基于壓力變送器的蒸壓釜安全余壓分析

上海自動(dòng)化儀表蒸壓釜廣泛應(yīng)用于建材行業(yè)，安全余壓是一個(gè)重要參數(shù)。從壓力、精度、溫度三方面對壓力變送器對蒸壓釜安全余壓的影響進(jìn)行了分析，并給出單壓力變送器方式和雙壓力變送器方式對應(yīng)的安全余壓與蒸壓釜方案。

1 蒸壓釜事故分析及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

蒸壓釜廣泛用于混凝土、水泥等建材行業(yè)，由于其兩端快開門啟閉頻繁，容易造成爆炸事故。以往引起蒸壓釜事故的原因主要是釜蓋未完全閉合到位就加壓，或者在釜內(nèi)壓力未排凈就開蓋。行業(yè)內(nèi)一般把該帶壓開啟門蓋不至于引發(fā)安全事故的壓力稱為安全余壓，傳統(tǒng)安全聯(lián)鎖裝置需要通過壓力表來判斷容器內(nèi)殘余蒸氣是否排凈，確認(rèn)排凈后，方可解鎖蒸壓釜釜門變速齒輪，打開釜蓋。普通壓力表的精度往往無法準(zhǔn)確檢測安全余壓，且該安全聯(lián)鎖裝置不是完全自動(dòng)化，容易發(fā)生事故。因此，傳統(tǒng)安全聯(lián)鎖裝置結(jié)構(gòu)亟待改造。隨著人工智能和大數(shù)據(jù)等新技術(shù)的興起，利用智能控制技術(shù)對傳統(tǒng)快開門式壓力容器安全聯(lián)鎖裝置進(jìn)行改造升級，實(shí)現(xiàn)智能安全連鎖裝置的數(shù)據(jù)分析、故障報(bào)警、自我保護(hù)和智能控制成為可能。

壓力變送器

理想的安全余壓值一般較低，從人身安全角度出發(fā)，一般將安全余壓定為 3．1 kPa，是一個(gè)微壓值，筆者將討論微壓值對智能安全聯(lián)鎖裝置中壓力檢測元件的使用所產(chǎn)生的影響。

2 安全余壓設(shè)置

蒸壓釜事故主要發(fā)生在關(guān)門升壓前和釜內(nèi)壓力降為安全余壓前開門階段，可見釜內(nèi)的安全余壓是一個(gè)必須控制的重要因素，需要應(yīng)用高精度壓力變送器將該壓力檢測出來，然后再轉(zhuǎn)換成電信號傳給安全聯(lián)鎖裝置進(jìn)行控制。

壓力變送器是目前自動(dòng)化儀表中重要的一項(xiàng)產(chǎn)品，主要用于壓力參數(shù)的測量和控制，其使用非常廣泛。壓力變送器工作原理為按照一定的規(guī)律將壓力信號轉(zhuǎn)換成電信號輸出，電信號經(jīng)放大，變?yōu)榭蓚魉偷臉?biāo)準(zhǔn)化輸出信號。壓力變送器按感壓原理可分為電容式、諧振式、壓阻式、力/力矩平衡式、電感式、應(yīng)變式等。微壓變送器通?？梢詸z測小于 10 kPa 的壓力，其最大量程與最小量程之比范圍較小。

蒸壓釜的使用參數(shù)中，工作壓力為 1．0 MPa ～ 1．5MPa，設(shè)計(jì)壓力為 1．4 MPa～1．6 MPa，安全閥整定壓力為 1．58 MPa，安全余壓為 3．1 kPa，設(shè)計(jì)溫度為 198 ～204．3 ℃。考慮到壓力變送器使用時(shí)有輸出過大過小、指示異常等故障，這就要求配套的壓力變送器應(yīng)具有使用溫度較高、量程較大的特點(diǎn)，選用時(shí)應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)。

