DCS工程實(shí)施中的流量補(bǔ)償計(jì)算

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(huì)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(cè)量計(jì)量、累積準(zhǔn)確，配料合理及控制精確、有效經(jīng)常會(huì)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(dòng)而偏離設(shè)計(jì)值（基準(zhǔn)值），勢(shì)必造成實(shí)際的瞬時(shí)流量測(cè)量有誤差，導(dǎo)致累積流量也會(huì)有誤差，為了糾正該誤差，在DCS方案設(shè)計(jì)時(shí)必需考慮對(duì)氣體流量測(cè)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。溫壓補(bǔ)償運(yùn)算功能模塊天然氣流量補(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(shí)，我們看看工程對(duì)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：CH=96.37%，CH=0.77%，CH=0.06%，CH=0.0%，CH=0.0%，CO=4263841051222.61%，N=0.15%，O=0.03%，H=0.01%。222

分子量補(bǔ)償分子量補(bǔ)償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°C時(shí)的天然氣標(biāo)準(zhǔn)體積流量)，刻度范圍0.0?50000.0NM3/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(dòng)設(shè)定(SP=16?一9191…刻度范圍：0.00?20.00。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.數(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% (02)+2*0.01%(H2)=16.91913、 TI1507:指示單元，入轉(zhuǎn)化爐天然氣溫度顯示，0.00?200.00C。4、 PI102:指示單元，入轉(zhuǎn)化爐天然氣壓力顯示，0.00?6.00Mpa。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。儀表刻度范圍：0.0?50000.0NM3/H補(bǔ)償溫度：TI1507.PV ，設(shè)計(jì)Tb=132C補(bǔ)償壓力：PI102.PV，設(shè)計(jì)Pb=4.3Mpa (絕壓)溫壓補(bǔ)償公式:F=f*Tb+273.15*P+帀溫壓補(bǔ)償公式:PbT+273.15F 補(bǔ)償后流量，即FX203A.PV 補(bǔ)償前流量，即FI400.PV

測(cè)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(cè)量溫度，即TI1507.PVTb——設(shè)計(jì)溫度（基準(zhǔn)溫度），設(shè)計(jì)Tb=132°CP測(cè)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(cè)量溫度，即TI1507.PVTb——設(shè)計(jì)溫度（基準(zhǔn)溫度），設(shè)計(jì)Tb=132°CP 大氣壓，P=0.101325Mpa00所以：FX203A.PV=MV*’.13》27315*刃102刊+^l3254.3 TI1507.PV+273.15PI102.PV+0.101325FX203A.PV=9.7067*FI400.PV*一.TI1507.PV+273.156、FX203B:計(jì)算單元，把0C天然氣標(biāo)準(zhǔn)體積流量換算成20C的標(biāo)準(zhǔn)體積流量。FX203A儀表刻度范圍：0.0?50000.0NM3/H（0C標(biāo)準(zhǔn)體積流量）FX203B儀表刻度范圍：0.0?50000.0NM3/H（20C標(biāo)準(zhǔn)體積流量）由于：P0P0V0=PVT0 T大氣壓,0.101325MpaV00C時(shí)的體積流量，即FX203A.PVT00C時(shí)的溫度，273.15K20C時(shí)的體積流量，即FX203B.PV20C時(shí)的溫度,T=293.15KT所以有:V= *V0所以有:0丄029315FX203B.PV= *V0=1.0732*FX203A273.15 07、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：0.00?42.00T/H。1)2)lKgmol=22.4NM31Kgmol=1千克分子=1Kg/M（Kg/分子量）1)2)lKgmol=22.4NM33)分子量M的單位：0.00?20.00Kg/Kgmol3).…天質(zhì)量流量（T/H）=［體積流量（NM3/H）*平均分子量M天］/（1000*22.4）質(zhì)量流量（Kg/H）=［體積流量NM3/H*分子量+22.4NM3KgmolKgmol質(zhì)量流量（T/H）=[（體積流量NM3/H*分子量-22.4NM3]-1000KgmolKgmol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°C,0.101325Mpa ）平均分子量M（天）=FL0202.SP即： FI400A.PV=4.4643*10 -5*FX203A.PV*FL0202.SP8、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（0.00?42.00T/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*JM設(shè)/M天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*天/M設(shè)（或t'G實(shí)/G設(shè)）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=FL0202.SP（實(shí)際平均分子量）天M一設(shè)一=一.17.（FT4Q0…孔板設(shè)計(jì)平一均分一子量丄一.設(shè)采用上面公式B，得：FX0203.PV=FI400A.PV*\，F(xiàn)L0202.SP179、FRCA1:PID調(diào)節(jié)單元，入轉(zhuǎn)化爐天然氣流量調(diào)節(jié)器。儀表刻度范圍：0.00?42.00T/H反作用比例帶：P=300%,積分：1=50秒，微分：D=0秒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(duì)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(shí),我們看看工程對(duì)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0.00?150.00T/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0.00?600.00°C。3、 PI0013:指示單元，進(jìn)101-B中壓蒸汽壓力顯示，刻度范圍0.00?6.00Mpa。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。?儀表刻度范圍：0.00?150.00T/H?補(bǔ)償溫度：TI0002.PV ，設(shè)計(jì)Tb=320C?補(bǔ)償壓力：PI0013.PV ，設(shè)計(jì)Pb=4.0Mpa（絕壓）溫壓補(bǔ)償公式:T+273.15*P+P0溫壓補(bǔ)償公式:IPBT+273.15F 補(bǔ)償后流量，即FX0208.PVf 補(bǔ)償前流量，即FI0002.PVP 測(cè)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(cè)量溫度，即TI0002.PVTb——設(shè)計(jì)溫度（基準(zhǔn)溫度），設(shè)計(jì)Tb=320CP 大氣壓，P=0.101325Mpa00FX0208.PV二FI0002.PV*■'320+273.15*PI0°13"+OJ。1325i14.0 TI0002.PVFX0208.PV二FI0002.PV*FX0208?pv=12.1773*FI0002.pv\常膽囂55、FRCA2:PID調(diào)節(jié)單元，入轉(zhuǎn)化爐中壓蒸汽流量調(diào)節(jié)器。?儀表刻度范圍：0.00?150.00T/H

