DCS工程實(shí)施中的流量補(bǔ)償計(jì)算.doc

DCS工程實(shí)施中的流量補(bǔ)償計(jì)算張洪垠 在我們DCS工程實(shí)施中，經(jīng)常會(huì)有氣體流量溫壓補(bǔ)償、分子量補(bǔ)償或密度補(bǔ)償計(jì)算，目的是為了保證流量測(cè)量計(jì)量、累積準(zhǔn)確，配料合理及控制精確、有效；經(jīng)常會(huì)有把氣體流量的計(jì)量單位由體積單位轉(zhuǎn)換成質(zhì)量流量單位。生產(chǎn)過(guò)程中由于實(shí)際溫度、壓力經(jīng)常的變化與波動(dòng)而偏離設(shè)計(jì)值（基準(zhǔn)值），勢(shì)必造成實(shí)際的瞬時(shí)流量測(cè)量有誤差，導(dǎo)致累積流量也會(huì)有誤差，為了糾正該誤差，在DCS方案設(shè)計(jì)時(shí)必需考慮對(duì)氣體流量測(cè)量進(jìn)行補(bǔ)償計(jì)算。在實(shí)際工程中，遇到氣體最多的是天然氣流量補(bǔ)償計(jì)算、飽和蒸汽流量補(bǔ)償計(jì)算和空氣流量補(bǔ)償計(jì)算，下面以工程應(yīng)用實(shí)例給予介紹，其它氣體流量補(bǔ)償計(jì)算可以參照本實(shí)例。 在DCS系統(tǒng)中，一般都有專用的溫壓補(bǔ)償功能模塊，工程人員完成相關(guān)參數(shù)的設(shè)置和回路連接即可。不論是差壓式流量計(jì)（孔板、噴嘴、阿牛巴、文丘里等），還是容積式流量計(jì)（旋渦、電磁等），在DCS工程實(shí)施中，其流量都可以進(jìn)行補(bǔ)償計(jì)算。 一、 天然氣流量補(bǔ)償計(jì)算在以天然氣為原料的化工裝置中，天然氣流量均需要進(jìn)行溫壓補(bǔ)償和分子量補(bǔ)償。例如：以長(zhǎng)慶油田天然氣為原料的某甲醇廠，在DCS系統(tǒng)控制方案設(shè)計(jì)時(shí)，我們看看工程對(duì)天然氣流量進(jìn)行溫壓補(bǔ)償和分子量補(bǔ)償?shù)姆桨冈O(shè)計(jì)情況。由用戶提供天然氣的組份分析，實(shí)際天然氣平均組分：CH4= 96.37 %，C2H6= 0.77 %，C3H8= 0.06 %，C4H10= 0.0 %，C5H12= 0.0 %，CO2= 2.61 %，N2= 0.15 %，O2= 0.03%，H2= 0.01%。 1、FI400：指示單元，入轉(zhuǎn)化爐天然氣體積流量顯示（孔板設(shè)計(jì)為0時(shí)的天然氣標(biāo)準(zhǔn)體積流量），刻度范圍0.050000.0 NM3/H2、FL0202：數(shù)據(jù)設(shè)定單元，入轉(zhuǎn)化爐天然氣實(shí)際平均分子量手動(dòng)設(shè)定（SP=16.9191），刻度范圍：0.0020.00。計(jì)算方法：平均分子量M（天）=各氣體組分的分子量*各氣體組分的百分?jǐn)?shù)相加實(shí)例推算：根據(jù)用戶提供的實(shí)際天然氣平均成分，得：M天=16.04*96.37%+30.07*0.77%+44.097*0.06%+58.124*0.00%+72.151*0.00%+44.01*2.61%（CO2）+28.013*0.15%（N2）+32*0.03%（O2）+2*0.01%（H2）=16.91913、TI1507：指示單元，入轉(zhuǎn)化爐天然氣溫度顯示， 0.00200.00。4、PI102：指示單元，入轉(zhuǎn)化爐天然氣壓力顯示，0.006.00Mpa。5、FX203A：溫壓補(bǔ)償運(yùn)算單元，天然氣流量溫壓補(bǔ)償計(jì)算。l 儀表刻度范圍： 0.050000.0 NM3/Hl 補(bǔ)償溫度：TI1507.PV，設(shè)計(jì)Tb=132l 補(bǔ)償壓力：PI102.PV，設(shè)計(jì)Pb=4.3Mpa（絕壓） 溫壓補(bǔ)償公式：F-補(bǔ)償后流量，即FX203A.PVf-補(bǔ)償前流量，即FI400.PVP-測(cè)量壓力（表壓），即PI102.PVPb-設(shè)計(jì)壓力（基準(zhǔn)壓力）（絕壓），設(shè)計(jì)Pb=4.3Mpa（絕壓）T-測(cè)量溫度，即TI1507.PVTb-設(shè)計(jì)溫度（基準(zhǔn)溫度），設(shè)計(jì)Tb=132P0-大氣壓，P0=0.101325Mpa 所以：6、FX203B：計(jì)算單元，把0天然氣標(biāo)準(zhǔn)體積流量換算成20的標(biāo)準(zhǔn)體積流量。