袁漢福(1953－)
浙江寧波人，現(xiàn)任藍(lán)星石化有限公司天津石油化工廠副總工程師，從事煉油自動(dòng)化的設(shè)計(jì)、施工等工作。

摘要：介紹了液態(tài)烴介質(zhì)流量的溫度補(bǔ)償問題，結(jié)合實(shí)際工況,總結(jié)計(jì)算方法,以及結(jié)合DCS系統(tǒng)具體解決方法。

關(guān)鍵詞：補(bǔ)償；溫度；密度；質(zhì)量流量；體積流量

Abstract: This paper introduces the temperature compensation of medium flow of liquid hydrocarbon by combining of real operating conditions and summarizing of computational method and specific settlement measurement of the DCS system.

Key words: Compensation；temperature；density；mass flow；volume flow

1  引言

    2005年藍(lán)星石化公司天津石油化工廠投入運(yùn)行的8萬噸/年氣分裝置，應(yīng)用浙大中控的SUPCON JX-300X系統(tǒng)作為控制檢測(cè)系統(tǒng)，流量檢測(cè)一次儀表使用渦街流量計(jì)。液態(tài)烴介質(zhì)的主要檢測(cè)回路為：C4出裝置流量、丙烷產(chǎn)品出裝置流量、丙烯產(chǎn)品出裝置流量、液化氣（LPG）進(jìn)裝置流量等，上述介質(zhì)在石化企業(yè)一般稱為液態(tài)烴介質(zhì)。該介質(zhì)的密度受溫度影響較大（壓力穩(wěn)定），造成裝置的設(shè)計(jì)工況與實(shí)際工況偏差較大，上述回路在冬季介質(zhì)溫度僅在20℃左右，在夏季最高溫度也沒有超過設(shè)計(jì)溫度（40℃），因此在做累計(jì)運(yùn)算時(shí)造成很大誤差，上述工況不適合使用SUPCON JX-300X系統(tǒng)提供的多種標(biāo)準(zhǔn)補(bǔ)償模塊進(jìn)行運(yùn)算，需要運(yùn)用復(fù)雜公式進(jìn)行補(bǔ)償運(yùn)算。

2  具體分析及實(shí)施方法

    2.1  質(zhì)量流量

    其質(zhì)量流量公式為體積流量乘介質(zhì)重度：

    G_實(shí)際= q_v*γ_實(shí)際 （1）

    質(zhì)量流量公式為：

    G_{設(shè)計(jì)}= q_v*γ_{設(shè)計(jì)} （2）

    2.1.1 渦街流量計(jì)的密度補(bǔ)償系數(shù)（與溫度成先行關(guān)系）

    G_實(shí)際/ G_{設(shè)計(jì)}=（q_v*γ_{設(shè)計(jì)}）/（q_v*γ_{設(shè)計(jì)}） =γ_實(shí)際/γ_{設(shè)計(jì)}
                =ρ_實(shí)際/ρ_{設(shè)計(jì)} （3）
　　　　　G_實(shí)際 =（ρ_實(shí)際/ρ_{設(shè)計(jì)}）*G_{設(shè)計(jì)} =k* G_{設(shè)計(jì)}   （4）         

    上式中，k為密度補(bǔ)償系數(shù)ρ_實(shí)際/ρ_{設(shè)計(jì)}。

    由于液體的密度、比重與溫度線性關(guān)系可以由一直線方程式表示，如圖1所示。

圖1   直線方程圖

    可得，直線的斜率為

    k′=（ρ_{設(shè)計(jì)}－ρ₂₀）/（t_{設(shè)計(jì)}－20℃）                     （5）

    直線的方程式為  ρ_實(shí)際= k′*（t_實(shí)際 - t_{設(shè)計(jì)}）＋ρ_{設(shè)計(jì)}   （6）   

    補(bǔ)償系數(shù)k=ρ_實(shí)際/ρ_{設(shè)計(jì)}  = 〔k′*（t_實(shí)際 - t_{設(shè)計(jì)}）＋
ρ設(shè)計(jì)〕/ρ設(shè)計(jì) 
                             = k′*（t_實(shí)際 - t_{設(shè)計(jì)}）/ρ_{設(shè)計(jì)}＋1   
                             =（k′/ρ_{設(shè)計(jì)}）*（t_實(shí)際 - t_{設(shè)計(jì)}）+1
                             = k″*（t_實(shí)際 - t_{設(shè)計(jì)}）+1
 （7）

