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蒸汽流量溫壓補(bǔ)償在DCS上的實(shí)現(xiàn)

 蒸汽是工礦企業(yè)使用的二次能源，其測(cè)量的準(zhǔn)確性對(duì)節(jié)約能源、成本核算、提高經(jīng)濟(jì)效益等有著重要意義。目前，蒸汽的測(cè)量主要采用渦街流量計(jì)、孔板流量計(jì)，然后通過(guò)二次表和溫度、壓力變送器進(jìn)行溫壓補(bǔ)償計(jì)算出質(zhì)量。雖然測(cè)量流量的儀表種類(lèi)繁多，但大多數(shù)以體積測(cè)量為主，而蒸汽在日常貿(mào)易交接、能耗統(tǒng)計(jì)中以質(zhì)量計(jì)量為準(zhǔn)，這就要求準(zhǔn)確地將體積流量轉(zhuǎn)換成質(zhì)量流量。在實(shí)際測(cè)量蒸汽流量時(shí)，往往現(xiàn)場(chǎng)工況與設(shè)計(jì)工況不相符，蒸汽的工況變化對(duì)測(cè)量影響較大，蒸汽的密度隨著溫度、壓力的變化而變化。

    蒸汽處于過(guò)熱狀態(tài)，其溫度、壓力變化時(shí)，密度有很大的變化，如果不進(jìn)行溫壓補(bǔ)償，測(cè)量就會(huì)引起較大的誤差。為此筆者利用在用渦街流量計(jì)通過(guò)DCS實(shí)現(xiàn)蒸汽溫壓補(bǔ)償，改造工程量少，節(jié)約費(fèi)用，大大地提高計(jì)量準(zhǔn)確度。具體方法如下。

    以浙大中控的JX-300X系統(tǒng)為例，首先將密度值定義為浮點(diǎn)數(shù)DENSITY，通過(guò)自定義函數(shù)的方式實(shí)現(xiàn)。過(guò)熱蒸汽密度表有溫度和壓力兩個(gè)自變量。由于該公司蒸汽壓力在0.4~1.0MPa范圍內(nèi)變化，溫度變化以不同裝置實(shí)際需要確定變化范圍，這樣可以減少應(yīng)用程序，不必將整個(gè)密度表都寫(xiě)到程序里，可以只寫(xiě)蒸汽壓力、蒸汽溫度在一定范圍變化的程序，超出此范圍可以賦予一個(gè)定值。分析得出溫度和壓力的變化在一定范圍內(nèi)近似線性，通過(guò)此規(guī)律，將蒸汽壓力進(jìn)行細(xì)分，每0.1MPa之間都隨著溫度進(jìn)行變化，以蒸汽壓力在0.4~0.5MPa隨溫度變化的例子說(shuō)明密度計(jì)算程序，首先在DCS中定義密度計(jì)算程序（從略），表1是程序中采用的密度表。

    定義密度計(jì)算程序是蒸汽壓力0.4~0.5MPa的一個(gè)函數(shù)，以相同的方法定義0.5~0.6MPa，0.6~0.7MPa，一直到0.9~1MPa等若干個(gè)函數(shù)，這里不再重復(fù)。通過(guò)對(duì)壓力值范圍的判斷調(diào)用相應(yīng)的函數(shù)，就可以得到較為準(zhǔn)確的密度值。程序框圖如圖1，圖2所示，pi為蒸汽壓力，ti為蒸汽溫度。

圖1 主程序原理

圖2 密度計(jì)算函數(shù)塊原理

    該公司使用不同廠家的DCS，在DeltaV系統(tǒng)中，該補(bǔ)償方法實(shí)現(xiàn)起來(lái)更為方便，因?yàn)樵撓到y(tǒng)具有數(shù)學(xué)函數(shù)、邏輯運(yùn)算的功能塊，方便程序得以實(shí)現(xiàn)。具體程序內(nèi)容同上所述，只是密度值由功能塊的各個(gè)輸出引腳替代，使程序更加簡(jiǎn)單。該功能塊輸出個(gè)數(shù)zui多為16個(gè)（n≤16），輸出個(gè)數(shù)超過(guò)16時(shí)，可再增加一個(gè)功能塊。

    對(duì)于PCS7控制系統(tǒng)，可自定義功能塊FB，在FB中通過(guò)文本化的編程語(yǔ)言編寫(xiě)應(yīng)用程序，通過(guò)調(diào)用該功能塊來(lái)實(shí)現(xiàn)密度計(jì)算。由于正常使用時(shí)，自定義功能塊編譯下載過(guò)程中系統(tǒng)會(huì)提示停止CPU，不利于安全生產(chǎn)，因此對(duì)于重要裝置建議在CFC（ContinuousFunctionChart）中編寫(xiě)程序，可以在線下載。與FB不同，CFC采用各種運(yùn)算功能塊搭建而成，其優(yōu)點(diǎn)是直觀、明了，缺點(diǎn)是功能塊多，搭建繁瑣。在CFC中編寫(xiě)程序，可以在保證蒸汽計(jì)量精度的情況下進(jìn)一步簡(jiǎn)化程序：工藝要縮小蒸汽變化的范圍；盡量以壓力或溫度中的一個(gè)影響較大的參數(shù)作為計(jì)算密度函數(shù)中的變量。FB與CFC比較示意如圖3所示。

圖3 FB與CFC比較示意

    上述介紹是過(guò)熱蒸汽溫壓補(bǔ)償?shù)膶?shí)現(xiàn)，對(duì)于飽和蒸汽溫壓補(bǔ)償就簡(jiǎn)單了，因?yàn)轱柡蜖顟B(tài)的蒸汽壓力和溫度之間呈單值函數(shù)關(guān)系，從蒸汽壓力查出的密度與此壓力對(duì)應(yīng)溫度查出的密度是相同的，因此采用壓力補(bǔ)償和溫度補(bǔ)償都是可以的，編程方式更為簡(jiǎn)單。

    上述編程方式的實(shí)施，對(duì)不具備溫壓補(bǔ)償?shù)膬x表可以實(shí)現(xiàn)溫壓補(bǔ)償，使今后儀表選型有了更大的選擇空間，還可以省去單獨(dú)購(gòu)買(mǎi)蒸汽積算器的費(fèi)用。另外，在選擇流量?jī)x表時(shí)應(yīng)考慮五個(gè)主要因素：被測(cè)流體特性、生產(chǎn)工藝情況、安裝條件、維護(hù)需求及流量?jī)x表的特性，以保證計(jì)量的準(zhǔn)確性。

    通過(guò)以上方法，該公司在所有的DCS上，對(duì)蒸汽流量做溫壓補(bǔ)償，蒸汽計(jì)量變得較為準(zhǔn)確，保證了全公司蒸汽平衡，由原來(lái)的相對(duì)誤差百分之二十幾降到了百分之四左右，為公司的能耗分析提供了可靠的依據(jù)。