(yīng)用。結(jié)合本項(xiàng)目高寒溫度環(huán)境的特點(diǎn)，蒸汽伴熱存在不可回避的問(wèn)題就是冰凍。儀表伴熱管道很細(xì)，保溫層被風(fēng)破壞、年久脫落、檢維修時(shí)碰撞等都可能使伴熱管道外漏，從而影響儀表伴熱效果。且回水管道端頭、低點(diǎn)的存在，使得冰凍的風(fēng)險(xiǎn)增加，會(huì)使得整個(gè)系統(tǒng)不能正常工作，影響儀表測(cè)量效果。目前，電伴熱技術(shù)已經(jīng)獲得了廣泛應(yīng)用，技術(shù)成熟可靠，經(jīng)濟(jì)效益高?；谏鲜龇治?，并考慮人員安全、低溫、冰、雪的影響，以及經(jīng)濟(jì)、合理、維護(hù)方便的原則，本項(xiàng)目?jī)x表伴熱選擇電伴熱是技術(shù)可靠、經(jīng)濟(jì)合理的。

2、壓力變送器電伴熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

 

電伴熱系統(tǒng)根據(jù)輸出形式主要分為恒功率型和溫度自限型兩種。

恒功率型電伴熱帶為串聯(lián)形式，電伴熱帶通電后以恒定的功率發(fā)熱，整根電伴熱帶發(fā)熱均勻，其溫度不隨環(huán)境溫度變化而改變，但須通過(guò)溫控器控制電伴熱系統(tǒng)的啟停，其常用于暴露溫度較高、功率較大的加熱場(chǎng)合。恒功率電伴熱帶的優(yōu)勢(shì)有：輸出恒定、啟動(dòng)電流小，能耗低、熱效率高、年衰減率低，可使用壽命長(zhǎng)。但同時(shí)需注意恒功率輸出式電伴熱帶不允許隨意重疊、交叉，以防止局部出現(xiàn)高溫，且電伴熱帶不可隨意截短或接長(zhǎng)使用。

溫度自限型電伴熱帶為并聯(lián)形式，具有溫度自調(diào)控的特性。當(dāng)被伴熱物體溫度下降時(shí)，導(dǎo)電塑料收縮，電阻減小，輸出功率增大。反之，當(dāng)被伴熱物體溫度升高時(shí)，導(dǎo)電塑料膨脹，電阻增大，輸出功率下降。溫度自限型電伴熱帶由于線路并聯(lián)，可任意裁剪，且可以交叉重疊，沒(méi)有高溫?zé)龎牡奈ｋU(xiǎn)。但溫度自限型電伴熱帶不可用于高暴露溫度場(chǎng)合。石油化工裝置的儀表電伴熱多數(shù)使用的是溫度自限型電伴熱帶。

 

3、壓力變送器電伴熱設(shè)計(jì)方案

由于儀表種類繁多，伴熱方式不盡相同，昌暉儀表在本文主要針對(duì)壓力變送器保溫伴熱方案進(jìn)行探討。

①壓力變送器測(cè)量管線伴熱

用來(lái)測(cè)量壓力和差壓的測(cè)量管線主要分為兩種：普通無(wú)縫鋼管導(dǎo)壓的測(cè)量管線和隔膜密封毛細(xì)管導(dǎo)壓的測(cè)量管線。普通無(wú)縫鋼管導(dǎo)壓的測(cè)量管線中充滿的是工藝介質(zhì)，而導(dǎo)壓毛細(xì)管中充滿的是填充液，所以兩種測(cè)量管線的伴熱需要考慮的重點(diǎn)也不同。

 

a、壓力變送器導(dǎo)壓管伴熱

無(wú)縫鋼管導(dǎo)壓管的伴熱主要考慮的是環(huán)境溫度對(duì)管內(nèi)工藝介質(zhì)帶來(lái)的影響。

如果壓力變送器安裝在廠房?jī)?nèi)，環(huán)境溫度可按*低5℃考慮，只要工藝介質(zhì)沒(méi)有伴熱要求，測(cè)量管線可不進(jìn)行伴熱。