    上式中，k″= k′/ρ_{設(shè)計(jì)} （8）

    2.1.2 計(jì)算數(shù)據(jù)見表1。 

    表1   計(jì)算數(shù)據(jù)表

    2.1.3 計(jì)算結(jié)果

    ●   FT-101溫度補(bǔ)償系數(shù)k=1-0.00310×(t-40) ；

    ●   FT-210溫度補(bǔ)償系數(shù)k=1-0.00310×(t-40) ；

    ●   FT-212溫度補(bǔ)償系數(shù)k=1-0.00236×(t-67) ；

    ●   FT-229溫度補(bǔ)償系數(shù)k=1-0.00401×(t-40) ；

    ●   FT-232溫度補(bǔ)償系數(shù)k=1-0.003362×(t-40) 。

    結(jié)合以上補(bǔ)償系數(shù)公式，實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償系數(shù)整體方案采用浮點(diǎn)數(shù)進(jìn)行復(fù)雜計(jì)算。SUPCON JX-300X系統(tǒng)提供多種運(yùn)算控制模塊，以下對(duì)使用模塊功能進(jìn)行簡要說明：


該模塊功能是將SFLOAT型的輸入值轉(zhuǎn)化為FLOAT型的輸出值。



 


該模塊的功能是將輸入浮點(diǎn)數(shù)值相乘，并將結(jié)果賦給輸出浮點(diǎn)數(shù)值。

 
該模塊的功能是將輸入浮點(diǎn)數(shù)值相減，并將結(jié)果賦給輸出浮點(diǎn)數(shù)值。

該模塊的功能是將輸入浮點(diǎn)數(shù)值相加，并將結(jié)果賦給輸出浮點(diǎn)數(shù)值。

    公式具體實(shí)施方案如下（以K210為例）：

    考慮SUPCON JX-300X系統(tǒng)中檢測(cè)數(shù)據(jù)均以半浮點(diǎn)數(shù)0-1表示，需要將計(jì)算數(shù)據(jù)統(tǒng)一為浮點(diǎn)數(shù)。首先將檢測(cè)點(diǎn)TE210實(shí)測(cè)溫度由半浮點(diǎn)數(shù)轉(zhuǎn)換為浮點(diǎn)數(shù)，然后乘以TE210量程（0-80℃）得到浮點(diǎn)數(shù)實(shí)測(cè)溫度，代入公式計(jì)算，得出補(bǔ)償系數(shù)K210。

    2.1.4計(jì)算質(zhì)量流量

    根據(jù)4式:

    G_{實(shí)際計(jì)} =k* G_{設(shè)計(jì)}

    G_{實(shí)際計(jì)}—補(bǔ)償后的真實(shí)質(zhì)量流量kg/h

    G_{設(shè)計(jì)}— 補(bǔ)償前的質(zhì)量流量kg/h

    k— 補(bǔ)償系數(shù)

    補(bǔ)償系數(shù)k等式中的“t”為介質(zhì)實(shí)際操作溫度，單位℃。
 
    2.2 體積流量 

    2.2.1流量計(jì)的密度補(bǔ)償計(jì)算公式為：(當(dāng)變送器送來的信號(hào)所代表刻度單位是體積流量單位m3/h時(shí))

    G_實(shí)際=γ_工作×Q_測(cè)量        

    γ_工作＝(γ_{設(shè)計(jì)}－γ₂₀)÷(t_{設(shè)計(jì)}－20)×(t－20)＋γ₂₀
　　
    其中，G_實(shí)際—補(bǔ)償后的真實(shí)質(zhì)量流量，kg/h；

    Q_測(cè)量—補(bǔ)償前的流量變送器來的測(cè)量體積流量，m3/h；

    t_{設(shè)計(jì)}—流量計(jì)的設(shè)計(jì)溫度，℃；
 
    t—流量變送器前溫度測(cè)量點(diǎn)來的實(shí)際工作溫度，℃；
   
    γ_{設(shè)計(jì)}—流量計(jì)的設(shè)計(jì)溫度下的介質(zhì)密度，kg/m3；

    γ_工作—流量計(jì)的實(shí)際工作溫度條件下的介質(zhì)密度，kg/m3；

    γ₂₀——20℃時(shí)介質(zhì)的密度，kg/m3。

    2.2.2 計(jì)算數(shù)據(jù)見表2。

    表2   計(jì)算數(shù)據(jù)表

    2.2.3 計(jì)算結(jié)果

    FT-101的 γ_工作=-0.0015665×(t-20)＋0.5593；

    FT-210的 γ_工作=-0.0015665×(t-20)＋0.5593；

    FT-212的 γ_工作=-0.001236×(t-20) ＋0.5851；

    FT-229的 γ_工作=-0.001775×(t-20) ＋0.5054；

    FT-232的 γ_工作=-0.001634×(t-20) ＋0.5187。

    整體方案同樣考慮采用浮點(diǎn)數(shù)進(jìn)行復(fù)雜計(jì)算。具體實(shí)施方案如下（以r210為例）：

3 質(zhì)量流量與體積流量補(bǔ)償?shù)姆治?BR>
    3.1  兩種補(bǔ)償?shù)奶攸c(diǎn)

