橫河DCS組態(tài)中溫壓補(bǔ)償功能塊的應(yīng)用

覃德光

（唐山三友氯堿有限責(zé)任公司，河北 唐山 063005）

橫河DCS組態(tài)中溫壓補(bǔ)償功能塊的應(yīng)用

覃德光

（唐山三友氯堿有限責(zé)任公司，河北 唐山 063005）

通過對(duì)流量計(jì)量中的誤差分析，闡述流量計(jì)量中溫壓補(bǔ)償?shù)闹匾?，介紹橫河DCS組態(tài)中溫壓補(bǔ)償模塊的應(yīng)用。

誤差分析；溫壓補(bǔ)償；應(yīng)用

企業(yè)之間、企業(yè)內(nèi)部的物料衡算，都離不開計(jì)量，計(jì)量的準(zhǔn)確性涉及到企業(yè)各部門的成本核算及各企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。準(zhǔn)確的物料計(jì)量為企業(yè)生產(chǎn)決策提供依據(jù)，成本核算，效益分析都建立在準(zhǔn)確的計(jì)量之上。在工業(yè)生產(chǎn)中氣體的計(jì)量、特別是蒸汽的計(jì)量，溫度、壓力的變化對(duì)計(jì)量結(jié)果影響很大，因此有必要對(duì)其進(jìn)行溫壓補(bǔ)償。量，根據(jù)氣態(tài)平衡方程，其計(jì)算公式如下：式中：Q設(shè)、Q0設(shè)—設(shè)計(jì)狀態(tài)下和標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的氣體體積流量；

T設(shè)、T0、T0—設(shè)計(jì)溫度和標(biāo)況溫度；

P設(shè)、P0—設(shè)計(jì)壓力和標(biāo)況壓力；

Z—壓縮系數(shù)，低壓氣體時(shí)，Z=1，即可以不用。

設(shè)計(jì)狀態(tài)下的氣體密度和標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的密度也可以換算，其換算公式如下：

1 氣體流量計(jì)量中的誤差分析

在工業(yè)生產(chǎn)中用得最多、最普通是蒸汽計(jì)量，目前用得較多的用于測(cè)量蒸汽的計(jì)量器具有：差壓流量計(jì)（孔板、威力巴等）、渦街流量計(jì)，其中差壓流量計(jì)的測(cè)量原理為流體流過節(jié)流裝置時(shí)的體積流量與該節(jié)流裝置產(chǎn)生的差壓的平方根成正比。以孔板為例，在節(jié)流孔板計(jì)算時(shí)，根據(jù)工藝正常運(yùn)行時(shí)提供的溫度、壓力、工藝管線口徑、材質(zhì)、厚度、允許最大差壓、最大流量和最小流量等條件計(jì)算節(jié)流孔板開口直徑，并將在設(shè)計(jì)條件下的測(cè)量流量換算成標(biāo)況流

式中：ρ設(shè)、ρ0—設(shè)計(jì)狀態(tài)下和標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的氣體密度。