(1) 壓力。當(dāng)蒸壓釜內(nèi)壓力高于整定壓力時(shí)，安全閥會(huì)開啟，將壓力降低。安全余壓也是需要嚴(yán)格監(jiān)測的值，當(dāng)釜內(nèi)壓力高于安全余壓時(shí)，智能聯(lián)鎖裝置不能解鎖。所以，壓力變送器的選型只需要同時(shí)考慮整定壓力和安全余壓值。若壓力變送器的量程上限選的太低，則長期在超壓載荷下工作，壓力變送器容易損壞。如果量程上限選的太高，那么會(huì)影響精度。一般壓力變送器的量程比可以選在 10 ∶1 范圍內(nèi)，如果超出這個(gè)范圍時(shí)，實(shí)際誤差應(yīng)為廠家說明書上提供的誤差加上附加誤差。由于目前技術(shù)的發(fā)展，大量程比壓力變送器也能保持較高的精度，但因?yàn)榫韧ǔＥc滿量程成反比，所以應(yīng)盡量選擇小量程比的壓力變送器來減少誤差。

(2) 精度。精度是描述壓力變送器輸出誤差常用的一個(gè)術(shù)語，這些誤差可能來源于非線性、遲滯、零點(diǎn)平衡、校正方法等因素。壓力變送器精度選的太低，會(huì)影響監(jiān)測安全余壓的準(zhǔn)確性，選的太高，則不經(jīng)濟(jì)。壓力變送器的精度等級見表 1。最大允許誤差和回差以輸出量程的百分比表示。對于 3．1 kPa 安全余壓標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)選用較高精度等級的壓力變送器。

壓力變送器精度等級

(3) 溫度。蒸壓釜內(nèi)會(huì)通蒸汽，其設(shè)計(jì)溫度最高為 204．3 ℃。正常工作情況下，在一個(gè)工作日中釜門啟閉可能達(dá)好幾次，所以釜內(nèi)的溫度通常在 0 ～ 204．3℃之間。高溫環(huán)境下，測量介質(zhì)的溫度往往會(huì)超過變送器的正常工作范圍，從而引起誤差。常用的單晶硅芯體壓力變送器測量溫度在－20 ～ 60 ℃ 之間，這時(shí)就需要從釜體上焊接引壓管來實(shí)現(xiàn)。

3 壓力變送器選型及應(yīng)用

選型有兩種方案。

(1) 安全余壓設(shè)為 2 kPa，釜體引出引壓管尺寸取φ25 mm×2．5 mm 盤管，長度為 1 m，接管與釜體全焊透。壓力變送器與引壓管相連，選擇量程為 0 ～ 1．6MPa 的單晶硅芯體壓力變送器，精度等級選擇 0．075。按此規(guī)格計(jì)算，最大誤差為±1．2 kPa，則測量該壓力的最大誤差值范圍為 0．8～3．2 kPa，滿足胸部 3 ms 準(zhǔn)則要求的 3．1 kPa。胸部 3 ms 準(zhǔn)則指作用在上胸部質(zhì)心處的線性加速度超過 60g 的時(shí)間不超過 3 ms。

(2) 安全余壓設(shè)為 3．1 kPa，釜體引出引壓管尺寸取 φ25 mm×2．5 mm 盤管，長度為 1 m，接管與釜體全焊透。采用雙壓力變送器方式，雙壓力變送器原理如圖 1 所示。變送器 1 為 0～1．6 MPa，變送器 2 為 0～25kPa，為單晶硅芯體，精度等級為 0．075。兩個(gè)壓力變送器合并使用，變送器 2 下端安裝電磁閥，并與控制器聯(lián)動(dòng)。以變送器 1 作為測量基準(zhǔn)，當(dāng)壓力大于 25 kPa時(shí)，關(guān)閉變送器 2 下方的電磁閥，低于 25 kPa 時(shí)打開變送器 2 下方的電磁閥，連鎖裝置的界限點(diǎn)使用變送器 2，這樣就可以有效提高測量精度至±0．018 75 kPa，此時(shí)測量該安全余壓的最大誤差值范圍為3．18 kPa ～3．22 kPa，與設(shè)定的安全余壓相差非常小，可以忽略。

雙壓力變送器原理

4 總結(jié)

壓力變送器的使用對蒸壓釜安全余壓的設(shè)定是有影響的，除從人身安全角度考慮安全余壓外，還應(yīng)疊加考慮操作時(shí)儀表的測量偏差。

為了減小溫度對測量安全余壓的影響，應(yīng)采用引出管結(jié)構(gòu)。

上海自動(dòng)化儀表盡量選用低量程比高精度壓力變送器。當(dāng)采用單變送器方式時(shí)，安全余壓取 2 kPa。當(dāng)采用雙變送器方式時(shí)，安全余壓取 3．1 kPa。