天津石化公司化纖廠200kt/a PET紡絲裝置的自動控制系統采用Honeywell公司的TPS系統實現。公用工程系統的流量計量是在DCS中組態完成的，但在DCS中實現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定（溫度，壓力參數基本穩定）的流量計量系統中，由于工況波動所產生的誤差是在一個允許的范圍內。在聚酯短絲的生產過程中蒸汽等介質的溫度、壓力波動極大，這是由于短絲的生產性質決定的。在短絲的生產過程中蒸汽用量隨時都可能大范圍波動，從停車到小負荷到滿負荷運轉經常變化。另外，由于管線長壓力損失也很大，以致壓力達不到設計要求，經常發生壓力下限報警。如果壓力降低得很多或蒸發前濕度較低，則因水滴蒸發而使溫度降低后仍高于新的壓力所對應的飽和溫度，則蒸汽變為過熱狀態[1]，而設計條件為飽和蒸汽。此外，現蒸汽流量的測量單位是質量流量單位；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，要實現質量流量的計量需進行溫度、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的方法來實現實時的流量溫壓補償，將體積流量轉變為質量流量。
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— 未補償的流量；Compterm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。
補償的基本公式
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量流量補償。用實際的絕對溫度和絕對壓力來進行補償。
（3）
C形式主要用于氣體或蒸汽流量的質量流量補償。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量。相對分子質量可由程序計算獲得。
（5）
E形式主要用于工業蒸汽流量的質量流量補償。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— 實際蒸汽的質量系數。
其中下列變量由工藝工程師設定。
GR— 設計比密度或參考相對分子質量；
PR— 設計壓力；
QR— 設計蒸汽的質量系數；
TR— 設計溫度；
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
根據該裝置公用工程的實際情況，需補償的流量測量點如表1所列。
表1 需要補償的流量測量點
|
介質 |
流量測量點 |
溫度測量點 |
壓力測量點 |
|
2.2MPa蒸汽 |
FIT-00003 |
TE-00003 |
PIT-00003 |
|
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 |
|
0.9MPa壓縮空氣 |
FIT-00004 |
TE-00004 |
PIT-00004 |
|
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）被測介質只有兩類— 蒸汽和壓縮空氣。由于在線沒有更多的物性參數測量儀表，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）進行溫度壓力補償的實現過程。將式（3）代入式（1）得
（7）
其中 取C=1.00，C1=1.00，C2=1.00，F=FIT-00003.PV， p=PRIAL-00003.PV，p0=0.101325M Pa，pR=2.301325MPa， TR=493.15℃，T=TIR-00003.PV.T0=273.15℃
經試驗補償效果良好。當流量、溫度不變，僅壓力變化時的數據如表2所列。
表2 僅壓力變化時數據表
|
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 |
當壓力值變化10%時補償環節將補償流量變化的4.88%；當壓力值變化20%時補償環節將補償流量變化的9.54%。2.2MPa蒸汽系統的壓力峰值變化會達到50%，所以溫度壓力的補償環節是非常必要的。
DCS中的組態內容（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換為質量流量，便于計量和計量單位的統一。利用現在檢測條件，通過這種溫度壓力補償方法的實現，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確合理。
參考文獻：
1 汪里邁，紀綱.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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