由標(biāo)準(zhǔn)孔板的氣體流量計(jì)算公式為：

式中：α—孔板流量系數(shù)；ΔP—差壓將（1）、（2）式代入（3）式得：

然而，在實(shí)際供氣過程中，蒸汽的溫度和壓力不可能保持設(shè)計(jì)溫度和壓力不變化，則其實(shí)際流量為

（4）與（5）比較得

由此可見，當(dāng)實(shí)際壓力與設(shè)計(jì)壓力波動(dòng)大時(shí)，就需要對(duì)所測(cè)流量進(jìn)行溫壓補(bǔ)償。舉例子如下：某廠熱電來蒸汽壓力波動(dòng)范圍0.82～0.92 MPa，溫度范圍為280～290℃，若設(shè)計(jì)壓力P設(shè)=0.90 MPa，設(shè)計(jì)溫度T設(shè)=270℃，選取P實(shí)=0.82MPa，溫度為T實(shí)=280℃，按上述（6）式計(jì)算得：Q0實(shí)=0.903 3 Q0設(shè)，誤差率為9.033%。當(dāng)P實(shí)=0.92 MPa，溫度為T實(shí)=290℃時(shí)Q0實(shí)=1.001 6 Q0設(shè)，由此可見采用孔板流量計(jì)測(cè)量氣體流量，則必須采用溫壓補(bǔ)償，其補(bǔ)償公式為上述（6）。當(dāng)測(cè)量氣體流量采用渦街流量計(jì)后由渦街流量計(jì)原理可知，Q測(cè)=f/k，式中k為流量計(jì)的流量系數(shù)，其物理意義是單位體積的脈沖數(shù)。f是流體流過發(fā)生體時(shí)產(chǎn)生的脈沖數(shù)。同樣必須把流量計(jì)所測(cè)流量換算為標(biāo)準(zhǔn)狀況下的流量以便結(jié)算，根據(jù)氣態(tài)平衡方程有：

由式可見，其測(cè)量值為實(shí)時(shí)壓力與溫度下的體積流量，與設(shè)計(jì)溫度壓力無關(guān)，因此，為便于計(jì)算只需將實(shí)時(shí)溫度壓力下的流量換算為標(biāo)準(zhǔn)狀況下的流量即可。

而孔板差壓流量計(jì)不同，在孔板設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)工藝提供的介質(zhì)設(shè)計(jì)溫度、壓力計(jì)算節(jié)流孔板直徑，同時(shí)以設(shè)計(jì)溫度、壓力為標(biāo)準(zhǔn)，將測(cè)量流量換算為標(biāo)準(zhǔn)狀況下的流量，因而其測(cè)量顯示的流量是設(shè)計(jì)溫度、壓力時(shí)的流量，并非實(shí)際溫度、壓力下的流量，因此其實(shí)際流量必須按（6）式補(bǔ)償公式進(jìn)行溫壓補(bǔ)償。

2 DCS溫壓補(bǔ)償模塊的應(yīng)用

隨著DCS在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用，流量測(cè)量中的溫壓補(bǔ)償不再由獨(dú)立的計(jì)算儀表實(shí)現(xiàn)，而由DCS中功能塊實(shí)現(xiàn)，本文介紹橫河CS3000 DCS溫壓補(bǔ)償塊的應(yīng)用。

2.1 孔板差壓流量計(jì)溫壓補(bǔ)償塊的名稱及構(gòu)成（見圖1）

其名稱為：TPCFL

圖1 TPCFL內(nèi)部構(gòu)成結(jié)構(gòu)圖

IN端，實(shí)時(shí)孔板流量計(jì)的流量輸入端，Q01實(shí)時(shí)溫度測(cè)量輸入端，Q02實(shí)時(shí)壓力測(cè)量值輸入端，QUT實(shí)時(shí)溫壓補(bǔ)償后的流量輸出。

2.2 孔板差壓流量計(jì)溫壓補(bǔ)償塊的流量計(jì)算

TPCFL計(jì)算公式如下：CPV=GAINF0（式中：GAIN為比例系數(shù)）

從該計(jì)算公式不難看出與上式（6）是相同的。

2.3 孔板差壓流量計(jì)溫壓補(bǔ)償塊的組態(tài)及應(yīng)用

補(bǔ)償DCS組態(tài)畫面，見圖2。

Fi：測(cè)量流量；

F0：校正后流量；

P：測(cè)量壓力/kPa；

Pb：設(shè)計(jì)壓力/,Pa；

T：測(cè)量溫度/℃；

Tb：設(shè)計(jì)溫度/℃。

當(dāng)壓力單位變?yōu)镸Pa時(shí)，起計(jì)算公式為：

圖2 溫壓補(bǔ)償組態(tài)圖

圖中PIA-5455為壓力顯示塊，TIA-5455為溫度顯示塊，F(xiàn)IQ-5455為流量顯示塊，%Z063102等為現(xiàn)場(chǎng)壓力、溫度、流量輸入端子號(hào)。

2.4 溫壓補(bǔ)償塊中的設(shè)定事項(xiàng)