l FX203A儀表刻度范圍： 0.050000.0 NM3/H（0標(biāo)準(zhǔn)體積流量）l FX203B儀表刻度范圍： 0.050000.0 NM3/H（20標(biāo)準(zhǔn)體積流量）由于： -大氣壓，0.101325Mpa-0時(shí)的體積流量，即FX203A.PV-0時(shí)的溫度，273.15KP-大氣壓，0.101325MpaV-20時(shí)的體積流量，即FX203B.PVT-20時(shí)的溫度，T=293.15K所以有： 7、FI400A：計(jì)算單元，把入轉(zhuǎn)化爐天然氣體積流量換算成質(zhì)量流量，儀表刻度范圍：0.0042.00 T/H。1) 1Kgmol=1千克分子=1Kg/M（Kg/分子量）;2) 1Kgmol=22.4NM33) 分子量M天的單位：0.0020.00 Kg/ Kgmol質(zhì)量流量（T/H）=體積流量（NM3/H）*平均分子量M天/(1000*22.4) 計(jì)算方法：質(zhì)量流量（T/H）= FI400A.PV體積流量（NM3/H）= FX203A.PV （標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)0，0.101325Mpa）平均分子量M（天）= FL0202.SP即： FI400A.PV=4.4643*10-5 *FX203A.PV*FL0202.SP 8、FX0203：計(jì)算單元，入轉(zhuǎn)化爐天然氣質(zhì)量流量進(jìn)行分子量補(bǔ)償計(jì)算（0.0042.00 T/H）。計(jì)算方法：A、體積流量分子量補(bǔ)償公式：補(bǔ)償后體積流量=補(bǔ)償前體積流量B、質(zhì)量流量分子量或密度補(bǔ)償公式：補(bǔ)償后質(zhì)量流量=補(bǔ)償前質(zhì)量流量（或）分子量補(bǔ)償后質(zhì)量流量（T/H）= FX0203.PV分子量補(bǔ)償前質(zhì)量流量（T/H）= FI400A.PVM天= FL0202.SP（實(shí)際平均分子量）M設(shè)= 17（FT400孔板設(shè)計(jì)平均分子量）采用上面公式B，得： 9、FRCA1：PID調(diào)節(jié)單元，入轉(zhuǎn)化爐天然氣流量調(diào)節(jié)器。l 儀表刻度范圍：0.0042.00 T/Hl 反作用l 比例帶：P=300%，積分：I=50秒，微分：D=0秒l FCV1為FC閥（氣開閥）二、 蒸汽流量補(bǔ)償計(jì)算在絕大多數(shù)工廠都有蒸汽，一般對(duì)主要蒸汽、計(jì)量蒸汽和控制蒸汽均需要進(jìn)行流量溫壓補(bǔ)償。例如：某廠的中壓蒸汽流量控制，在DCS系統(tǒng)控制方案設(shè)計(jì)時(shí)，我們看看工程對(duì)中壓蒸汽流量進(jìn)行溫壓補(bǔ)償?shù)姆桨冈O(shè)計(jì)情況。1、FI0002：指示單元，入轉(zhuǎn)化爐中壓蒸汽流量顯示，刻度范圍0.00150.00T/H。2、TI0002：指示單元，進(jìn)轉(zhuǎn)化爐中壓蒸汽溫度顯示，刻度范圍0.00600.00。3、PI0013：指示單元，進(jìn)101-B中壓蒸汽壓力顯示，刻度范圍0.006.00Mpa。4、FX0208：溫壓補(bǔ)償運(yùn)算單元，進(jìn)轉(zhuǎn)化爐中壓蒸汽流量溫壓補(bǔ)償計(jì)算。