    質(zhì)量流量補(bǔ)償需要流量變送器送來的信號(hào)為質(zhì)量流量，體積流量補(bǔ)償需要流量變送器送來的信號(hào)為體積流量信號(hào)，質(zhì)量流量需要在流量變送器內(nèi)部設(shè)置操作密度，是一個(gè)固定參數(shù)，不能隨工況變化而變化，（需要經(jīng)常在現(xiàn)場一次儀表修正密度）因此質(zhì)量流量存在較大誤差，體積流量與密度無關(guān)，所以其誤差僅與儀表本身的精度有關(guān)。

    3.2 補(bǔ)償結(jié)果數(shù)據(jù)分析

    從DCS系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)中統(tǒng)計(jì)得出補(bǔ)償結(jié)果數(shù)據(jù)，見表3。

    表3   補(bǔ)償結(jié)果數(shù)據(jù)

    從表3的數(shù)據(jù)可以看出:

    （1）在質(zhì)量流量補(bǔ)償情況下，直接修正質(zhì)量流量。在溫度偏離設(shè)計(jì)值最大的情況下（冬季），余C4介質(zhì)可以有18%的誤差，丙烷、丙烯的偏差為9%，液化氣有15%誤差，在最接近設(shè)計(jì)工況下，余C4介質(zhì)可以有0.3%的誤差, 丙烷、丙烯的偏差為0.01%，液化氣有0.2%誤差。

    （2）在體積流量補(bǔ)償?shù)那闆r下，修正的是工作密度。在溫度偏離設(shè)計(jì)值最大的情況下（冬季），余C4介質(zhì)可以有5.81%的誤差，丙烷的偏差為3.55%，丙烯的偏差為3.27%，液化氣有0.1%誤差。

    從上述分析可以看出，補(bǔ)償?shù)男Ч浅Ｃ黠@，明顯提高檢測(cè)和計(jì)量精度，對(duì)正確指導(dǎo)生產(chǎn)和安全生產(chǎn)有重要意義。

    3.3 實(shí)施重點(diǎn)

    為提高補(bǔ)償精度和觀察補(bǔ)償效果及調(diào)整補(bǔ)償方法，需在工程師站進(jìn)行如下工作：

    （1）設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)密度變量

    無論質(zhì)量流量還是體積流量補(bǔ)償?shù)挠?jì)算均與介質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)密度有關(guān)，因生產(chǎn)原料的多樣性，其組成有很大變化，造成其密度隨之變化，在我們的補(bǔ)償計(jì)算公式中，標(biāo)準(zhǔn)密度為常量，這樣在生產(chǎn)原料變化時(shí)，密度也隨之變化，所以我們?cè)贒CS中將計(jì)算公式中的標(biāo)準(zhǔn)密度設(shè)置為一個(gè)變量值，隨標(biāo)準(zhǔn)密度變化及時(shí)進(jìn)行修正。從而保證計(jì)算的準(zhǔn)確性。

    （2）設(shè)置質(zhì)量流量補(bǔ)償系數(shù)變量

    將質(zhì)量流量補(bǔ)償計(jì)算公式中的K值設(shè)置為變量，因而可以隨時(shí)觀察補(bǔ)償情況，更加全面了解生產(chǎn)狀況。

    （3）對(duì)質(zhì)量流量補(bǔ)償或體積流量補(bǔ)償加設(shè)選擇開關(guān)，依據(jù)實(shí)際需要，實(shí)現(xiàn)靈活選擇。

4 結(jié)論

    在工業(yè)生產(chǎn)裝置中應(yīng)用DCS系統(tǒng)，不但要實(shí)現(xiàn)一般的控制和檢測(cè)，而且應(yīng)當(dāng)滿足各種特殊控制和檢測(cè)的要求，一般的補(bǔ)償在DCS中可以直接應(yīng)用現(xiàn)有模塊進(jìn)行即可，但對(duì)一些特殊工藝或介質(zhì)，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行科學(xué)分析，選擇正確的補(bǔ)償方法，采用復(fù)雜運(yùn)算才能行之有效。液態(tài)烴介質(zhì)在石油化工生產(chǎn)中是普遍存在的，無論使用何種流量計(jì)，上述補(bǔ)償方法均可以借鑒和參考。

參考文獻(xiàn)

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    [2]蘇彥勛,盛健. 流量計(jì)量與測(cè)試[M]. 北京:中國計(jì)量出版社,1993.

作者信息：

    袁漢福，主艷紅  （藍(lán)星石化有限公司天津石油化工廠 ，天津  300380）

    楠    丁  （浙大中控技術(shù)有限公司，浙江  杭州  310007）