在高寒地域的低溫環境下，當被測介質通過導壓管傳到壓力變送器時，經常出現因環境溫度過低導致的凍結、凝固、析出晶體等現象，使得物料堵塞儀表測量管線，出現不正常的反饋信號，甚至會直接損壞儀表設備，對裝置的安全穩定運行產生不利影響。因此，壓力變送器本體和導壓管保溫伴熱的有效性至關重要。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濟合理方案。

 

　　1、壓力變送器保溫伴熱系統的選擇

 

　　通常儀表管道內的物料溫度一般保持在20℃～80℃，壓力變送器使用環境溫度為-20℃～80℃，中國高寒地域冬季環境*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境的影響，達到了-52℃，這對于普通壓力變送器和差壓變送器來說正常工作十分困難，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。

 

　　蒸汽伴熱的優點是：高熱能輸出、高可靠性，一次性投資較少等；缺點是：節能性差、溫度控制能力差、安裝維護費用高，“跑、冒、滴、漏”情況比較多等。

 

　　電伴熱的優點是：發熱均勻，可通過溫控器或溫控系統進行控制，溫控準確、監控能力強、安裝方便、操作方便、可拓展性強、維護費用低，以電作為動力，對環境不會造成污染。缺點是：一次性投資較高，且電伴熱作為一種防爆電氣設備，在充滿爆炸性氣體的危險區域使用時，對安全性要求很高。

 

　　根據有關資料，兩種伴熱總投資比例，蒸汽伴熱:電伴熱=1:4.4。考慮時間價值，1.55年即可回收兩方案投資差額部分；操作費用比例，蒸汽伴熱:電伴熱=3.63:1。同等伴熱情況下，電伴熱的運行費用遠低于蒸汽伴熱，且裝置便于維護。盡管各建設項目的條件有所不同，但總的趨勢是可以參考的。

 

　　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用。結合本項目高寒溫度環境的特點，蒸汽伴熱存在不可回避的問題就是冰凍。儀表伴熱管道很細，保溫層被風破壞、年久脫落、檢維修時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、低點的存在，使得冰凍的風險增加，會使得整個系統不能正常工作，影響儀表測量效果。目前，電伴熱技術已經得到了廣泛應用，技術成熟可靠，經濟效益高。基于上述分析，并考慮人員安全、低溫、冰、雪的影響，以及經濟、合理、維護方便的原則，本項目儀表伴熱選擇電伴熱是技術可靠、經濟合理的。

 

　　2、壓力變送器電伴熱系統的設計

 

　　電伴熱系統根據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形式，電伴熱帶通電后以恒定的功率發熱，整根電伴熱帶發熱均勻，其溫度不隨環境溫度變化而改變，但必須通過溫控器控制電伴熱系統的啟停，其常用于暴露溫度較高、功率較大的加熱場合。恒功率電伴熱帶的優勢有：輸出恒定、啟動電流小，能耗低、熱效率高、年衰減率低，可使用壽命長。但同時需注意恒功率輸出式電伴熱帶不允許隨意重疊、交叉，以防止局部出現高溫，且電伴熱帶不可隨意截短或接長使用。

 

　　溫度自限型電伴熱帶為并聯形式，具有溫度自調控的特性。當被伴熱物體溫度下降時，導電塑料收縮，電阻減小，輸出功率增大。反之，當被伴熱物體溫度升高時，導電塑料膨脹，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，可任意裁剪，且可以交叉重疊，沒有高溫燒壞的危險。但溫度自限型電伴熱帶不可用于高暴露溫度場合。石油化工裝置的儀表電伴熱多數使用的是溫度自限型電伴熱帶。

 

　　3、壓力變送器電伴熱設計方案

 

　　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壓力變送器保溫伴熱方案進行探討。

 

　　①壓力變送器測量管線伴熱

 

　　用來測量壓力和差壓的測量管線主要分為兩種：普通無縫鋼管導壓的測量管線和隔膜密封毛細管導壓的測量管線。普通無縫鋼管導壓的測量管線中充滿的是工藝介質，而導壓毛細管中充滿的是填充液，所以兩種測量管線的伴熱需要考慮的重點也不同。

 

　　a、壓力變送器導壓管伴熱

 

　　無縫鋼管導壓管的伴熱主要考慮的是環境溫度對管內工藝介質帶來的影響。

 

　　如果壓力變送器安裝在廠房內，環境溫度可按*低5℃考慮，只要工藝介質沒有伴熱要求，測量管線可不進行伴熱。

 

　　如果壓力變送器在室外，環境溫度需按項目的極端溫度-52℃考慮。在這種溫度下，主要需要考慮工藝介質在測量管線中的工藝伴熱和防凍伴熱。工藝伴熱是指：儀表測量管線中的工藝介質在低溫下有一定熱量損失，通過伴熱的方法，避免溫度降低導致的析出、沉積、粘度突增、增大流動阻力的風險，伴熱溫度需根據被伴熱介質物性確定[2]。防凍伴熱是指水、蒸汽等物料在低溫下有凍結或凝固的風險，通過增加伴熱，使介質溫度需維持在冰點以上。只要測量管線內介質有工藝伴熱或防凍的需求，測量管線即需要增加伴熱。

 

　　b、法蘭式變送器毛細管伴熱

 

