即使在壓力脈動不成問題的情況下,隔離膜片也具有優點。下面小編針對壓力表遠程和化學密封功能的工作理念為您做詳細介紹??紤]食品加工系統的情況,我們布萊迪必須遠程測量混合容器內的壓力:
將容器連接到壓力表的管的存在引起衛生問題。管內的滯留過程流體(在這種情況下,一些液體食品)將促進微生物生長,無論容器清潔的程度如何或頻率如何,最終都會污染容器。即使是自動就地清洗和就地蒸汽(分別為CIP和SIP)協議,其中容器在批次之間進行化學清洗也無法防止這個問題,因為清洗劑從不清洗管道的整個長度(最終,測量儀內的波登管或其他傳感元件)。
這個問題的解決方案是在容器上安裝隔離膜片,并在液體填充的毛細管中將感測到的壓力傳遞給儀器。過程壓力壓在該膜片上,而膜片又將壓力傳遞給毛細管內的“填充液”。然后,這種密封的填充液壓在儀器的傳感元件(隔膜,波登管,波紋管等)上。工藝(食品)液體不能進入該密封管,隔離膜片將在每個CIP循環中清洗。因此,我們完全消除了微生物污染的問題:
這種系統通常被稱為遠程密封,并且它們可用于許多不同的壓力儀器,包括儀表,變送器和開關。如果隔離隔膜和填充液的目的是保護敏感儀器免受腐蝕性或其他刺激性化學物質的影響,則通常將其稱為化學密封。
下圖顯示了配有化學密封隔膜的壓力表。請注意,此特定儀表上的化學密封與儀表緊密耦合,因為此處唯一的目標是保護儀表免受惡劣工藝流體的影響,而不是遠程安裝儀表的能力:
面向法蘭底部的視圖顯示薄金屬隔離膜片保持工藝流體不進入量規機構。只有惰性填充液占據了隔膜和壓力表的波登管之間的空間:
下圖顯示了填充流體如何將過程流體壓力傳遞到壓力表的波登管元件,同時將波登管與過程流體隔離(此處顯示在管道內):
這種化學密封計和遠程密封計之間的唯一區別是用于將儀表連接到遠程隔膜的小直徑毛細管。顯示遠程密封系統內部的插圖如下:
直讀式壓力表不是唯一受益于遠程密封的壓力儀表。壓力開關和壓力變送器也可以采用遠程密封,原因相同:保護變送器傳感器免受惡劣的過程流體的影響,消除脈沖管堵塞問題,和/或防止有機過程流體會產生“死端”管長度停滯和港口微生物生長。在這張照片中,您可以看到三個壓力傳感裝置(儀表,變送器和開關,從上到下),每個裝置都有自己的遠程密封,用于檢測大型管道中的流體壓力:
壓力變送器(橫河電機單元)是此處顯示的唯一使用毛細管的儀器。另外兩種儀器使用短長度的剛性管。在這張照片中可以看到毛細管是一個用黑色塑料覆蓋的盤管。它實際上是一個非常小直徑的金屬管,封閉在螺旋金屬保護套中,而后者又被黑色塑料覆蓋。
這種特殊的應用恰好在廢水處理中,污泥傾向于堵塞連接到主管道的儀器脈沖管線。通過遠程密封,可以完全消除這個問題。
下圖顯示了配備遠程密封隔膜的羅斯蒙特1151型電子壓力變送器。在這里,我們可以看到保護毛細管免受損壞的盤繞金屬(“裝甲”)護套(圖下 - 左圖):
密封隔膜的近視圖顯示其波紋設計,允許金屬容易彎曲并將壓力傳遞到毛細管內的填充液(上圖 - 右)
與壓力傳感艙的隔離膜片一樣,這些遠程膜片僅需要將過程流體壓力傳遞到填充流體并且(最終)傳遞到儀器內部的拉緊傳感元件。因此,如果這些膜片設計成易于彎曲,則它們的功能最佳。這允許傳感隔膜將大部分反作用力提供給流體壓力,就好像它是流體系統中唯一的彈簧元件一樣。