l 儀表刻度范圍： 0.00150.00T/Hl 補(bǔ)償溫度：TI0002.PV，設(shè)計(jì)Tb=320l 補(bǔ)償壓力：PI0013.PV，設(shè)計(jì)Pb=4.0Mpa（絕壓） 溫壓補(bǔ)償公式： F-補(bǔ)償后流量，即FX0208.PVf-補(bǔ)償前流量，即FI0002.PVP-測(cè)量壓力（表壓Mpa），即PI0013.PVPb-設(shè)計(jì)壓力（基準(zhǔn)壓力）（絕壓），設(shè)計(jì)Pb=4.0MpaT-測(cè)量溫度，即TI0002.PVTb-設(shè)計(jì)溫度（基準(zhǔn)溫度），設(shè)計(jì)Tb=320P0-大氣壓，P0=0.101325Mpa 所以： 5、FRCA2：PID調(diào)節(jié)單元，入轉(zhuǎn)化爐中壓蒸汽流量調(diào)節(jié)器。l 儀表刻度范圍：0.00150.00 T/Hl 反作用l 比例帶：P=500%，積分：I=25秒，微分：D=0秒l FCV2為FO閥（氣關(guān)閥）調(diào)節(jié)器的輸出OP增加，閥門開打；反之，閥門關(guān)小。6、XC0002：FRCA2調(diào)節(jié)器的輸出經(jīng)過(guò)反相器再到調(diào)節(jié)閥（0.00100.00 %）。XC0002.OP=100.00 - FRCA2.OP三、 空氣流量補(bǔ)償計(jì)算空氣是最常見的氣體之一，許多場(chǎng)合需要對(duì)空氣進(jìn)行流量溫壓補(bǔ)償。例如：某廠的工藝空氣流量控制，在DCS系統(tǒng)控制方案設(shè)計(jì)時(shí)，我們看看工程對(duì)工藝空氣流量進(jìn)行溫壓補(bǔ)償?shù)姆桨冈O(shè)計(jì)情況。 1、FI0003：指示單元，進(jìn)入二段爐的工藝空氣流量顯示，刻度范圍：0.070000.0 NM3/H。2、TI003A：指示單元，入二段爐空氣溫度顯示，刻度范圍0.00260.00。3、PI003A：指示單元，入二段爐空氣壓力顯示，刻度范圍0.006.00Mpa。4、FX0402：溫壓補(bǔ)償運(yùn)算單元，二段爐空氣流量溫壓補(bǔ)償計(jì)算，并把0標(biāo)準(zhǔn)體積流量換算成質(zhì)量流量（空氣密度=1.2931KG/ NM3）。l 儀表刻度范圍： 0.090.00 T/Hl 補(bǔ)償溫度：TI003A.PV，設(shè)計(jì)Tb=181l 補(bǔ)償壓力：PI003A.PV，設(shè)計(jì)Pb=3.6Mpa（絕壓） 溫壓補(bǔ)償公式：F-補(bǔ)償后流量，即FX0402.PVf-補(bǔ)償前流量，即FI0003.PVP-測(cè)量壓力（表壓），即PI003A.PVPb-設(shè)計(jì)壓力（基準(zhǔn)壓力）（絕壓），設(shè)計(jì)Pb=3.6Mpa（絕壓）T-測(cè)量溫度，即TI003A.PVTb-設(shè)計(jì)溫度（基準(zhǔn)溫度），設(shè)計(jì)Tb=181P0-大氣壓，P0=0.101325Mpa所以：5、FIC003：PID調(diào)節(jié)單元，工藝空氣流量調(diào)節(jié)器。l 儀表刻度范圍：0.090.00 T/H l 反作用l 比例帶：P=200%，積分：I=90秒，微分：D=0秒l FCV3為FO閥（氣關(guān)閥）6、XC0003：FIC003調(diào)節(jié)器的輸出經(jīng)過(guò)反相器再到調(diào)節(jié)閥（0.00100.00 %）。XC0003.OP=100.00 FIC003.OP四、 由DCS軟件組態(tài)實(shí)現(xiàn)的安全措施：為了保證DCS控制方案設(shè)計(jì)科學(xué)合理，根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，在DCS軟件組態(tài)時(shí)，對(duì)參加溫壓補(bǔ)償計(jì)算的一次儀表均要設(shè)置正常工藝操作上下限報(bào)警值（HI、LO）、變化率報(bào)警值VL、輸入斷線報(bào)警值IOP，對(duì)PID調(diào)節(jié)器均要設(shè)置偏差報(bào)警值DV，目的是對(duì)一次儀表和主要調(diào)節(jié)器的故障和錯(cuò)誤信息進(jìn)行判斷、識(shí)別，采取相應(yīng)的安全保護(hù)措施，如輸入開路、測(cè)量變化率大、輸入信號(hào)越限、偏差報(bào)警等現(xiàn)象發(fā)生時(shí)，調(diào)節(jié)系統(tǒng)切回手動(dòng)狀態(tài)，并報(bào)警提醒操作人員。