差壓變送(sòng)器在(zài)應用中的(dí)故(gù)障(zhàng)診斷與分析(xī)

在工(gōng)業自動化生產中，差(chà)壓變送(sòng)器(qì)用(yòng)於壓(yā)力壓(yā)差流量(liáng)的測量(liáng)，得到了(liǎo)非(fēi)常(cháng)廣泛應用(yòng)，在自動控(kòng)製(zhì)係(xì)統中發(fā)揮(huī)重要(yào)的作用。隨(suí)著(zhuó)石化，鋼鐵，造(zào)紙，食品(pǐn)，醫(yī)藥企業自(zì)動化水平的(dí)不斷(duàn)提高(gāo),差壓變(biàn)送(sòng)器(qì)的(dí)應用範圍(wéi)越來越廣(guǎng)泛(fàn)，生產中遇(yù)到的問題(tí)也越來越多，加之安裝，使(shǐ)用，維護(hù)人員的水(shuǐ)平差異，使得(dé)出(chū)現(xiàn)的問(wèn)題(tí)不能迅速(sù)解決，一定程度上(shàng)影響(xiǎng)了生(shēng)產的正(zhèng)常(cháng)進(jìn)行(háng)，甚至危及生產(chǎn)安(ān)全(quán)，因(yīn)此對(duì)現(xiàn)場儀表(biǎo)維護人員的(dí)技術水平提出了(liǎo)更高要求。

2，工作原理(lǐ)與(yǔ)故障診(zhěn)斷

2.1 差壓變送器工(gōng)作原(yuán)理(lǐ)

來自(zì)雙側導壓(yā)管(guǎn)的差(chà)壓(yā)直接(jiē)作(zuò)用(yòng)於(yú)變(biàn)送(sòng)器傳感器(qì)雙(shuāng)側(cè)隔(gé)離膜片上，通(tōng)過(guò)膜(mó)片內的密封液傳導至測量元件上，測量元件將測(cè)得的差壓(yā)信(xìn)號(hào)轉換(huàn)為(wéi)與之對(duì)應的電信(xìn)號傳遞(dì)給(gěi)轉換(huàn)器，經過(guò)放(fàng)大等(děng)處理變(biàn)為(wéi)標準電信(xìn)號輸出(chū)。差壓變(biàn)送器的(dí)幾種(zhǒng)應(yīng)用測(cè)量方式(shì)：

（1） 與節流(liú)元(yuán)件(jiàn)相(xiāng)結合(hé)，利用節流元(yuán)件的前(qián)後(hòu)產(chǎn)生的差壓值測量液體流(liú)量(liáng)，如圖1所(suǒ)示。

（2） 利(lì)用(yòng)液體自身重力產生(shēng)的壓(yā)力差(chà)，測(cè)量液(yè)體的高度，如圖2所(suǒ)示。

（3） 直接測(cè)量不同(tóng)管(guǎn)道(dào)，罐體液體的壓(yā)力差(chà)值，如圖(tú)3所(suǒ)示。

圖1 流體流量測量(liáng) 圖(tú)2 液位高度(dù)測量 圖(tú)3 管路間差壓測量差壓變送(sòng)器的安(ān)裝(zhuāng)包(bāo)括導壓管(guǎn)的(dí)敷(fū)設，電氣(qì)信(xìn)號電纜的(dí)敷設，差(chà)壓變(biàn)送器的安裝。

2.2 差(chà)壓(yā)變送器故(gù)障(zhàng)診(zhěn)斷

變送器在測量過程中(zhōng)，常常會出現一(yī)些故障，故障的及(jí)時判定(dìng)分(fēn)析(xī)和處(chǔ)理，對正(zhèng)在進行了生(shēng)產來說是(shì)至關重要(yào)的。我們根據日常(cháng)維護中的(dí)經驗，總結(jié)歸納了一(yī)些判定(dìng)分析方法(fǎ)和分析流程(chéng)。

（1） 調查法：回(huí)顧(gù)故障(zhàng)發生(shēng)前的(dí)打火(huǒ)，冒煙(yān)，異味，供(gōng)電變(biàn)化，雷擊(jī)，潮(cháo)濕(shī)，誤操作(zuò)，誤維(wéi)修。