如果壓力變送器在室外，環(huán)境溫度需按項(xiàng)目的極端溫度-52℃考慮。在這種溫度下，主要需要考慮工藝介質(zhì)在測(cè)量管線中的工藝伴熱和防凍伴熱。工藝伴熱是指：儀表測(cè)量管線中的工藝介質(zhì)在低溫下有一定熱量損失，通過(guò)伴熱的方法，避免溫度降低導(dǎo)致的析出、沉積、粘度突增、增大流動(dòng)阻力的風(fēng)險(xiǎn)，伴熱溫度需根據(jù)被伴熱介質(zhì)物性確定[2]。防凍伴熱是指水、蒸汽等物料在低溫下有凍結(jié)或凝固的風(fēng)險(xiǎn)，通過(guò)增加伴熱，使介質(zhì)溫度需維持在冰點(diǎn)以上。只要測(cè)量管線內(nèi)介質(zhì)有工藝伴熱或防凍的需求，測(cè)量管線即需要增加伴熱。

 

b、法蘭式變送器毛細(xì)管伴熱

比較常見(jiàn)的法蘭變送器有雙法蘭差壓變送器、衛(wèi)生型遠(yuǎn)傳差壓變送器、遠(yuǎn)傳壓力變送器、遠(yuǎn)傳絕壓變送器、單法蘭液位變送器和600℃chao高溫遠(yuǎn)傳壓力變送器/差壓變送器等。

雙法蘭差壓變送器     衛(wèi)生型遠(yuǎn)傳差壓變送器    遠(yuǎn)傳壓力變送器   遠(yuǎn)傳絕壓變送器    單法蘭液位變送器

雙法蘭差壓變送器   衛(wèi)生型遠(yuǎn)傳差壓變送器   遠(yuǎn)傳壓力變送器     遠(yuǎn)傳絕壓變送器    單法蘭液位變送器

與無(wú)縫鋼管導(dǎo)壓不同，法蘭式變送器的膜片密封系統(tǒng)通過(guò)毛細(xì)管中的填充液，間接傳遞壓力的導(dǎo)壓過(guò)程。在導(dǎo)壓過(guò)程中，溫度對(duì)填充液的影響較為明顯。溫度*低，填充液的黏度*高，摩擦阻力*大，響應(yīng)時(shí)間*長(zhǎng)，對(duì)于需要聯(lián)鎖的壓力變送器來(lái)說(shuō)，低溫是非常不利的因素。填充液的種類不同，可耐受溫度的上限值不同，但不可以一味地選擇耐低溫的填充液。例如，對(duì)于高溫介質(zhì)的測(cè)量，如果選用耐低溫的填充液，填充液會(huì)出現(xiàn)汽化的現(xiàn)象。如果選用耐高溫填充液，環(huán)境溫度在0℃左右時(shí)填充液就會(huì)發(fā)生凝結(jié)，從而引起壓力波動(dòng)，影響壓力變送器正常的測(cè)量和控制。所以，對(duì)于法蘭式變送器來(lái)說(shuō)，要根據(jù)介質(zhì)特性選擇正確的填充液，若填充液在低溫下容易發(fā)生凝結(jié)，或響應(yīng)時(shí)間明顯變長(zhǎng)，則毛細(xì)管需要增加保溫伴熱。

 

②壓力變送器伴熱

除了對(duì)測(cè)量管線的伴熱，對(duì)壓力變送器的伴熱也是非常重要的環(huán)節(jié)。

 

a、保溫箱的使用

對(duì)于壓力變送器和差壓變送器本體，*常見(jiàn)的保溫方式是在外部設(shè)置儀表保溫箱。

如果壓力變送器在廠房?jī)?nèi)，壓力變送器環(huán)境溫度可保證在5℃以上，且有房頂及圍墻的防護(hù)，可以不設(shè)置儀表保溫箱。

在室外，對(duì)于可以在-52℃環(huán)境溫度下正常工作的變送器，理論上可以不加儀表保溫箱，但考慮到極端溫度下冰雪的影響，室外的壓力變送器也加裝了儀表保溫箱。

一般壓力變送器的*低環(huán)境工作溫度為-40℃，對(duì)于可耐-52℃低溫的變送器需要特殊的元件，價(jià)格高昂，除了重要的測(cè)量點(diǎn)外，也可考慮使用普通壓力變送器，通過(guò)保溫伴熱，使其正常工作。對(duì)于不耐低溫的壓力變送器，不僅需要加裝保溫箱，而且需要給保溫箱伴熱。

b、保溫箱的伴熱

儀表保溫箱的伴熱可分為兩種形式：

一、在差壓變送器閥組下添加加熱器。這種形式適用于變送器可耐-52℃低溫，但測(cè)量管線內(nèi)的介質(zhì)有伴熱或防凍要求的情況。因?yàn)樽兯推髂軌蚰褪艿蜏?，所以保溫箱?nèi)主要需保證的是測(cè)量管線末端的溫度，末端處的工藝介質(zhì)流動(dòng)性*差，凍結(jié)的可能性較前端高，對(duì)伴熱的需求更高， 此種情況下，需要把加熱器放在差壓變送器的閥組下。

