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文檔簡介
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量計(jì)量、累積準(zhǔn)確,配料合理及控制精確、有效;經(jīng)常會有把氣體流量的計(jì)量單位由體積單位轉(zhuǎn)換成質(zhì)量流量單位。生產(chǎn)過程中由于實(shí)際溫度、壓力經(jīng)常的變化與波動而偏離設(shè)計(jì)值(基準(zhǔn)值),勢必造成實(shí)際的瞬時流量測量有誤差,導(dǎo)致累積流量也會有誤差,為了糾正該誤差,在DCS方案設(shè)計(jì)時必需考慮對氣體流量測量進(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,我們看看工程對天然氣流量進(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時的體積流量,即FX203A.PV-0時的溫度,273.15KP-大氣壓,0.101325MpaV-20時的體積流量,即FX203B.PVT-20時的溫度,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,我們看看工程對中壓蒸汽流量進(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,許多場合需要對空氣進(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,我們看看工程對工藝空氣流量進(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,對參加溫壓補(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警值(HI、LO)、變化率報警值VL、輸入斷線報警值IOP,對PID調(diào)節(jié)器均要設(shè)置偏差報警值DV,目的是對一次儀表和主要調(diào)節(jié)器的故障和錯誤信息進(jìn)行判斷、識別,采取相應(yīng)的安全保護(hù)措施,如輸入開路、測量變化率大、輸入信號越限、偏差報警等現(xiàn)象發(fā)生時,調(diào)節(jié)系統(tǒng)切回手動狀態(tài),并報警提醒操作人員。例如:a) 當(dāng)FI400、TI1507、PI102之一IOP(輸入開路)時,F(xiàn)RCA1變?yōu)槭謩?;b) 當(dāng)FI400、TI1507、PI102之一HI,或LO、或VL報警時,F(xiàn)RCA1變?yōu)槭謩?;c) 當(dāng)FRCA1偏差DV報警時,F(xiàn)RCA1變?yōu)镸AN(手動);d) FRCA1在手動MAN時,相應(yīng)的調(diào)節(jié)器會自動跟蹤,即:FRCA1.SP= FRCA1.PV;e) 對天然氣的流量溫壓補(bǔ)償,為了避免一次儀表故障導(dǎo)致流量測量錯誤,通過設(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、壓力測量值正常時,5秒鐘一刷新;異常(HI、或LO、或VL、或IOP)時,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控制系統(tǒng)誤動作而造成事故。首先,我們應(yīng)該知道,我們通常所說的流量計(jì)除了質(zhì)量流量計(jì)外測量的一般都是體積流量。以下測量場合的流量計(jì)需要溫度或壓力補(bǔ)償:1、測量氣體時,需要溫度壓力同時補(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,流量都會改變。2、測量過熱蒸汽時,需要溫度壓力同時補(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€發(fā)生變化,蒸汽的密度會發(fā)生改變,質(zhì)量流量也隨之改變。3、測量飽和蒸汽時,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固定的對應(yīng)關(guān)系(飽和蒸汽密度表),知道其中的任何一個,都可以確定飽和蒸汽的密度。4、測量液體時,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)確測量需要溫度補(bǔ)償。一般測量時,可以不使用任何補(bǔ)償;測量一些碳?xì)浠衔铮ㄈ缭停?,一般需要溫度壓力同時補(bǔ)償。流量的溫度壓力補(bǔ)償:從流量公式可以看出,對于質(zhì)量流量和重量流量來說,要知道流量就必須知道介質(zhì)密度();同時要進(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)用來說,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)是以測量流速為基本工作方式的。在表達(dá)流量的過程中,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)時的工況條件時,流量計(jì)的測量結(jié)果將出現(xiàn)偏差。對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
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