（1）溫度、壓力輸入的單位設(shè)定方法如下：選中

TPFCL塊，用鼠標(biāo)點(diǎn)擊右鍵選擇Edit dete項(xiàng)，分項(xiàng)中選擇control calculation，選擇pressure unit：kPa Pa MPa。Temperature unit：deg：c注意選擇的單位與壓力變送器（如組態(tài)框圖中的PIA-5455）、溫度變送器（TIA-5455）單位一致。另外，在Input選項(xiàng)中設(shè)定顯示表量程，在Basic選項(xiàng)中選擇輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換，如果現(xiàn)場(chǎng)差壓變送器沒有開方，可以在 input sing conversion中選擇SquareRoot，同時(shí)，如果現(xiàn)場(chǎng)變送器沒有進(jìn)行小信號(hào)切除，可以在square Root calculation low-Input cut value中填入需要切除的數(shù)值。

（2）在上述計(jì)算公式中，要想實(shí)現(xiàn)溫壓補(bǔ)償，還有幾個(gè)重要的參數(shù)GAIN、Pb、Tb的設(shè)定，不然將起不到溫壓補(bǔ)償?shù)淖饔?，其設(shè)定方法如下：關(guān)閉組態(tài)窗口，程序下裝完畢后，打開操作畫面，鼠標(biāo)右擊屏幕上方的NAME，在對(duì)話框中填入TPCFL組態(tài)位號(hào)：如F-5455，調(diào)出儀表對(duì)話框，打開該儀表TUING（運(yùn)行）對(duì)話框，出現(xiàn)如下圖片，在圖中有GAIN、Pb、Tb將設(shè)計(jì)溫度和設(shè)計(jì)壓力填入即可。對(duì)于GAIN，在不需要時(shí)GAIN=1，可以根據(jù)顯示與實(shí)際流量大小擴(kuò)大或縮小GAIN值。使儀表顯示準(zhǔn)確。

（3）從上述溫壓補(bǔ)償?shù)挠?jì)算公式可以看出，當(dāng)測(cè)量?jī)x表采用渦街流量計(jì)時(shí)，就不能用TPCFL溫壓補(bǔ)償塊，根據(jù)以上介紹，采用公式（7）作為輸出計(jì)算公式，在CS3000計(jì)算中，采用CALCU計(jì)算塊，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖見圖3。

上述框圖中IN Q01-Q07為計(jì)算快輸入端子，CPV CPV1-CPV2為計(jì)算后的輸出值，OUT J01-J03為輸出端子。

以FIQ-5455為例，其組態(tài)框圖見圖4。

框圖中將TPCFL用CALCU代替，其中計(jì)算公式由上述（7）得出，其組態(tài)如下：

選中CALCU功能塊，點(diǎn)右鍵，打開Edit Detail編輯，在空白處寫入：

圖3 CALCU內(nèi)部構(gòu)成結(jié)構(gòu)圖

圖4 溫壓補(bǔ)償組態(tài)圖

CPV=273.15×（Q02+1.01325×10^2）/（（273.15+Q01）×1.01325×10^2）

其他量程組態(tài)與前述采用TPCFL時(shí)一樣，關(guān)閉組態(tài)框口，下裝即可得到FIQ-5455在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的流量值。

3 結(jié)語

隨著DCS的應(yīng)用，物料消耗趨勢(shì)，階段消耗比較，為工藝生產(chǎn)消耗指標(biāo)的完成，查找消耗偏高的原因，杜絕跑冒滴漏現(xiàn)象提供了數(shù)量依據(jù)。

Application of temperature and pressure compensation function block configuration of DCS

QIN De-guang
（Tangshan Sanyou Group Co.，Ttd.，Tangshan 063305 China）

This text introduces the error analysis in flow measurement，expound the importance of temperature and pressure compensation at the flowmeasurement，introduced Yokogawa DCS configuration application of temperature and pressure compensation module.

error analysis of flow measurement；importance of temperature and pressure compensation；application

TP273

B

1009－1785（2015）01-0040-03

2014-09-22

覃德光（1965—），湖南桃源人，大學(xué)本科畢業(yè)，學(xué)士學(xué)位，高級(jí)工程師，現(xiàn)供職于唐山三友氯堿有限責(zé)任公司設(shè)備部，從事儀表、DCS控制設(shè)計(jì)，施工管理等工作。