 

二，在保溫箱內(nèi)壁添加加熱器。這種形式適用于變送器不能耐-52℃低溫的情況，無(wú)論測(cè)量管線內(nèi)的工藝介質(zhì)或填充液有沒(méi)有伴熱要求，都需將加熱器置于內(nèi)壁。這樣在保證變送器處于正常的工作溫度后，再根據(jù)測(cè)量管線內(nèi)的介質(zhì)的具體情況，將保溫箱中的溫度調(diào)整至合適的范圍。

 

③伴熱設(shè)計(jì)方案

綜合測(cè)量管線伴熱和變送器伴熱的不同方案，可獲得圖1。設(shè)計(jì)的主要依據(jù)是壓力變送器的工作溫度，工藝介質(zhì)是否有伴熱要求或防凍要求，以及填充液是否會(huì)凝結(jié)或有響應(yīng)時(shí)間要求。

 

4、壓力變送器保溫伴熱注意事項(xiàng)

本項(xiàng)目的壓力變送器保溫伴熱方案中，有兩點(diǎn)注意事項(xiàng)：

 

①電伴熱系統(tǒng)作為電阻加熱設(shè)備和防爆電氣，在易燃易爆的危險(xiǎn)環(huán)境中對(duì)安全性要求很高，在設(shè)計(jì)過(guò)程中要注意裝置內(nèi)防爆區(qū)域的劃分。保溫箱中的加熱器應(yīng)采用與導(dǎo)壓管伴熱形式相同的伴熱源，對(duì)于易燃易爆危險(xiǎn)環(huán)境，應(yīng)選擇符合相應(yīng)防爆等級(jí)的防爆電加熱器，防爆電加熱器內(nèi)部要有保險(xiǎn)絲，且熔斷溫度應(yīng)低于防爆區(qū)限制溫度。如電伴熱系統(tǒng)的防爆等級(jí)不能達(dá)到防爆要求時(shí)，應(yīng)改用蒸汽伴熱等其他伴熱方式。做相應(yīng)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)注意參考相應(yīng)電氣防爆標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求，如《爆炸性環(huán)境 *部分：設(shè)備-通用要求》(GB3836.1-2010)，《爆炸危險(xiǎn)環(huán)境電力裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50058-2014)，《石油化工儀表及管道伴熱和絕熱設(shè)計(jì)規(guī)范》(SH/T3126-2013)等。

 

②伴熱并不是用于來(lái)提高介質(zhì)的溫度，主要功能是防凝和防凍，伴熱溫度并不是*高*好。對(duì)于防凝，以某油品管線舉例，操作溫度為60℃，傾點(diǎn)溫度為35℃，伴熱溫度如果設(shè)定在60℃以上，顯然會(huì)讓電伴熱帶連續(xù)工作，造成能源浪費(fèi)。如果將溫度調(diào)整至60℃附近，由于介質(zhì)溫度不會(huì)恒定，這會(huì)使得電伴熱系統(tǒng)頻繁啟停，從而影響伴熱系統(tǒng)的使用壽命。如果將溫度調(diào)整至傾點(diǎn)溫度+5℃ 溫控精度+5℃裕量，即45℃，是較為合適的。對(duì)于需要以防凍為目的的水類介質(zhì)，將溫度維持在冰點(diǎn)以上5℃即可。

在高寒區(qū)域中，化工裝置壓力變送器的保溫伴熱需要考慮的注意事項(xiàng)相對(duì)較多，合理選擇伴熱方案是使裝置正常安全運(yùn)行的重要保障。對(duì)于不同的壓力變送器，需要考慮的因素有所不同，不能一概而論，要具體情況具體分析。本項(xiàng)目壓力變送器選擇電伴熱技術(shù)方案更為合理、經(jīng)濟(jì)效益顯著，可以在寒冷的極端氣候下，保障壓力變送器安全準(zhǔn)確地工作。