Cảm biến áp suất chênh lệch: Vượt xa phép đo áp suất chênh lệch — Phân tích toàn diện về lưu lượng, mức chất lỏng, bộ lọc và áp suất chênh lệch siêu nhỏ.

Cảm biến áp suất chênh lệch: Vượt xa phép đo áp suất chênh lệch — Phân tích toàn diện về lưu lượng, mức chất lỏng, bộ lọc và áp suất chênh lệch siêu nhỏ.

Tóm tắt

Về cơ bản, bộ truyền áp suất vi sai đo sự khác biệt áp suất giữa hai điểm lấy mẫu áp suất, được tính bằng áp suất ở phía áp suất cao trừ đi áp suất ở phía áp suất thấp. Một lỗi thường gặp tại hiện trường là đánh đồng trực tiếp áp suất vi sai thô với lưu lượng, mực chất lỏng hoặc mức độ tắc nghẽn của bộ lọc. Tín hiệu áp suất vi sai hỗ trợ nhiều ứng dụng đo lường, bao gồm lưu lượng qua tấm chắn lỗ, lưu lượng qua ống Venturi, áp suất vi sai của bộ lọc, mực chất lỏng trong bể kín, mực mặt bích bịt kín từ xa, áp suất vi sai trong phòng sạch, áp suất âm trong lò nung và áp suất vi sai đầu vào-đầu ra của bơm. Kết hợp nhận dạng tại hiện trường, lựa chọn sản phẩm và khắc phục sự cố, bài báo này cung cấp một giới thiệu toàn diện về các bộ truyền áp suất thông minh và các thiết bị phù hợp của chúng.

Các thiết bị đo áp suất chênh lệch được sử dụng rộng rãi tại các khu công nghiệp, tuy nhiên giá trị thực sự của chúng thường bị đánh giá thấp.

Một số kỹ thuật viên chỉ coi chúng như những thiết bị đo áp suất công nghiệp đa năng có hai cổng;

Một số người chỉ nhớ đến phía áp suất cao (H) và áp suất thấp (L);

Một số người khác lại chỉ liên hệ bộ truyền áp suất chênh lệch với việc đo lưu lượng bằng tấm chắn lỗ.

Không có cách giải thích nào trong số này là sai, nhưng chúng vẫn chưa đầy đủ.

Điểm mạnh cốt lõi của bộ truyền áp suất vi sai nằm ở việc đo một đại lượng vật lý cơ bản: hiệu áp suất giữa hai điểm. Thông qua quá trình chuyển đổi, hiệu áp suất vi sai này có thể được chuyển đổi thành lưu lượng, mực chất lỏng, điện trở môi trường, hiệu áp suất vi sai phòng sạch, mức độ tắc nghẽn bộ lọc, áp suất âm của lò nung hoặc các điều kiện hoạt động của thiết bị.

Do đó, khi kiểm tra bộ truyền áp suất chênh lệch tại chỗ, phạm vi đo không phải là vấn đề duy nhất cần quan tâm.

Trước tiên cần làm rõ một câu hỏi quan trọng:

Sự chênh lệch áp suất này thể hiện thông số quy trình nào?

Hình 1: Logic đo lường của bộ truyền áp suất vi sai. Công thức cốt lõi = Áp suất phía cao − Áp suất phía thấp

1. Chính xác thì bộ truyền áp suất chênh lệch đo cái gì?

Các bộ truyền áp suất chênh lệch được trang bị hai cổng lấy mẫu áp suất:

Phía áp suất cao, thường được ký hiệu là H.

Phía áp suất thấp, thường được ký hiệu là L.

Công thức đầu ra cốt lõi:

Chênh lệch áp suất = Áp suất tại cửa áp suất cao − Áp suất tại cửa áp suất thấp

Chênh lệch áp suất dương xảy ra khi áp suất phía cao vượt quá áp suất phía thấp.

Hiện tượng chênh lệch áp suất âm xảy ra khi áp suất phía cao giảm xuống dưới áp suất phía thấp; bộ truyền tín hiệu sẽ xuất ra phạm vi đo ngược lại.

