在DCS中實現(xiàn)流量計量的溫度壓力補償

在DCS中實現(xiàn)流量計量的溫度壓力補償天津石化公司化纖廠200kt/aPET紡絲裝置的自動控制系統(tǒng)采用Honeywell公司的TPS系統(tǒng)實現(xiàn)。公用工程系統(tǒng)的流量計量是在DCS中組態(tài)完成的，但在DCS中實現(xiàn)流量計量時僅采用對瞬時流量累計的方法，忽視了溫度、壓力波動所帶來的偏差。在一般情況下流體工況穩(wěn)定（溫度，壓力參數(shù)基本穩(wěn)定）的流量計量系統(tǒng)中，由于工況波動所產(chǎn)生的誤差是在一個允許的范圍內(nèi)。在聚酯短絲的生產(chǎn)過程中蒸汽等介質(zhì)的溫度、壓力波動極大，這是由于短絲的生產(chǎn)性質(zhì)決定的。在短絲的生產(chǎn)過程中蒸汽用量隨時都可能大范圍波動，從停車到小負荷到滿負荷運轉(zhuǎn)經(jīng)常變化。另外，由于管線長壓力損失也很大，以致壓力達不到設(shè)計要求，經(jīng)常發(fā)生壓力下限報警。如果壓力降低得很多或蒸發(fā)前濕度較低，則因水滴蒸發(fā)而使溫度降低后仍高于新的壓力所對應(yīng)的飽和溫度，則蒸汽變?yōu)檫^熱狀態(tài)［1］而設(shè)計條件為飽和蒸汽。此外，現(xiàn)蒸汽流量的測量單位是質(zhì)量流量單位；氣體流量的計量單位是體積流量單位，而由孔板或渦街測量的均為體積流量，要實現(xiàn)質(zhì)量流量的計量需進行溫度、壓力的補償。由于以上原因，流量計量時僅采用對瞬時流量累計的方法，忽視了溫度、壓力波動所帶來的偏差，這對壓力變化比較大的工況是不適宜的。解決的辦法就是在測量中引入溫度和壓力補償?shù)姆椒▉韺崿F(xiàn)實時的流量溫壓補償，將體積流量轉(zhuǎn)變?yōu)橘|(zhì)量流量。1溫度壓力補償及基本公式在Honeywell的DCS中有專用的Flowcomp模塊進行流量補償。此模塊可用于補償溫度、壓力、比密度或分子量變化的流量測量。被測介質(zhì)可以是氣體，蒸汽和液體。原理如圖1所示。注：簡化等式PVCALC=F*Compterm，F(xiàn)一未補償?shù)牧髁?；Compterm有5種形式一A液體，B氣體，蒸汽C氣體、蒸汽（特定引力），D氣體、蒸汽的體積流量，E蒸汽FLOWCOMP模塊的使用取決于Compterm的形式選擇。補償輸入端引自各變量的PV輸入端。補償?shù)幕竟絇VCALC=CFCompterm （1）式中PVCALC—補償輸出；C—刻度，缺省值=1.0；C「C2—假定條件修正值，缺省值=1.0；Compterm—補償值。Compterm取決于它的形式一A，B，C，D，E。A形式主要用于液體質(zhì)量流量或體積流量的補償。(2)(2)B形式主要用于氣體或蒸汽流量的質(zhì)量流量補償。用實際的絕對溫度和絕對壓力來進行補償。Campterm=（3）Campterm=（3）C形式主要用于氣體或蒸汽流量的質(zhì)量流量補償。作為補償輸入的是實際的比密度（測量值或計算值）、絕對溫度和絕對壓力。（4）（4）D形式主要用于氣體或蒸汽流量的質(zhì)量流量補償。作為補償輸入的是實際的絕對溫度、絕對壓力和相對分子質(zhì)量。相對分子質(zhì)量可由程序計算獲得。（5）E形式主要用于工業(yè)蒸汽流量的質(zhì)量流量補償。作為補償輸入的是實際的溫度、壓力、比密度、蒸汽壓縮性和蒸汽特性。此形式也可用于氣體和液體。（6）其中下列變量以工程單位連接輸入。G一測量或計算的比密度或相對分子質(zhì)量;P—實際壓力測量值（表壓）；T-實際溫度測量值；X—實際蒸汽壓縮比測量值；Q—實際蒸汽的質(zhì)量系數(shù)。其中下列變量由工藝工程師設(shè)定。gr—設(shè)計比密度或參考相對分子質(zhì)量；Pr—設(shè)計壓力；qr—設(shè)計蒸汽的質(zhì)量系數(shù)；Tr—設(shè)計溫度；

p0—大氣壓，101.325kPa；T0—溫度，Kxr—參考蒸汽壓縮比。2溫度壓力補償實例根據(jù)該裝置公用工程的實際情況，需補償?shù)牧髁繙y量點如表1所列。表1需要補償?shù)牧髁繙y量點介質(zhì)流量測量點溫度測量點壓力測量點2.2MPa蒸汽FIT-00003TE-00003PIT-000031.6MPa蒸汽FIT-00002TE-00002PIT-000020.6MPa蒸汽FIT-00001TE-00001PIT-000010.3MPa蒸汽FIT-00011TE-00011PIT-000110.9MPa壓縮空氣FIT-00004TE-00004PIT-000040.6MPa壓縮空氣FIT-00005TE-00005PIT-00005儀表壓縮空氣FIT-00010TE-00010PIT-00010從表1可以看出：1）流量測量點同時都有溫度壓力測量；2）被測介質(zhì)只有兩類一蒸汽和壓縮空氣。由于在線沒有更多的物性參數(shù)測量儀表，這樣就可使用B形式作為流量測量的溫度壓力補償算法。下面以2.2MPa蒸汽FIT-00003點為例說明利用在線溫度（TE-00003）、壓力（PIT-00003）進行溫度壓力補償?shù)膶崿F(xiàn)過程。將式（3）代入式（1）得（7）（7）其中取C=1.00，C=1.00，C=1.00，F(xiàn)=FIT-00003.PV，p=PRIAL-00003.PV，p=0.101325MPa，1 2 0p「2.301325MPa，Tr=493.15°C，T=TIR-00003.PV.T0=273.15°C經(jīng)試驗補償效果良好。當(dāng)流量、溫度不變，僅壓力變化時的數(shù)據(jù)如表2所列。表2僅壓力變化時數(shù)據(jù)表FIT-00003PRIAL-00003TIR-00003ComptermPVCALC20001.802200.90891817.9020001.902200.93251865.0920002.002200.95561911.1220002.102200.97801956.0620002.202201.00002000.0020002.302201.02152042.9920002.402201.04252085.1020002.502201.06322126.37當(dāng)壓力值變化10%時補償環(huán)節(jié)將補償流量變化的4.88%；當(dāng)壓力值變化20%時補償環(huán)節(jié)將補償流量變化的9.54%。2.2MPa蒸汽系統(tǒng)的壓力峰值變化會達到50%，所以溫度壓力的補償環(huán)節(jié)是非常必要的。DCS中的組態(tài)內(nèi)容（部分）如下。PVALGID=FlowcompTF=0.000000PVEQN=EQBPVCHAR=SQRTC=1.000000"=1.000000C2=1.000000COMPHILM=1.25000COMPHILM=0.800000PR=2.301325Tr=493.1500P0=0.1O1325"=273.1500PISRC（1）=FIT-00003.PVPISRC（2）=PRIAL-00003.PVPISRC（3）=TIR-00003.PV這樣體積流量就可以轉(zhuǎn)換為質(zhì)量流量，便于計量和計量單