【技術投稿】絶対圧力トランスミッタの測定誤差と故障対処法

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絶対圧力トランスミッタは、工業生産において真空圧または絶対圧の測定に使用されます。本稿では、タービンユニットにおける絶対圧力トランスミッタの適用例を踏まえ、5つの観点からその故障処理法や現場での設置・運用に関する経験を紹介します。 http://yunrun.com.cn/upload/201807/09/201807090111483978.png 大量の絶対圧力トランスミッターの現場での使用状況を収集・整理した結果、以下の5つの絶対圧力トランスミッターの故障が代表的であることがわかりました。昌晖計器は、現場での使用状況や故障の検査過程を踏まえて、絶対圧力トランスミッターの設置や故障処理に関するノウハウを共有しています。 絶対圧力変換器の測定誤差と故障対処 yunrun.com.cn/tech/2070.html 1. 計測配管の漏れによる異常 絶対圧力変換器のサンプリングポイントは圧力計のサンプリングポイントと同じであり、また絶対圧力変換器と圧力計は共通の計測配管やバルブを持っているため、点検時にタービンや凝縮器システムの動作が正常であることが確認できた場合、真空計測配管に故障があるのではないかと疑う必要があります。 例えば、ある時、当社の計装担当者が定期的な点検で現場の計測器をチェックしていたところ、タービンの排気真空度を示すDCSの値と真空計の数値の両方に異常が見られました。計装技術者による検査の結果、今回の計測計器の異常の原因は、計測配管の溶接部の破損が引き起こしたものであることが判明しました。現場の計器修理担当者は、今回の破損は振動が原因だと述べている。 絶対圧力トランスミッターは、製造工程における絶対圧力を測定します。また、溶接部、トランスミッターの接続部、バルブの接続部などは、故障が発生しやすい箇所です。絶対圧力トランスミッターの測定範囲が狭いため、設置や点検の過程で見落とされがちだと考えられます。そのため、現場の計装保守担当者が点検を行っても、真空システムの漏れを発見するのは非常に困難であり、このような故障は多くの場合、通常の生産工程の中で工程オペレーターによって発見されて初めて、どこに問題があるのかが分かることになります。 上記から、計装機器の設置担当者は絶対圧変換器を設置する際に、その位置を正確にすることに十分注意し、また圧力導入管と変換器のねじ接続部をしっかりと接合し、溶接して固定することも忘れてはならないという結論が得られる。 2、不適切な取り付けにより絶対圧力変換器の測定配管に液が溜まり、真空値の表示に影響が出た。同社の余熱発電用タービン機組は通常運転中に故障が発生し、現場の計装保守担当者がタービン機組の点検を行ったところ、運転中に凝縮器の真空度が徐々に上昇する現象が見られた。高圧凝縮器のサンプリングポイントと凝縮器の真空度を測定するサンプリングポイントが非常に近いため、現場の計装保守担当者が再び高圧凝縮器を点検したところ、その数値の変動幅が大きいことが判明しました。また、機組の負荷をチェックした際には明らかな異常変動は見られず、計装保守員が低圧凝縮器、凝縮器の真空度、および高圧凝縮器を繰り返し検査した結果、前者2つの表示値は近い数値を示していたが、後者2つの偏差は大きかった。これにより、絶対圧力トランスミッターは正常であり、今回の故障は配管の漏れが原因ではないと判断された。 計器修理担当者は、タービンユニットには5本のサンプリング配管が使用され、独立したサンプリング方式で設置されていると考えました。これにより、今回のタービンユニットの故障は、設置作業員が正しく設置しなかったために、タービンの運転中に詰まりが発生したものだとすぐに結論づけられました。しかし、タービンユニットは初期の運用やプライミング試験時に何の異常も発生しなかったため、計装点検員は測定管を段階的にチェックすることにした。そして検査結果も、彼らの当初の推測が正しかったことを裏付け、今回の機械故障は確かにサンプリングチューブの取り付けが不適切だったことが原因であることがわかった。 計器修理担当者は事後に、今回の計器設置時の不具合を経て、すべての一次計器用の圧力取り出し管を点検し、各一次計器の圧力取り出し管の設置にある問題点を調査・分析したと述べた。絶対圧力トランスミッターは真空度を測定するため、取り付け時にはトランスミッターの位置が圧力導管が設置されている機器よりも必ず高くなければならない。凝縮水が圧力導管から排出されるようにするため、現場の計装担当者は水平区間を設置する際、一般的に上向きに傾ける方法を採用している。 装置で凝縮水が排出されない場合は、装置内の圧力導管に水平方向のものがないかを確認する必要があります。水平方向に取り付けられた圧力導管が見つかった場合は、その導管を再取り付けし、装置に対して45°上向きに傾けた後、導管をブローすればよいです。 そのため、今回計測器の取り付け位置に問題が生じた際、現場の計測器修理担当者はすべての計測管について再配線を行い、各圧力導入管が絶対圧力を計測する基準通りに設置されるようにしました。