Mặc dù công thức có vẻ đơn giản, nhưng hầu hết các lỗi trong thực tế đều bắt nguồn từ sự hiểu biết kém về nguyên lý này.

Bản thân bộ truyền tín hiệu không thể xác định xem các cổng kết nối với tấm chắn lỗ, bộ lọc, bể chứa hay ống thông gió. Nó chỉ phát hiện sự chênh lệch áp suất giữa hai đầu cực H và L. Việc chuyển đổi từ áp suất chênh lệch sang lưu lượng, mức độ, điện trở hoặc áp suất chênh lệch trong phòng phụ thuộc vào các mô hình toán học của quy trình, cấu hình bộ truyền tín hiệu, logic PLC và hình ảnh hóa trên giao diện người dùng (HMI).

Bốn thông tin quan trọng phải được xác nhận cho mỗi vòng đo áp suất chênh lệch:

Điểm kết nối của cổng áp suất cao

Điểm kết nối của cổng áp suất thấp

Ý nghĩa của quá trình được thể hiện bằng áp suất chênh lệch dương.

Công thức chuyển đổi giữa phạm vi áp suất chênh lệch và đơn vị kỹ thuật

Nếu vẫn còn bất kỳ thông tin nào chưa rõ ràng, rất có thể xảy ra lỗi đảo ngược tín hiệu ngay cả khi hệ thống dây dẫn và quá trình vận hành được thực hiện đúng cách.

2. Tại sao một hệ thống đo áp suất chênh lệch có thể phục vụ nhiều kịch bản đo khác nhau?

Giá trị công nghiệp của chênh lệch áp suất đến từ sự phản ánh trực tiếp của nó về sức cản của quá trình hoặc chiều cao cột chất lỏng:

Chất lỏng chảy qua các bộ phận điều tiết đường ống tạo ra tổn thất áp suất tỷ lệ thuận với lưu lượng.

Sự gia tăng chênh lệch áp suất giữa hai đầu bộ lọc cho thấy các phần tử lọc bị tắc nghẽn và vật liệu lọc bị nhiễm bẩn.

Chênh lệch áp suất giữa đáy và đỉnh bể tỷ lệ thuận với chiều cao cột chất lỏng bên trong bể.

Các ứng dụng áp suất thấp như ống dẫn khí, phòng sạch và lò nung dựa vào chênh lệch áp suất vi mô ở mức Pascal để đánh giá sự cân bằng thông gió và độ chênh lệch áp suất trong nhà - ngoài trời.

Nói một cách đơn giản, bộ truyền áp suất chênh lệch hoạt động như các cảm biến cơ bản cho nhiều giải pháp đo lường khác nhau.

Bằng cách kết hợp với nhiều thành phần chính khác nhau, cấu trúc lấy mẫu áp suất, màng ngăn cách ly, mặt bích bịt kín từ xa và logic tính toán, một bộ truyền áp suất vi sai duy nhất có thể thích ứng với các điều kiện hiện trường đa dạng. Bộ truyền áp suất nhiệt độ cao và bộ truyền áp suất HART là những thiết bị công nghiệp phổ biến với doanh số bán hàng mạnh mẽ trên khắp các ngành hóa chất, thực phẩm và hóa dầu ở Đông Nam Á và Nam Mỹ. Hầu hết các nhà sản xuất thiết bị đều cung cấp các phiên bản giao tiếp 4-20 mA.

3. Dòng chảy chênh lệch áp suất: Ứng dụng điển hình nhất của phương pháp này

Đo lưu lượng bằng phương pháp chênh lệch áp suất là trường hợp sử dụng chủ yếu của các bộ truyền tín hiệu chênh lệch áp suất.

Các thành phần chính bao gồm tấm chắn lỗ, vòi phun, ống Venturi, ống Pitot trung bình và ống Pitot tạo ra tổn thất áp suất khi chất lỏng chảy qua. Bộ truyền áp suất chênh lệch thu nhận áp suất chênh lệch, trong khi hệ thống điều khiển chuyển đổi các giá trị đo được thành lưu lượng. Các hệ thống lắp đặt thực địa thường sử dụng các bộ hoàn chỉnh với bộ truyền áp suất 4-20 mA.

