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涡街流量计在蒸汽测量时利用DCS达到准确计量

摘要:随着生产对能耗成本核算的要求越来越高,蒸汽的准确计量也越来越重要。由于蒸汽的来源复杂,其压力、温度变化范围也较大,造成蒸汽的密度变化也较大。采用涡街流量计进行测量累积,仪表本身不能自动补偿工况所带来密度变化,这就给蒸汽计量误差带来了较大的影响。主要针对上述出现的问题,阐述了涡街流量计在蒸汽测量时如何利用DCS准确地计算出蒸汽的密度,从而达到准确计量的目的。
蒸汽是工矿企业使用最为广泛的二次能源,其测量的准确性对节约能源、成本核算、提高经济效益等有着重要意义。目前,蒸汽的测量主要采用涡街流量计、孔板流量计,然后通过二次表和温度、压力变送器进行温压补偿计算出质量。虽然测量流量的仪表种类繁多,但大多数以体积测量为主,而蒸汽在日常贸易交接、能耗统计中以质量计量为准,这就要求准确地将体积流量转换成质量流量。在实际测量蒸汽流量时,往往现场工况与设计工况不相符,蒸汽的工况变化对测量影响较大,蒸汽的密度随着温度、压力的变化而变化。
1、补偿实施
蒸汽处于过热状态,其温度、压力变化时,密度有很大的变化,如果不进行温压补偿,测量就会引起较大的误差。为此笔者利用在用涡街流量计通过DCS实现蒸汽温压补偿,改造工程量少,节约费用,大大地提高计量准确度。具体方法如下。
以浙大中控的JX-300X系统为例,首先将密度值定义为浮点数DENSITY,通过自定义函数的方式实现。过热蒸汽密度表有温度和压力两个自变量。由于该公司蒸汽压力在0.4~1.0MPa范围内变化,温度变化以不同装置实际需要确定变化范围,这样可以减少应用程序,不必将整个密度表都写到程序里,可以只写蒸汽压力、蒸汽温度在一定范围变化的程序,超出此范围可以赋予一个定值。分析得出温度和压力的变化在一定范围内近似线性,通过此规律,将蒸汽压力进行细分,每0.1MPa之间都随着温度进行变化,以蒸汽压力在0.4~0.5MPa随温度变化的例子说明密度计算程序,首先在DCS中定义密度计算程序(从略),表1是程序中采用的密度表。
定义密度计算程序是蒸汽压力0.4~0.5MPa的一个函数,以相同的方法定义0.5~0.6MPa,0.6~0.7MPa,一直到0.9~1MPa等若干个函数,这里不再重复。通过对压力值范围的判断调用相应的函数,就可以得到较为准确的密度值。程序框图如图1,图2所示,pi为蒸汽压力,ti为蒸汽温度。
该公司使用不同厂家的DCS,在DeltaV系统中,该补偿方法实现起来更为方便,因为该系统具有数学函数、逻辑运算的功能块,方便程序得以实现。具体程序内容同上所述,只是密度值由功能块的各个输出引脚替代,使程序更加简单。该功能块输出个数最多为16个(n≤16),输出个数超过16时,可再增加一个功能块。
对于PCS7控制系统,可自定义功能块FB,在FB中通过文本化的高级编程语言编写应用程序,通过调用该功能块来实现密度计算。由于正常使用时,自定义功能块编译下载过程中系统会提示停止CPU,不利于安全生产,因此对于重要装置建议在CFC(Continuous Function Chart)中编写程序,可以在线下载。与FB不同,CFC采用各种运算功能块搭建而成,其优点是直观、明了,缺点是功能块多,搭建繁琐。在CFC中编写程序,可以在保证蒸汽计量精度的情况下进一步简化程序:工艺要缩小蒸汽变化的范围;尽量以压力或温度中的一个影响较大的参数作为计算密度函数中的变量。FB与CFC比较示意如图3所示。
上述介绍是过热蒸汽温压补偿的实现,对于饱和蒸汽温压补偿就简单了,因为饱和状态的蒸汽压力和温度之间呈单值函数关系,从蒸汽压力查出的密度与此压力对应温度查出的密度是相同的,因此采用压力补偿和温度补偿都是可以的,编程方式更为简单。
2、结束语
上述编程方式的实施,对不具备温压补偿的涡街流量计可以实现温压补偿,使今后仪表选型有了更大的选择空间,还可以省去单独购买蒸汽积算器的费用。另外,在选择流量仪表时应考虑五个主要因素:被测流体特性、生产工艺情况、安装条件、维护需求及流量仪表的特性,以保证计量的准确性。
通过以上方法,该公司在所有的DCS上,对蒸汽流量做温压补偿,蒸汽计量变得较为准确,保证了全公司蒸汽平衡,由原来的相对误差百分之二十几降到了百分之四左右,为公司的能耗分析提供了可靠的依据。