（2） 直(zhí)觀法(fǎ)：觀察(chá)回路(lù)的(dí)外(wài)部損傷，導(dǎo)壓管的泄漏，回路的(dí)過熱(rè)，供電開關(guān)狀態等(děng)。

（3） 檢測法：

斷(duàn)路檢測(cè)：將懷疑有(yǒu)故(gù)障(zhàng)的部(bù)分(fēn)與(yǔ)其它(tā)部分(fēn)分(fēn)開來(lái)，查(chá)看故障(zhàng)是否消(xiāo)失，如果消(xiāo)失，則(zé)確(què)定故(gù)障(zhàng)所(suǒ)在(zài)，否則可進行下一(yī)步查(chá)找(zhǎo)，如：智能(néng)差壓(yā)變(biàn)送器不能正(zhèng)常(cháng)Hart遠(yuǎn)程(chéng)通訊，可將(jiāng)電源從儀表本(běn)體上斷開(kāi)，用現(xiàn)場另加電源(yuán)的方法為變送器通電(diàn)進行(háng)通(tōng)訊，以查看(kàn)是否電纜是否(fǒu)疊加約2kHz的電磁信號而幹(gān)擾通(tōng)訊。

短路檢(jiǎn)測：在保(bǎo)證(zhèng)安(ān)全(quán)的情(qíng)況下，將(jiāng)相關部分(fēn)回路(lù)直(zhí)接(jiē)短接，如(rú)：差變(biàn)送(sòng)器輸出(chū)值(zhí)偏(piān)小，可將導(dǎo)壓管斷開(kāi)，從一(yī)次取壓(yā)閥外(wài)直接(jiē)將差壓信號(hào)直(zhí)接(jiē)引(yǐn)到差(chà)壓變(biàn)送(sòng)器雙(shuāng)側，觀(guān)察(chá)變送器輸出，以判(pàn)斷(duàn)導壓管路的堵，漏的連(lián)通性(xìng)。

替換(huàn)檢測(cè)：將懷疑(yí)有故障(zhàng)的部分更(gēng)換，判(pàn)斷(duàn)故(gù)障(zhàng)部位。如(rú)：懷疑變(biàn)送(sòng)器(qì)電(diàn)路板(bǎn)發生(shēng)故(gù)障(zhàng)，可臨(lín)時更換(huàn)一(yī)塊，以(yǐ)確定(dìng)原(yuán)因。

分(fēn)部(bù)檢測：將(jiāng)測量回路分(fēn)割成幾個(gè)部分，如(rú)：供電電源(yuán)，信號輸(shū)出，信號變(biàn)送(sòng)，信號(hào)檢測，按分(fēn)部(bù)分檢查，由(yóu)簡至繁，由(yóu)表及裏，縮小(xiǎo)範(fàn)圍，找(zhǎo)出故障位置。

3，典(diǎn)型故障(zhàng)案例

3.1 導壓(yā)管堵(dǔ)塞(sāi)

以(yǐ)正導(dǎo)壓管堵(dǔ)塞(sāi)為(wéi)例(lì)來(lái)分(fēn)析導壓(yā)管堵塞出(chū)現(xiàn)的(dí)故障現(xiàn)象。在儀(yí)表維(wéi)護(hù)中(zhōng)，由(yóu)於差(chà)壓變(biàn)送器導壓管(guǎn)排(pái)放不及時，或(huò)介質髒(zàng)，粘等(děng)原因，容易(yì)發生(shēng)正(zhèng)負(fù)導壓管堵(dǔ)塞(sāi)現象(xiàng)，其表現特(tè)征為(wéi)：變送器輸(shū)出下降(jiàng)，上升(shēng)或(huò)不(bù)變。當(dāng)流量(liáng)增加時，對變(biàn)送(sòng)器(qì)（變(biàn)送(sòng)器本身(shēn)進行輸(shū)出信(xìn)號開(kāi)方(fāng)）輸(shū)出的(dí)影響：

