雙向流的測(cè)量及信號(hào)系統(tǒng)的設(shè)置

孫 魯

（中國(guó)石化集團(tuán)上海工程有限公司, 上海 200120）

1 前言

隨著工業(yè)的發(fā)展，科技的進(jìn)步，工廠蒸汽買進(jìn)、賣出，裝船裝進(jìn)、裝出，希望采用能測(cè)雙向流的流量計(jì)，一根導(dǎo)線、一套儀表解決問題。利用一個(gè)A+K平衡流量計(jì)（多孔孔板）和一個(gè)差壓變送器能測(cè)雙向流。但差壓計(jì)零點(diǎn)及死區(qū)如何設(shè)置，如何通過DCS來完成設(shè)置，這是要探討的問題。

2 A+K平衡流量計(jì)雙向測(cè)量的優(yōu)勢(shì)

A+K平衡流量計(jì)是由美國(guó)航天部開發(fā)的多孔孔板，由于流場(chǎng)平穩(wěn)（見圖1），比標(biāo)準(zhǔn)孔板直管段短（2D/2D），精度高（±0.3%～±0.5%），而安裝等要求與標(biāo)準(zhǔn)孔板一致，故現(xiàn)廣泛應(yīng)用于石化，電力，鋼鐵等行業(yè)。由于A+K平衡流量計(jì)四周有孔，故液體中帶有氣泡，可以從上面小孔通過，而氣體、蒸汽中帶有液滴可以從下面小孔通過。又由于平衡流量計(jì)板的前后對(duì)稱，故流體中正向、反向流動(dòng)的流量均可測(cè)量。關(guān)鍵是差壓變送器和DCS如何配套設(shè)置，調(diào)試。

圖1 雙向流測(cè)量中A+K平衡流量計(jì)的應(yīng)用

3 雙向流測(cè)量采用一套裝置的差壓變送器設(shè)置

（1）如正向、反向流量一樣大，則可按4 ～ 12 mA/12 ～ 20mA兩個(gè)段區(qū)，正向?yàn)?2 ～ 20 mA，而反向?yàn)? ～ 12mA。反向信號(hào)接入到DCS后要倒置。可用下列計(jì)算公式實(shí)現(xiàn)：

式中：qmaxP是正向最大流量，qmaxN是反向最大流量，I是檢測(cè)的電流（mA）。

（2）如果正、反向流量量程范圍不一樣大，則可將4 ～ 20 mA信號(hào)切換點(diǎn)取為4 ～ IsmA/Is～ 20 mA，即正向流為Is～ 20 mA，而反向流為4 ～ IsmA。反向信號(hào)同樣接入DCS后需倒置。這里，假設(shè)分離點(diǎn)的電流為Is，計(jì)算公式如下：

由于只用一個(gè)差壓變送器，因此，差壓變送器的量程應(yīng)滿足下列關(guān)系：

當(dāng)ΔpmaxP=ΔpmaxN時(shí)，有分離點(diǎn)電流為12 mA，這時(shí)，qmaxP= qmaxN。

因此，根據(jù)正、反向最大流量可用下式計(jì)算分離點(diǎn)電流Is。式中，負(fù)號(hào)表示反向差壓值。

（3）HART的應(yīng)用：由于當(dāng)前常用變送器均為4 ～ 20 mA+HART，因此，當(dāng)4 ～ 20 mA被分為兩段后，HART信號(hào)仍為一個(gè)整體。如果采用一塊A+K平衡流量計(jì)（多孔孔板），兩個(gè)差壓變送器分別送至DCS，則可將HART的作用充分應(yīng)用。

同理，F(xiàn)F、PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線，采用一塊A+K平衡流量計(jì)，一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)總線FF或PROFIBUS的差壓變送器，對(duì)于其差壓變送器的信號(hào)如何一分為二，還未看到過報(bào)道。其可靠的方法是采用一個(gè)檢測(cè)元件，兩個(gè)變送器。信號(hào)分別送至DCS。如圖2所示。

