更换压力传感器的原因

白皮书

更换压力传感器的原因

了解更小、更简单的压力变送器设计如何让系统受益。

迫于原油成本降低带来的压力,油气生产公司不得不对供应商(如仪器供应商)及其降低成本的能力进行评估。 在很多情况下,设备制造商会设定目标成本降低比例来维持之前的生产水平。这项战略是有效的,但存在着另一项考量。现有的系统是否需要相同的仪器来实现最终结果?下文介绍了工程师决定更换传统过程式变送器的四个想法。

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很多系统设计师会在空气和天然气压缩机上安装差压变送器来监控过滤器,以便用于维护目的。 由于过滤器前后的压差会增大,因此变送器的输出信号会增强,而 PLC 会通知用户更改过滤器。虽然对于油和空气这样的良性液体和气体,这是一个很简单的概念,但工程师依然会继续使用成本约为 2,000 美元的变送器。此外,连接设备所需的阀门和硬件极为昂贵。差压传感器基于差压下降提供输出,具备针对危险位置的相同基础功能,价格仅为 500 美元(如下所示)。

差压测量是指系统中两点之间的压力差。
差压测量是指系统中两点之间的压力差。对于过滤应用,上游侧 [A] 位于过滤器 [B] 之前,下游侧 [C] 位于过滤器之后。差压传感器可用于监测液体或气体应用中过滤器的清洁度。
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变送器的尺寸由变送器制造商在设计中构建的特性而决定。 对于更复杂的处理电路和显示屏,需要额外的硬件来与外壳适配。小型设计可在小空间中放入更多硬件,或在大型设计无法实现的更接近过程的位置使用变送器(如下图所示)。除了在系统的特定部位安装变送器的限制外,增加的重量也是与物流成本相关的问题。对于固定系统,变送器的重量不会改变设备运输成本,但与体积较小的变送器相比,供应商发运变送器的成本会高出三倍。如果为运输货物投保并需要加急服务,那么运输的软成本会成为较高的总体成本。

更小、更紧凑的差压传感器。
更小、更紧凑的差压传感器(左)可减少硬件占用的空间,并将其安装在更接近过程的位置。
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鉴于机械和电气功能,我们不得不考虑更为基础的压力变送器。 五通阀门、隔离膜隔离器、减径管和安装支架是过程式压力变送器的常见障碍。传感器材料的限制让我们更难以确保所监控的液体或气体不发生腐蚀和分解。基础的“棍式”变送器具备灵活性,可节约成本。这类变送器所采用的材料和传感器技术能够以较低的总体成本让系统更加持久,如下图所示。硬件要求与四分回转阀或三通接头一样简单。通常来说,支架安装需要质量较小。传感器的输出信号与成本和复杂性均相关。很多过程式压力变送器的设计特点便于产品的各类安装方式。数字通讯、调节和现场校准对于特定应用都是理想的功能。但是在某些情况下,这些功能也给非认证技术人员调整的传感器带来了不利因素。新增功能如不能被利用,通常会产生成本。

防爆型压力变送器
这些防爆型压力变送器的故障模式指示器选配件可让用户选择在故障状况下上升或下降的输出信号,进而更好地控制系统在传感器故障时的反应。例如,如果传感器在运行系统期间发生故障,输出信号会比最高值高 5% 或比最低值低 5%,进而体现变送器问题。电气过载或极限压力瞬变等条件会导致压力变送器故障。在这些情况下,用户可控制系统对故障的反应。
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对于工程师来说,最困难的任务之一是对比变送器的数据手册。 用于描述性能的术语可通过不同方式、各类格式以及使用最大误差或典型值进行指定。不可否认的是,某些昂贵的压力变送器的确非常准确。对于使用变送器确保符合 API 标准的应用来说,准确性能够转化为利润,准确性较低的变送器则会增加成本。为了回顾过滤器应用,下文提供了一个案例来说明准确性较高的代价可能是无法达到总体成本点。除了成本较低但性能较高的处理电路外,棍式压力变送器的准确性、重复性和长期稳定性也随着新传感器技术的发展逐步提升。凭借着过去十年人机界面 (HMI) 的巨大进步,设计工程师能够有更多的灵活性来规划系统值,进而了解变送器的性能。技术让我们能够更轻易地缩小工业规格的低成本传感器和高成本过程变送器的差距(如下所示)。

MEMs 压力传感器技术
图中所示的是 American Sensor Technologies 推出的压力传感器的剖面图,这款传感器使用单片金属且不含硅油、O 型环或焊接点。这种 MEMs 压力传感器技术能够将液体或气体与过程连接件完全隔离,进而消除污染风险。隔离膜上的张力较低(一般为 275 微应变),能够实现准确且可重复的测量。

结论

廉价的东西总会让人心存疑虑。成本不一定会转化为性能,并且成本不仅是为产品或服务支付的价格。您也有其他选择,因此不妨思考这四个问题:

  1. 我是否会用到所有的功能?
  2. 我能够简化总体设计来降低成本?
  3. 我想要或需要更高的性能吗?
  4. 我能否通过其他方法实现同样的性能?