設(shè)原流量為(wéi)F1， P1= P1+- P1- ，F’1=K ，F’1為變(biàn)化前的(dí)變(biàn)送(sòng)器(qì)輸(shū)出(chū)值(zhí)，

設增加後(hòu)的(dí)流量為(wéi)F2，（即(jí)：F2> F1）， P2= P2+- P2- ，F’2=K ，F’2為流(liú)量增加後的(dí)變(biàn)送(sòng)器(qì)輸(shū)出值。

由於正壓管(guǎn)堵塞，則(zé)當實(shí)際流(liú)量分(fēn)別(bié)為F1，F2時(shí)，P1+= P2+；

當流(liú)量增加(jiā)時(shí)，P2-出現如下(xià)變(biàn)化(huà)：因(yīn)為實際流量(liáng)增加為F2，則(zé)與原(yuán)流(liú)量F1時(shí)相比，管(guǎn)道內(nèi)的靜(jìng)壓(yā)力也(yě)相(xiāng)應增(zēng)加，設(shè)增(zēng)加值為P0，同時(shí)P2- 因管道中流體流(liú)速的(dí)增加而(ér)產生的靜壓(yā)減小，減(jiǎn)小值為P0?，此時P2-與P1- 的關(guān)係(xì)為：

P2- = P1-+ P0- P0?

則： P2= P2+- P2- = P1+-（ P1-+ P0- P0?）= P1+（ P0?-P0）

則： F’現(xiàn)=K = K

這樣：

當(dāng) P0=P0?時 則(zé)：F’2=K =K F’2= F’1 變送(sòng)器輸(shū)出不(bù)變。

當(dāng) P0>P0?時 則： F’2=K =K ,F’2< F’1,變送器(qì)輸出變大(dà)。

當 P0 F’1 ,變(biàn)送器(qì)輸出(chū)變小(xiǎo)。

當(dāng)流(liú)量減小時(shí)，對(duì)變(biàn)送(sòng)器(qì)（變送器本(běn)身進(jìn)行輸出(chū)信(xìn)號開方）輸出(chū)的影響(xiǎng)。

設原流(liú)量(liáng)為F1， P1= P1+- P1- ，F’1=K ，F’1為(wéi)變(biàn)化前的變送(sòng)器輸出值。

設減(jiǎn)小(xiǎo)後(hòu)的(dí)流量(liáng)為(wéi)F2，（即：F2> F1）， P2= P2+- P2- ，F’2=K ，F’2為(wéi)流量減小(xiǎo)後的變(biàn)送(sòng)器輸(shū)出值(zhí)。

由於(yú)正壓(yā)管(guǎn)堵塞(sāi)，則(zé)當實(shí)際流(liú)量(liáng)分別為(wéi)F1，F1時，P1+= P2+；

當(dāng)實際(jì)流量(liáng)由F1減小到F2時，管道中(zhōng)的(dí)靜壓也相應的降(jiàng)低，設(shè)降低值為P0；同時(shí)，當實(shí)際流量下降(jiàng)至F2時(shí)，P2-值也要(yào)因(yīn)為(wéi)管內流體流速(sù)的(dí)降低而升高(gāo)，設(shè)升高(gāo)值(zhí)為P0’。

此時，P2-與P1-的關係為：-

P2-= P1-- P0+ P0’

P2= P2+- P2-= P1+-（ P1-- P0+ P0’）= P1+（ P0- P0’）

F’2=K = K

這樣：

當 P0=P0?時(shí) 則：F’2=K =K F’2= F’2 變送器輸出(chū)不(bù)變(biàn)；

當 P0>P0?時 則： F’2=K =K ,F’2> F’1,變送器輸(shū)出(chū)變大；

當(dāng) P0

一般(bān)情況下，導(dǎo)壓管(guǎn)的堵原因(yīn)主要是(shì)由於(yú)測量(liáng)導壓管不(bù)定期(qī)排(pái)汙或(huò)測量(liáng)介質粘(nián)稠，帶顆粒(lì)物等原(yuán)因(yīn)造成。

