天津石化公司化纖廠200kt/a PET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(fù)荷到滿負(fù)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(dá)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(jìn)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(jìn)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)— 未補償?shù)牧髁浚籆ompterm有5種形式—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?/p>
PVCALC=CFCompterm （1）
式中 PVCALC— 補償輸出；
C— 刻度，缺省值=1.0；
C1，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— 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）
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(jìn)行補償。
（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）
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— 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，K
XR— 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
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介質(zhì) |
流量測量點 |
溫度測量點 |
壓力測量點 |
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2.2MPa蒸汽 |
FIT-00003 |
TE-00003 |
PIT-00003 |
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1.6MPa蒸汽 |
FIT-00002 |
TE-00002 |
PIT-00002 |
|
0.6MPa蒸汽 |
FIT-00001 |
TE-00001 |
PIT-00001 |
|
0.3MPa蒸汽 |
FIT-00011 |
TE-00011 |
PIT-00011 |
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0.9MPa壓縮空氣 |
FIT-00004 |
TE-00004 |
PIT-00004 |
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0.6MPa壓縮空氣 |
FIT-00005 |
TE-00005 |
PIT-00005 |
|
儀表壓縮空氣 |
FIT-00010 |
TE-00010 |
PIT-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— 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(jìn)行溫度壓力補償?shù)膶崿F(xiàn)過程。將式（3）代入式（1）得
（7）
其中 取C=1.00，C1=1.00，C2=1.00，F(xiàn)=FIT-00003.PV， p=PRIAL-00003.PV，p0=0.101325M Pa，pR=2.301325MPa， TR=493.15℃，T=TIR-00003.PV.T0=273.15℃
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
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FIT-00003 |
PRIAL-00003 |
TIR-00003 |
Compterm |
PVCALC |
|
2000 |
1.80 |
220 |
0.9089 |
1817.90 |
|
2000 |
1.90 |
220 |
0.9325 |
1865.09 |
|
2000 |
2.00 |
220 |
0.9556 |
1911.12 |
|
2000 |
2.10 |
220 |
0.9780 |
1956.06 |
|
2000 |
2.20 |
220 |
1.0000 |
2000.00 |
|
2000 |
2.30 |
220 |
1.0215 |
2042.99 |
|
2000 |
2.40 |
220 |
1.0425 |
2085.10 |
|
2000 |
2.50 |
220 |
1.0632 |
2126.37 |
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(dá)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=Flowcomp
TF=0.000000
PVEQN=EQB
PVCHAR=SQRT
C =1.000000
C1 =1.000000
C2 =1.000000
COMPHILM= 1.25000
COMPHILM= 0.800000
pR =2.301325
TR =493.1500
p0 =0.1O1 325
T0 =273.1500
PISRC（1）=FIT - 00003.PV
PISRC（2）=PRIAL - 00003.PV
PISRC（3）=TIR - 00003.PV
這樣體積流量就可以轉(zhuǎn)換為質(zhì)量流量，便于計量和計量單位的統(tǒng)一。利用現(xiàn)在檢測條件，通過這種溫度壓力補償方法的實現(xiàn)，解決了流量計量時僅采用對瞬時流量累計的方法而忽視了溫度、壓力波動所帶來偏差的影響，從而流量計量能夠更加準(zhǔn)確合理。
參考文獻(xiàn)：
1 汪里邁，紀(jì)綱.蒸汽流量測量中的溫壓補償實施方案.石油化工自動化，1998（3）：39~42
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