?反作用比例帶：P=500%，積分：I=25秒，微分：D=0秒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（0.00?100.00%）。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(chǎng)合需要對(duì)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(shí)，我們看看工程對(duì)工藝空氣流量進(jìn)行溫壓補(bǔ)償?shù)姆桨冈O(shè)計(jì)情況。PVPV指示單元|指示單兀| LO.一'L0—PV指示單元/LO卡FI0003 :工藝空氣OPPVPV指示單元|指示單兀| LO.一'L0—PV指示單元/LO卡FI0003 :工藝空氣OP「IC八防喘振控制器—?TI003A十FX0402計(jì)算單元溫壓補(bǔ)償PV1、 FI0003:指示單元，進(jìn)入二段爐的工藝空氣流量顯示，刻度范圍：0.0?70000.0NM3/H。2、 TI003A:指示單元，入二段爐空氣溫度顯示，刻度范圍0.00?260.00°C。3、 PI003A：指示單元，入二段爐空氣壓力顯示，刻度范圍0.00?6.00Mpa。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0C標(biāo)準(zhǔn)體積流量換算成質(zhì)量流量（空氣密度=1.2931KG/NM3）。儀表刻度范圍：0.0?90.00T/H補(bǔ)償溫度：TI003A.PV，設(shè)計(jì)Tb=181C

?補(bǔ)償壓力：PI003A.PV,設(shè)計(jì)Pb=3.6Mpa（絕壓）溫壓補(bǔ)償公式:F二1.2931*0.001*f*:Tb+273.15*P+P0溫壓補(bǔ)償公式:F二1.2931*0.001*f*!PbT+273.15F 補(bǔ)償后流量，即FX0402.PVf 補(bǔ)償前流量，即FI0003.PVP 測(cè)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(cè)量溫度，即TI003A.PVTb——設(shè)計(jì)溫度（基準(zhǔn)溫度），設(shè)計(jì)Tb=181°CP 大氣壓，P=0.101325Mpa00所以：FX0402.PV=1.2931*0.001*FI0003.PV*1巫更瓦亟1A巫頁運(yùn)3.6 TI003A.PV+273.15FX0402.PV=0.01452*FI0003.PV*'?PI003A.PV+0.101325FX0402.PV=0.01452*FI0003.PV*\TI003A.PV+273.155、 FIC003:PID調(diào)節(jié)單元，工藝空氣流量調(diào)節(jié)器。儀表刻度范圍：0.0?90.00T/H反作用比例帶：P=200%，積分：1=90秒，微分：D=0秒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（0.00?100.00%）。XC0003.0P=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(shí)，對(duì)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(bào)警值（HI、LO）、變化率報(bào)警值VL、輸入斷線報(bào)警值I0P，對(duì)PID調(diào)節(jié)器均要設(shè)置偏差報(bào)警值DV，目的是對(duì)一次儀表和主要調(diào)節(jié)器的故障和錯(cuò)誤信息進(jìn)行判斷、識(shí)別，采取相應(yīng)的安全保護(hù)措施，如輸入開路、測(cè)量變化率大、輸入信號(hào)越限、偏差報(bào)警等現(xiàn)象發(fā)生時(shí)，調(diào)節(jié)系統(tǒng)切回手動(dòng)狀態(tài)，并報(bào)警提醒操作人員。例如：a） 當(dāng)FI400、TI1507、PI102之一IOP（輸入開路）時(shí)，F(xiàn)RCA1變?yōu)槭謩?dòng)；b） 當(dāng)FI400、TI1507、PI102之一HI,或LO、或VL報(bào)警時(shí)，F(xiàn)RCA1變?yōu)槭謩?dòng)；c） 當(dāng)FRCA1偏