3.2 導壓(yā)管泄漏(lòu)

以(yǐ)正導壓管(guǎn)泄漏(lòu)來分析導壓管泄漏出(chū)現的故障現(xiàn)象。如圖1所示，萊(lái)鋼(gāng)集團公(gōng)司某加熱爐儀(yí)表控製閥用淨化(huà)風(fēng)總管綫的流量(liáng)測量(liáng)方(fāng)式為：節流孔(kǒng)板+差壓變(biàn)送器。裝置(zhì)生(shēng)產正(zhèng)常(cháng)時的(dí)用(yòng)風流量基本是(shì)穩定(dìng)的，但在後期(qī)的生產過(guò)程中發(fā)現(xiàn)用風流量比(bǐ)正(zhèng)常(cháng)值(zhí)下降了(liǎo)很多(duō)。

經(jīng)過檢查(chá)，二次儀(yí)表（DCS）組態及(jí)電(diàn)信(xìn)號回路(lù)工作正(zhèng)常(cháng)，變(biàn)送(sòng)器送(sòng)檢定室(shì)標定(dìng)正常(cháng)，於(yú)是懷疑問題(tí)出(chū)現出導(dǎo)壓(yā)上，經(jīng)過檢查，由(yóu)於正(zhèng)導壓(yā)管(guǎn)焊(hàn)接不好造成(chéng)泄漏所(suǒ)至，經過補(bǔ)焊(hàn)堵漏後，流量測量恢(huī)復正(zhèng)常。

下(xià)麵我們(mén)分(fēn)析正導壓管(guǎn)泄漏(lòu)時(shí)反(fǎn)映出的(dí)故(gù)障(zhàng)現(xiàn)象。

正導(dǎo)壓(yā)管(guǎn)泄(xiè)漏的現象(xiàng)是：變送(sòng)器輸出下降(jiàng)，上(shàng)升(shēng)及不變

分析(xī)：

當(dāng)流量上升時，對變送器（變送器本(běn)身(shēn)進行輸出信號開方(fāng)）輸(shū)出的影(yǐng)響

設原(yuán)流量(liáng)為(wéi)F1， P1= P1+- P1- ，F’1=K ，F’1為變化前的變(biàn)送器(qì)輸出(chū)值，

設增加後(hòu)的(dí)實際(jì)流量為(wéi)F2，（即(jí)：F2>F1），F’2=K ，F’2為(wéi)流(liú)量增加後的變送(sòng)器(qì)輸出(chū)值。

因流量(liáng)增加(jiā)，管(guǎn)道靜(jìng)壓增加為P0，隨著流速(sù)的增(zēng)大，實(shí)際壓管靜壓(yā)減小為(wéi)P0?，正壓(yā)管泄漏降(jiàng)壓(yā)下(xià)降(jiàng)為Ps

則：P2+= P1++P0-Ps，P2- = P1- +P0- P0?

P2= P2+- P2- = P1+（ P0? - Ps）

那(nà)麼(mó)

當(dāng)：P0?=Ps 正壓(yā)導管(guǎn)泄(xiè)漏，而流量上升(shēng)時，變(biàn)送器(qì)輸出不(bù)變

當(dāng)：P0?>Ps 正壓導管泄漏，而流量(liáng)上(shàng)升時，變送(sòng)器輸(shū)出增(zēng)加

當(dāng)：P0?

當(dāng)流量下(xià)降時(shí)，對變送器（變(biàn)送(sòng)器(qì)本(běn)身(shēn)進(jìn)行輸出信號開方）輸(shū)出(chū)的(dí)影響(xiǎng)

設下(xià)降後(hòu)的實(shí)際流量(liáng)為F2，即(jí)：F2

因(yīn)流(liú)量(liáng)下降，管道(dào)靜(jìng)壓下(xià)降值P0，同時由(yóu)於(yú)流體(tǐ)流速下(xià)降，負壓管(guǎn)靜(jìng)壓增(zēng)加(jiā)P0?，正(zhèng)壓管泄(xiè)漏降(jiàng)壓下(xià)降為Ps

則(zé)：P2+= P1+-P0-Ps，P2- = P1- -P0+ P0?