毛細管和變送器傳感器艙之間的連接點標有警告,不要拆卸,因為這樣做會使空氣進入填充系統(或填充液體從系統中逸出),從而破壞其準確性。
為了使遠程密封系統工作,密封隔膜和壓力傳感元件之間的液壓“連接”必須完全無氣體,因此將從一端到另一端的“穩固”運動傳遞。填充系統中存在氣泡將導致一些隔離膜片的運動“丟失”,而不是完全轉移到儀器的壓力傳感元件上。因此,毛細管系統必須始終保持完全密封!即使只是短暫的一瞬間,也會破壞這種封印,這將破壞系統。
在這張照片中可見的保護措施是涂在螺釘頭和毛細管連接器上的橙色化合物。這僅僅是工廠密封仍然完好無損的視覺指示,因為螺桿或管連接器的任何運動都會破壞脆性橙色化合物并背叛破裂。
使用遠程隔膜的潛在問題是如果壓力儀器位于遠離過程連接點(垂直)的位置,則由填充流體產生的靜水壓力。例如,位于其連接的容器下方的壓力計將記錄比容器內實際壓力更大的壓力,因為容器的壓力會增加由管道中的液體引起的靜水壓力:
該壓力可以通過公式P =ρgh或P =γh計算,其中ρ是填充液體的質量密度,或γ是填充液體的重量密度。例如,填充有重量密度為58.3磅/英尺3的填充液的12英尺毛細管高度將產生幾乎700磅/英尺2或4.86PSI的高壓。如果壓力儀器位于過程連接點下方,則必須將此4.86 PSI偏移量合并到儀器的校準范圍內。如果我們希望這種壓力儀器能夠精確測量0到50 PSI的過程壓力范圍,我們必須將其校準到4.86到54.86 PSI的實際范圍。
存在相反的問題,其中壓力儀器位于高于過程連接的位置:此處儀器將記錄比實際在容器內部的壓力更低的壓力,抵消由靜水壓力公式ρgh或γh預測的量。
平心而論,這個問題不僅限于遠程密封系統 - 即使是非隔離系統,其中管道充滿了工藝液體也會出現這種偏移誤差。然而,在填充毛細管系統中,保證垂直偏移產生壓力偏移,因為填充流體總是液體,并且液體產生的壓力與液柱的垂直高度及其密度成正比。許多常見的遠程密封填充流體的比重等級大于1(即它們比水密度大),這意味著由靜水壓力引起的偏移誤差將甚至大于充水管的偏移誤差。
隔離填充壓力儀器特有的類似問題是由極端溫度引起的測量誤差。假設遠程密封壓力儀的充滿液體的毛細管太靠近熱蒸汽管,爐子或其他一些高溫源。填充流體的膨脹可以使隔離膜延伸到其開始張緊的點,并且對填充流體施加高于和超過過程流體的壓力。如果填充流體凝結或甚至凍結使得它不再按預期流動,則冷卻溫度也可能對填充的毛細管造成嚴重破壞。通過將填充流體的體積保持在最小值可以減輕填充流體膨脹/收縮效應,這就是使用毛細管(小直徑)管將遠程密封件與儀器連接的原因。
遠程密封壓力儀器的另一個問題是當填充流體移動通過小直徑毛細管時由填充流體的粘度引起的時間延遲。這使得壓力儀緩慢地響應過程流體壓力的變化,好像壓力儀器配備有(不期望的)壓力緩沖器。雖然最小的毛細管直徑減小了溫度變化的影響,但它增加了時間延遲的影響。
正確安裝儀器和正確選擇填充液有助于避免此類問題??偠灾?,遠程和化學密封壓力儀器出現問題的可能性在很大程度上被它們在正確應用中的優勢所抵消。
一些隔膜密封的壓力變送器配有緊密耦合密封而不是遠程密封,以最大限度地減少由毛細管內的填充液引起的靜水,溫度和時間延遲效應。
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