Ghi chú quan trọng tại chỗ

Lưu lượng và áp suất chênh lệch có mối quan hệ phi tuyến tính. Hầu hết các thiết bị điều tiết đều yêu cầu phép khai căn bậc hai.

Việc tính căn bậc hai chỉ được thực hiện ở một vị trí duy nhất: hoặc bên trong bộ phát tín hiệu hoặc bên trong PLC/DCS. Việc tính căn bậc hai ở hai phía bị cấm.

Phép tính căn bậc hai tích hợp trong bộ phát kết hợp với phép tính căn bậc hai lặp đi lặp lại của PLC gây ra sự sai lệch trong các chỉ số lưu lượng thấp.

Việc coi chênh lệch áp suất như dòng chảy tuyến tính dẫn đến sai lệch đo lường rất lớn.

Trong quá trình vận hành thử vòng lặp, hãy xác nhận xem bộ truyền áp suất thông minh có xuất ra tín hiệu áp suất chênh lệch thô hay tín hiệu lưu lượng đã được xử lý bằng căn bậc hai hay không.

4. Đo mức áp suất chênh lệch: Bể hở, bể kín và giải pháp mặt bích làm kín từ xa

Bể chứa hở

Cổng áp suất cao nối với đáy bồn; cổng áp suất thấp xả ra khí quyển. Áp suất chênh lệch tăng lên cùng với mực chất lỏng. Việc giám sát có thể được thực hiện bằng các bộ truyền áp suất công nghiệp tiêu chuẩn.

Bể chứa kín

Áp suất pha khí tác động đều lên điểm lấy mẫu trên đỉnh bồn chứa, do đó áp suất chênh lệch chỉ phản ánh chiều cao cột chất lỏng. Cần có bộ truyền tín hiệu giao thức HART để triệt tiêu điểm 0 một cách chính xác.

Cấu hình mặt bích niêm phong từ xa

Các cụm thiết bị kiểu mao dẫn kết hợp với bộ truyền áp suất nhiệt độ cao được sử dụng cho môi chất có nhiệt độ cao, ăn mòn hoặc nhớt. Chúng ngăn ngừa tắc nghẽn đường dẫn xung và sự kết tinh của môi chất, tuy nhiên hiện tượng trôi điểm 0 do nhiệt độ gây ra cần được bù trừ.

Việc lựa chọn thiết bị đo mức áp suất chênh lệch phải tính đến mật độ môi chất, áp suất hoạt động và khả năng triệt tiêu điểm 0. Việc chỉ lựa chọn theo phạm vi đo thường dẫn đến kết quả đo không chính xác.

5. Bộ lọc, bơm và bộ trao đổi nhiệt: Giám sát tình trạng thiết bị thông qua áp suất chênh lệch

Sự gia tăng áp suất chênh lệch giữa bộ lọc báo hiệu hiện tượng tắc nghẽn bộ lọc; áp suất chênh lệch giữa đầu vào và đầu ra của bơm phản ánh sự thay đổi cột áp; áp suất chênh lệch cao giữa hai đầu bộ trao đổi nhiệt cho thấy hiện tượng đóng cặn và bám bẩn.

Các đội vận hành và bảo trì triển khai các bộ truyền áp suất OEM để giám sát trực tuyến dài hạn nhằm dự đoán trước các sự cố thiết bị.

Các điểm lấy mẫu áp suất không được đặt sát thành ống để tránh nhiễu dòng điện xoáy. Đường ống dẫn xung bị tắc sẽ trực tiếp gây ra sai số trong các chỉ số đo.

6. Áp suất chênh lệch siêu nhỏ: Ống dẫn khí, phòng sạch, lò nung và điều khiển áp suất phòng

Phòng sạch, ống dẫn hút bụi và lò nung hoạt động ở áp suất chênh lệch siêu nhỏ ở mức Pascal với các yêu cầu ổn định điểm không nghiêm ngặt. Các bộ truyền áp suất công nghiệp tiêu chuẩn không thể đáp ứng các thông số kỹ thuật; các thiết bị đo áp suất chênh lệch siêu nhỏ chuyên dụng là bắt buộc.