P2= P2+- P2- = P1-（ Ps + P0’）

F’2=K =K

即：當(dāng)流(liú)量下降時，變(biàn)送器(qì)輸出總(zǒng)是小於實際(jì)流(liú)量。

實(shí)際上(shàng)，當(dāng)泄(xiè)漏量非常小的時候，由(yóu)於種種原因(yīn)，工藝操作(zuò)或(huò)儀表(biǎo)維(wéi)修護人(rén)員很難發現，隻有(yǒu)當泄漏量大(dà)，所測流(liú)量與(yǔ)實際流(liú)量相(xiāng)比有(yǒu)較大(dà)誤差時(shí)才會發現，這時(shí)即使(shǐ)是實(shí)際流量(liáng)上升(shēng)，總(zǒng)是(shì)P0’ <

即(jí)： P2<< P1，

F’2<

上(shàng)述儀表(biǎo)控製閥用淨風管綫(xiàn)的流(liú)量(liáng)測量(liáng)就(jiù)這屬於(yú)這(zhè)種情況。

3.3 平(píng)衡閥泄漏(lòu)

設流量為F， P1= P1+- P1- ，F’1=K ，F’1為平衡閥泄(xiè)漏(lòu)前的(dí)變(biàn)送(sòng)器(qì)（帶開(kāi)方）輸出值

我(wǒ)們(mén)假設管(guǎn)道內流體流量(liáng)在沒(méi)有變化的情況下做分析

設(shè)泄漏的壓力(lì)為PS，

則(zé)：泄漏(lòu)後(hòu)的正負導壓(yā)管(guǎn)的靜壓為(wéi)：

P2+= P1+-PS，P2-= P1-+ PS

P2= P2+- P2- = P1-2 PS，則

F’2=K = K

即：F’2

3.4 氣(qì)體(tǐ)流(liú)量(liáng)導壓管積液(yè)情(qíng)況(kuàng)下的(dí)變(biàn)送器(qì)測量(liáng)誤差

由於氣體流(liú)量(liáng)取(qǔ)壓方式不對或導(dǎo)壓管(guǎn)安裝不(bù)符(fú)合要求（與水平成(chéng)不小(xiǎo)於1：12的(dí)斜度連續(xù)下降） 時,常常造成(chéng)導(dǎo)壓(yā)管(guǎn)內(nèi)部積存液體(tǐ)的現象(xiàng)。這種(zhǒng)現(xiàn)象的(dí)出(chū)現，往往會致(zhì)使測(cè)量不準，如果(guǒ)在(zài)變(biàn)送(sòng)器量(liáng)程(chéng)很(hěn)小的情況下(xià)，甚(shèn)至(zhì)會(huì)造成(chéng)變(biàn)送(sòng)器輸出的(dí)一(yī)些波(bō)動。

如(rú)圖4，萊鋼(gāng)大型1#1880高爐(lú)的(dí)煤氣流(liú)量測(cè)量係(xì)統(tǒng)，係(xì)統為(wéi)節(jié)流孔(kǒng)板+差(chà)變送(sòng)器，取壓(yā)方式為(wéi)環室(shì)取(qǔ)壓(yā)，煤氣流動方(fāng)向為向下(xià)，放空方式為安全考慮(lǜ)，設為集中式排放(fàng)。

圖4本(běn)測(cè)量係(xì)統(tǒng)剛(gāng)投(tóu)用(yòng)時工作正常，運(yùn)行一段(duàn)時間(jiān)以後，測(cè)得的流量(liáng)逐漸變(biàn)大，放空後(hòu)正常(cháng)，工作一段(duàn)時(shí)間(jiān)後，測得的流量又(yòu)逐漸(jiàn)變大。