例如：a) 當(dāng)FI400、TI1507、PI102之一IOP（輸入開路）時(shí)，F(xiàn)RCA1變?yōu)槭謩?dòng)；b) 當(dāng)FI400、TI1507、PI102之一HI，或LO、或VL報(bào)警時(shí)，F(xiàn)RCA1變?yōu)槭謩?dòng)；c) 當(dāng)FRCA1偏差DV報(bào)警時(shí)，F(xiàn)RCA1變?yōu)镸AN（手動(dòng)）；d) FRCA1在手動(dòng)MAN時(shí)，相應(yīng)的調(diào)節(jié)器會(huì)自動(dòng)跟蹤，即：FRCA1.SP= FRCA1.PV；e) 對(duì)天然氣的流量溫壓補(bǔ)償，為了避免一次儀表故障導(dǎo)致流量測(cè)量錯(cuò)誤，通過(guò)設(shè)計(jì)邏輯控制策略，采取間斷性溫壓補(bǔ)償方式，即：當(dāng)參與校正的溫度、壓力測(cè)量值正常時(shí)，5秒鐘一刷新；異常（HI、或LO、或VL、或IOP）時(shí)，保持上一周期的數(shù)據(jù)，停止數(shù)據(jù)采集，流量校正采用前一次采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行校正，當(dāng)該儀表正常后，又恢復(fù)5秒鐘采集一次。采用此方法進(jìn)行校正的目的是防止參與的儀表失靈造成整個(gè)控制系統(tǒng)誤動(dòng)作而造成事故。首先，我們應(yīng)該知道，我們通常所說(shuō)的流量計(jì)除了質(zhì)量流量計(jì)外測(cè)量的一般都是體積流量。以下測(cè)量場(chǎng)合的流量計(jì)需要溫度或壓力補(bǔ)償：1、測(cè)量氣體時(shí)，需要溫度壓力同時(shí)補(bǔ)償；氣體一般都以標(biāo)準(zhǔn)狀況體積流量結(jié)算。因?yàn)闅怏w的體積流量溫度或壓力變化時(shí)，流量都會(huì)改變。2、測(cè)量過(guò)熱蒸汽時(shí)，需要溫度壓力同時(shí)補(bǔ)償；蒸汽一般都以質(zhì)量流量結(jié)算。因?yàn)闇囟然驂毫τ腥魏我粋€(gè)發(fā)生變化，蒸汽的密度會(huì)發(fā)生改變，質(zhì)量流量也隨之改變。3、測(cè)量飽和蒸汽時(shí)，需要單溫度補(bǔ)償或單壓力補(bǔ)償。飽和蒸汽的密度與溫度或壓力有一個(gè)固定的對(duì)應(yīng)關(guān)系（飽和蒸汽密度表），知道其中的任何一個(gè)，都可以確定飽和蒸汽的密度。4、測(cè)量液體時(shí)，一般不需要壓力補(bǔ)償，在5MPa以下，一般只考慮溫度影響，為準(zhǔn)確測(cè)量需要溫度補(bǔ)償。一般測(cè)量時(shí)，可以不使用任何補(bǔ)償；測(cè)量一些碳?xì)浠衔铮ㄈ缭停话阈枰獪囟葔毫ν瑫r(shí)補(bǔ)償。流量的溫度壓力補(bǔ)償：從流量公式可以看出，對(duì)于質(zhì)量流量和重量流量來(lái)說(shuō)，要知道流量就必須知道介質(zhì)密度（）；同時(shí)要進(jìn)行實(shí)際流量和標(biāo)準(zhǔn)流量的換算，同樣要知道不同狀態(tài)下的介質(zhì)密度（）。就實(shí)際應(yīng)用來(lái)說(shuō)，大多數(shù)流量計(jì)是以標(biāo)準(zhǔn)流量進(jìn)行刻度的。而除了專門的質(zhì)量流量計(jì)以外的大多數(shù)流量計(jì)是以測(cè)量流速為基本工作方式的。在表達(dá)流量的過(guò)程中，介質(zhì)密度（）是根據(jù)介質(zhì)的的實(shí)際工況條件人為給出的。當(dāng)實(shí)際工況條件發(fā)生變化，偏離設(shè)計(jì)時(shí)的工況條件時(shí)，流量計(jì)的測(cè)量結(jié)果將出現(xiàn)偏差。對(duì)于服從理想氣體定律的氣體，以及密度與溫度、壓力呈線性關(guān)系的介質(zhì)。在溫度、壓力變化不超出一定范圍，并且介