Việc đóng mở cửa, khởi động/dừng quạt và tích tụ nước ngưng tụ có thể gây ra sự dao động trong kết quả đo. Việc hiệu chuẩn điểm 0 định kỳ là rất cần thiết cho công tác bảo trì thường xuyên.

7. Các loại dụng cụ đo lường thông dụng được chế tạo dựa trên nguyên lý chênh lệch áp suất

Bộ truyền áp suất chênh lệch thông minh tiêu chuẩn: Được trang bị sẵn giao tiếp HART 4-20 mA tại nhà máy, được chấp nhận rộng rãi trên toàn cầu cho các dự án; được cung cấp theo bộ hoàn chỉnh với nhiều loại bộ truyền áp suất thông minh khác nhau.

Thiết bị đo áp suất chênh lệch nhiệt độ cao: Dùng cho đường ống dẫn hơi nước và các quy trình nhiệt độ cao, kết hợp với bộ truyền áp suất nhiệt độ cao.

Thiết bị đo áp suất chênh lệch hỗ trợ HART: Hỗ trợ điều chỉnh thông số từ xa, được các khách hàng Đông Nam Á và Nam Mỹ ưa chuộng khi tìm mua bộ truyền áp suất HART.

Thiết bị đo áp suất chênh lệch tùy chỉnh OEM: Màng ngăn và mặt bích được chế tạo riêng cho các điều kiện cụ thể tại công trường, phù hợp cho việc mua số lượng lớn các bộ truyền áp suất OEM tại nhà máy.

Thiết bị đo áp suất tuyệt đối phù hợp: Các bình kín áp suất cao sử dụng bộ truyền áp suất công nghiệp tuyệt đối để bù trừ nhiễu áp suất khí quyển xung quanh.

8. Lựa chọn thiết bị: Phạm vi đo không phải là tiêu chí duy nhất

Ngoài phạm vi chênh lệch áp suất, cần kiểm tra định mức áp suất tĩnh, nhiệt độ môi chất, điều kiện hoạt động ăn mòn, định mức chống cháy nổ và giao thức đầu ra.

Các ứng dụng hơi nước ở nhiệt độ cao ưu tiên sử dụng các bộ truyền áp suất ở nhiệt độ cao.

Các dự án thương mại quốc tế chủ yếu sử dụng bộ truyền áp suất HART.

Việc xây dựng nhà máy quy mô lớn hỗ trợ các bộ truyền áp suất OEM tùy chỉnh.

Các nhà máy hóa chất tiêu chuẩn sử dụng các thiết bị đo áp suất công nghiệp đa năng.

9. Những sai sót thường gặp trong quá trình vận hành tại công trường

Các cổng lấy mẫu áp suất H/L bị đảo ngược, dẫn đến kết quả đo âm trên các bộ truyền áp suất thông minh.

Việc trích xuất căn bậc hai trùng lặp trong các vòng tuần hoàn dẫn đến việc báo cáo giá trị lưu lượng thấp hơn nghiêm trọng.

Bỏ qua mật độ môi trường trong phép đo mức, dẫn đến hiện tượng trôi lệch bằng không đối với các bộ truyền áp suất HART.

Việc tháo lắp không đúng cách các mao quản bịt kín từ xa gây ra hiện tượng dịch chuyển điểm 0 đối với các bộ truyền áp suất nhiệt độ cao.

Vượt quá định mức áp suất tĩnh tối đa, màng ngăn của các bộ truyền áp suất OEM bị rách trong điều kiện hoạt động ở áp suất cao.

10. Kết luận

Các bộ truyền áp suất chênh lệch yêu cầu việc vận hành hệ thống toàn diện, bao gồm các thành phần chính, ống dẫn xung, bộ truyền áp suất thông minh phù hợp, bộ truyền áp suất chịu nhiệt độ cao và bộ truyền áp suất HART. Việc chỉ dựa vào các chỉ số hiển thị cục bộ thường dẫn đến sai lệch trong đo lường. Nắm vững toàn bộ chuỗi đo lường cho phép giám sát lưu lượng, mức chất lỏng và áp suất chênh lệch thiết bị một cách chính xác, cùng với việc chẩn đoán lỗi hiệu quả.