圖2 兩臺(tái)變送器測(cè)量雙向流量時(shí)的系統(tǒng)連接圖

（4）DCS的設(shè)置：如果采用一個(gè)檢測(cè)元件和兩個(gè)變送器，則DCS輸入為兩組差壓變送器，可同時(shí)顯示正、反方向流量，可用判別式來判別正信號(hào)和反信號(hào)，亦可組態(tài)只顯示一只差壓變送器的信號(hào)。

4 直管段是否成倍增加是雙向測(cè)量要考慮的重要問題

為保證測(cè)量精度，流量?jī)x表安裝的前后直管段是必須保證的。按自控安裝圖冊(cè)HG/T 21581-2010中，“無流動(dòng)調(diào)整器情況下孔板與管件之間所需的直管段”要求，單孔的標(biāo)準(zhǔn)孔板，在單個(gè)90°彎頭或任一平面上兩個(gè)90°彎頭的情況下，當(dāng)β＝0.5時(shí)，其前后直管段為22D/6D；當(dāng)β＝0.6時(shí)，為42D/7D。

如果采用標(biāo)準(zhǔn)孔板測(cè)量雙向流時(shí)，為保證正向流和反向流時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)孔板前直管段雙向流（β＝0.5）時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)孔板的前、后直管段為22D/22D，前后總共為44D。若β＝0.6時(shí)，則為42D/42D，前后總共為84D（注：孔板后有倒角的標(biāo)準(zhǔn)孔板只能測(cè)單向流量，孔板前后相同的無倒角的孔板可用于測(cè)雙向流量）。

采用A+K平衡流量計(jì)，其前、后直管段均為2D/2D，前后總共僅為4D，用于雙向流時(shí)，仍為2D/2D。能夠滿足雙向流對(duì)直管段的要求。

5 雙向流對(duì)變送器的新功能要求

測(cè)雙向流用4 ～ 20 mA+HART，如用一臺(tái)節(jié)流裝置配一臺(tái)差壓變送器，則需將4 ～ 20 mA信號(hào)一分為二，如4 ～ 12 mA/12 ～ 20 mA。其電流信號(hào)在正或反向中，一個(gè)方向測(cè)量時(shí)有一半的信號(hào)未能使用，使用范圍縮小，使精度降低。因此，建議制造廠推出新型的智能變送器，以適應(yīng)工程應(yīng)用的要求。不僅差壓能從-ΔpmaxN(kPa)/0/+ΔpmaxP(kPa)，而且其對(duì)應(yīng)的差壓電流信號(hào)能從正向4 ～ 20 mA/0/反向4 ～ 20 mA，變送器能帶有專門用于測(cè)量雙向流的判別功能和相應(yīng)HART信號(hào)輸出，則可以只配用一臺(tái)A+K平衡流量計(jì)，和一臺(tái)差壓變送器，而不必用一臺(tái)A+K平衡流量計(jì)配兩臺(tái)差壓變送器，既可節(jié)省一臺(tái)差壓變送器，又可簡(jiǎn)化安裝。

6 雙向流測(cè)量對(duì)DCS的要求

采用一臺(tái)差壓變送器和分離點(diǎn)的方法檢測(cè)雙向流流量時(shí)，DCS需要設(shè)置判別式，用于判別流體流向，并根據(jù)判別式確定顯示流量是正向或反向，HART信息仍可用于設(shè)備管理等應(yīng)用，并不受雙向流測(cè)量的影響。

采用兩臺(tái)變送器時(shí)，不需要設(shè)置判別式，可同時(shí)顯示雙向流的流量，也可組態(tài)，根據(jù)判別流體流向，顯示正或反向流的流量，并顯示其流向信息。由于采用兩臺(tái)變送器，因此，各自的HART信息可同時(shí)送DCS，雙向流量測(cè)量的信息同時(shí)顯示。

附表：

為便于工程應(yīng)用參考，根據(jù)最新資料，將標(biāo)準(zhǔn)孔板直管段附表于下（根據(jù)中華人民共和國(guó)化工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)自控安裝圖冊(cè)HG/T 21581-2010）。

表 無流動(dòng)調(diào)整器情況下孔板與管件之間所需的直管段