經過檢查，二(èr)次儀表(biǎo)（DCS）組態及(jí)電(diàn)信(xìn)號(hào)回路工(gōng)作(zuò)正(zhèng)常(cháng)，變送(sòng)器送(sòng)檢定室(shì)標(biāo)定正常，用側(cè)漏(lòu)儀表(biǎo)查雙側(cè)導(dǎo)管(guǎn)正(zhèng)常(cháng)。經(jīng)過(guò)分(fēn)析，為煤氣脫(tuō)水(shuǐ)幹(gān)燥(zào)不淨，煤氣中含水，由於(yú)液體自(zì)上而(ér)下流動(dòng)，部(bù)分水聚集於孔板正(zhèng)壓測，並逐漸沿正壓(yā)導(dǎo)壓(yā)管(guǎn)流動集中至下端，造(zào)成正負導壓管(guǎn)中積液(yè)高度(dù)不一(yī)至，差(chà)壓變(biàn)送(sòng)器測量出現正(zhèng)向(xiàng)誤差(chà)，顯示(shì)為流(liú)量(liáng)增大(dà)。

分(fēn)析(xī)：

設正導(dǎo)壓管取壓點壓(yā)力(lì)為P+，負(fù)導壓管取(qǔ)壓點壓力為(wéi)P-，差壓(yā)變(biàn)送器正(zhèng)端(duān)壓力為P+?，差壓變(biàn)送器(qì)負端(duān)壓力為(wéi)P-?。

P= P+- P-

P’= P+?- P-?

正(zhèng)常(cháng)測量下：

P= P?

設(shè)正常測(cè)量(liáng)狀態下的流(liú)量為F，則 F=K

這(zhè)裏 K為常(cháng)係(xì)數。

設(shè)液體水(shuǐ)的密度為(wéi)ρ，則在正導壓管積(jī)液(yè)高度為h+,負(fù)導壓(yā)管(guǎn)積(jī)液(yè)高度(dù)為h-的(dí)情(qíng)況下：

P+?= P++ρgh+

P-?= P-+ρgh-

P?= P+?- P-?= P++ρ h+-（ P-+ρ h-）= P+ρ （h+-h-）

則(zé)變送器(qì)輸出為(wéi)：

F?=K

當(dāng)h+>h-時 變送器實(shí)際(jì)測得的差(chà)壓增(zēng)大，輸(shū)出(chū)流(liú)量(liáng)信(xìn)號變(biàn)大(dà)，

當(dāng)h+

即：變送器測(cè)量(liáng)輸出的(dí)流量(liáng)信號(hào)與(yǔ)實際(jì)流(liú)量(liáng)不(bù)符，產生測(cè)量誤差(chà)。

這裏，由於(yú)正(zhèng)壓(yā)導(dǎo)管(guǎn)取壓方式的原因，隨(suí)著時間的(dí)增加，h+逐漸大於(yú)h-，測(cè)得的流量(liáng)也增大。

經(jīng)過(guò)典(diǎn)型(xíng)故障(zhàng)案例，對(duì)使(shǐ)用差(chà)壓(yā)變(biàn)送(sòng)器(qì)的測量(liáng)回路(lù)由於導(dǎo)壓管原因造(zào)成回路(lù)測量故(gù)障做(zuò)了(liǎo)一些分析(xī)，這(zhè)幾種故障都是在(zài)儀表設(shè)備維護(hù)中非(fēi)常常見的(dí)，通過(guò)分析可以看到，無論(lùn)是導(dǎo)壓管堵塞，還(huán)是(shì)導(dǎo)壓管中積(jī)水(shuǐ)，同樣的故障，其表征出(chū)來(lái)的現象(xiàng)有(yǒu)時並(bìng)不同，所以(yǐ)我們(mén)在分析(xī)問(wèn)題時(shí)應該是辯(biàn)證的，具(jù)體(tǐ)情況具(jù)體(tǐ)分析。

4，結(jié)束(shù)語(yǔ)

以(yǐ)上我們探(tàn)討了(liǎo)差(chà)壓(yā)變(biàn)送(sòng)器(qì)的安(ān)裝(zhuāng)方法，注意事(shì)項及差壓變送器(qì)測量回路故(gù)障的診斷(duàn)，實(shí)際(jì)上，由於壓力(lì)變送器與差壓(yā)變(biàn)送器測(cè)量(liáng)應用(yòng)