　　比較常見的法蘭變送器有雙法蘭差壓變送器、衛生型遠傳差壓變送器、遠傳壓力變送器、遠傳絕壓變送器、單法蘭液位變送器和600℃超高溫遠傳壓力變送器/差壓變送器等。

 

　　雙法蘭差壓變送器衛生型遠傳差壓變送器遠傳壓力變送器遠傳絕壓變送器單法蘭液位變送器

 

　　雙法蘭差壓變送器衛生型遠傳差壓變送器遠傳壓力變送器遠傳絕壓變送器單法蘭液位變送器

 

　　與無縫鋼管導壓不同，法蘭式變送器的膜片密封系統通過毛細管中的填充液，間接傳遞壓力的導壓過程。在導壓過程中，溫度對填充液的影響較為明顯。溫度越低，填充液的黏度越高，摩擦阻力越大，響應時間越長，對于需要聯鎖的壓力變送器來說，低溫是非常不利的因素。填充液的種類不同，可耐受溫度的極限值不同，但不可以一味地選擇耐低溫的填充液。例如，對于高溫介質的測量，如果選用耐低溫的填充液，填充液會出現汽化的現象。如果選用耐高溫填充液，環境溫度在0℃左右時填充液就會發生凝結，從而引起壓力波動，影響壓力變送器正常的測量和控制。所以，對于法蘭式變送器來說，要根據介質特性選擇正確的填充液，若填充液在低溫下容易發生凝結，或響應時間明顯變長，則毛細管需要增加保溫伴熱。

 

　　②壓力變送器伴熱

 

　　除了對測量管線的伴熱，對壓力變送器的伴熱也是非常重要的環節。

 

　　a、保溫箱的使用

 

　　對于壓力變送器和差壓變送器本體，*常見的保溫方式是在外部設置儀表保溫箱。

 

　　如果壓力變送器在廠房內，壓力變送器環境溫度可保證在5℃以上，且有房頂及圍墻的防護，可以不設置儀表保溫箱。

 

　　在室外，對于可以在-52℃環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*低環境工作溫度為-40℃，對于可耐-52℃低溫的變送器需要特殊的元件，價格高昂，除了重要的測量點外，也可考慮使用普通壓力變送器，通過保溫伴熱，使其正常工作。對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：

 

　　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，但測量管線內的介質有伴熱或防凍要求的情況。因為變送器能夠耐受低溫，所以保溫箱內主要需保證的是測量管線末端的溫度，末端處的工藝介質流動性*差，凍結的可能性較前端高，對伴熱的需求更高，此種情況下，需要把加熱器放在差壓變送器的閥組下。

 

　　第二，在保溫箱內壁添加加熱器。這種形式適用于變送器不能耐-52℃低溫的情況，無論測量管線內的工藝介質或填充液有沒有伴熱要求，都需將加熱器置于內壁。這樣在保證變送器處于正常的工作溫度后，再根據測量管線內的介質的具體情況，將保溫箱中的溫度調整至合適的范圍。

 

　　③伴熱設計方案

 

　　綜合測量管線伴熱和變送器伴熱的不同方案，可得到圖1。設計的主要依據是壓力變送器的工作溫度，工藝介質是否有伴熱要求或防凍要求，以及填充液是否會凝結或有響應時間要求。

 

　　4、壓力變送器保溫伴熱注意事項

 

　　本項目的壓力變送器保溫伴熱方案中，有兩點注意事項：

 

　　①電伴熱系統作為電阻加熱設備和防爆電氣，在易燃易爆的危險環境中對安全性要求很高，在設計過程中要注意裝置內防爆區域的劃分。保溫箱中的加熱器應采用與導壓管伴熱形式相同的伴熱源，對于易燃易爆危險環境，應選擇符合相應防爆等級的防爆電加熱器，防爆電加熱器內部要有保險絲，且熔斷溫度應低于防爆區限制溫度。如電伴熱系統的防爆等級不能達到防爆要求時，應改用蒸汽伴熱等其他伴熱方式。做相應設計時，應注意參考相應電氣防爆標準規范要求，如《爆炸性環境*部分：設備-通用要求》(GB3836.1-2010)，《爆炸危險環境電力裝置設計規范》(GB50058-2014)，《石油化工儀表及管道伴熱和絕熱設計規范》(SH/T3126-2013)等。

 

　　②伴熱并不是用于來提高介質的溫度，主要功能是防凝和防凍，伴熱溫度并不是越高越好。對于防凝，以某油品管線舉例，操作溫度為60℃，傾點溫度為35℃，伴熱溫度如果設定在60℃以上，顯然會讓電伴熱帶連續工作，造成能源浪費。如果將溫度調整至60℃附近，由于介質溫度不會恒定，這會使得電伴熱系統頻繁啟停，從而影響伴熱系統的使用壽命。如果將溫度調整至傾點溫度+5℃溫控精度+5℃裕量，即45℃，是較為合適的。對于需要以防凍為目的的水類介質，將溫度維持在冰點以上5℃即可。

 

　　在高寒區域中，化工裝置壓力變送器的保溫伴熱需要考慮的注意事項相對較多，合理選擇伴熱方案是使裝置正常安全運行的重要保障。對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。本項目壓力變送器選擇電伴熱技術方案更為合理、經濟效益顯著，可以在寒冷的極端氣候下，保障壓力變送器安全準確地工作。


        華恒資訊：簡析壓力變送器問題分析