これにより、将来的に装置が正常に動作している際に凝縮液が排出されないという事態が発生するのを防ぐことを目的としています。 3、絶対圧送信機の測定範囲とDCSで設定された測定範囲が一致しないことによる測定誤差。計器の測定誤差が頻繁に発生する原因の一つとして、絶対圧送信機の測定範囲をDCSなどの測定範囲と合わせて調整しないことが挙げられます。絶対圧力トランスミッターは、DCSと組み合わせた場合にのみプロセス操作において機器の実際の運転値を反映できるため、絶対圧力トランスミッターはプロセスの要求に応じた測定範囲で設定され、その後DCSの設定における測定範囲と一致させる必要があります。これによって初めて測定誤差を避けることができます。 4、絶対圧力変送器のゼロ点ドリフト 例えば、会社の空気分離装置にあるAセットのタービンユニットが正常に運転している際、プロセスオペレーターは高圧凝縮器の真空変送器の数値が次第に上昇していることに気づきました。また、現場の計測器保守担当者が設備を点検したところ、凝縮器の真空度の測定値にも偏差が生じていることが判明しました。これに気づいた後、計器点検員はこれまで通り、装置内の配管に対して簡単なブロー処理を行ったが、ブロー処理後も今回の測定不良の問題は解決しなかった。最終的に、計器の修理担当者は絶対圧力変換器を取り外し、さらに詳しく点検することに決めました。絶対変送器を詳細に検査したところ、変送器の各検出ポイントで0.19mAの直流出力誤差が見られたが、通常の許容誤差値は0.08mA以内であるため、両者の差は大きかった。そこで計測器の修理担当者は、この数値を過去の同送信機の検査報告と比較したところ、この絶対圧力送信機のこれまでの検査値はすべて正常な測定誤差範囲内にあった。これにより修理担当者は、今回の測定誤差は一次計測器が動作中にゼロ点がずれたことが原因だと考えた。 以前の検出校正記録を確認したところ、圧力差変換器や絶対圧変換器と比べて、絶対圧変換器の方が実際にドリフト現象が起きやすいという重要な点が分かりました。その原因を究明するには、絶対圧力トランスミッターの構造と測定原理という2点を分析することで特定できる。 差圧変換器のゼロ点ドリフトの原因は、差圧変換器のセンサーパッチの両端が対称であるため、ゼロ点ドリフトが生じるからです。 絶対圧力トランスミッタのゼロ点ドリフトの原因は、差圧トランスミッタのゼロ点ドリフト現象とは異なり、絶対圧力トランスミッタのセンサーチップの両端が非対称であること、そして低圧側の基準圧力が非常に安定しているため、基準圧力の減圧やチャンバーの漏れ、あるいは材料の変形や損傷などが、絶対圧力トランスミッタのゼロ点ドリフトを引き起こす要因となるからです。また、絶対圧力トランスミッタのゼロ点ドリフト現象は、単純な検出方法では見つけることができず、4mA未満の値が現れた場合にのみ、計測機器の保守担当者がそのゼロ点ドリフトの問題を発見できるのです。 したがって、絶対圧力トランスミッターの点検時には、一般的に直接比較できる計器が使用されると考えられます。もしその場に計器がなくて偏差を確認できない場合でも、抽出検査の方法を用いることでこの問題を解決できます。したがって、絶対圧力変換器を選ぶ際には、高性能で高安定性を誇るものを選ぶべきです。例えば、輸入品のローズモント、ヨコガワ、ホニウェルなどがあります。国産品としては、単結晶シリコン製の絶対圧力変換器YR-ER103などがあります。昌晖計器網では、絶対圧力変換器について詳しく知ることができます。 5、点検作業中に生じる測定誤差
計器の修理担当者は点検時にしばしば測定誤差という問題に直面する。その原因は主に以下のいくつかの点にある：①校正用の標準計器のずれ　実際に調査してみると、校正用の標準計器がずれるという現象はごく稀である。しかし、絶対圧力用の標準計器は他の標準計器と比べて使用方法が大きく異なるため、他の計器よりも頻繁に点検を行う必要がある。そのため、校正に使用される標準計器は、定められた期間内に法定の計量検定機関に持ち込んで校正を受ける必要がある。また、絶対圧力トランスミッタのゼロ点ドリフトは、簡単な方法では検出が非常に困難なため、直接比較できる計測器を用いて検査し、真空計を使ってポンプを校正する必要があります。 ②調整ミス：絶対圧力変換器はゼロ点のドリフトが非常に起こりやすく、また現場の計装メンテナンス担当者による点検作業中に調整ミスが生じる可能性も高い。工場の現場計装点検員は、しばしば「絶対真空でないゼロ点を絶対圧力変換器のゼロ位置に調整し、現地の大気圧をフルスケールに調整する」という2つの間違いを犯します。ですから、今後の点検作業では、誤りの調整に十分注意し、誤差を減らしていかなければなりません。 ③環境温度の影響　絶対圧力の測定範囲は非常に狭いため、環境温度の変化が与える影響は非常に大きい。絶対圧力トランスミッターの検証や調整を行う際、室内の温度を20℃から8℃に下げると、その測定値は以前の値よりも3kPa高くなる。したがって、私たちはJJG 882-2015「圧力変換器検定規程」に定められた環境条件を厳守し、点検作業の際には環境温度が与える影響をできるだけ減らすよう注意し、絶対圧力変換器の誤差値を最小限に抑えるよう努めなければなりません。