張丁丁

(1.安徽理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院,安徽 232001;2.淮南礦業(yè)集團(tuán)瓦斯利用分公司,安徽 232001)

瓦斯利用CDM項(xiàng)目計(jì)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析

張丁丁1,2

(1.安徽理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院,安徽 232001;2.淮南礦業(yè)集團(tuán)瓦斯利用分公司,安徽 232001)

根據(jù)淮南礦區(qū)瓦斯利用CDM項(xiàng)目實(shí)際情況,簡(jiǎn)要分析了一種流量監(jiān)測(cè)與計(jì)量技術(shù)。

CDM 流量 計(jì)量

Abstract:According to the CMM CDM utilization practice in Huainan mining area,the paper give a brief analysis for a flow monitoring and measurement technology.

Keywords:CDM;flow;measurement

1 CDM簡(jiǎn)介

清潔發(fā)展機(jī)制,簡(jiǎn)稱CDM(Clean Development Mechanism),是《京都議定書》中引入的靈活履約機(jī)制之一。CDM允許附件1締約方與非附件1締約方聯(lián)合開展二氧化碳等溫室氣體減排項(xiàng)目。這些項(xiàng)目產(chǎn)生的減排數(shù)額可以被附件1締約方作為履行他們所承諾的限排或減排量。對(duì)發(fā)達(dá)國(guó)家而言,CDM提供了一種靈活的履約機(jī)制;而對(duì)于發(fā)展中國(guó)家,通過CDM項(xiàng)目可以獲得部分資金援助和先進(jìn)技術(shù)。但是,CDM只能作為全球減排和技術(shù)轉(zhuǎn)讓的手段之一。實(shí)現(xiàn)真正意義上的減排和技術(shù)轉(zhuǎn)讓還需要發(fā)達(dá)國(guó)家做出更多的努力。

圖1 工藝流程圖

2 CDM項(xiàng)目對(duì)計(jì)量的要求

CDM項(xiàng)目計(jì)量需要時(shí)實(shí)采集瓦斯氣溫度(T)、壓力(P)、濃度(C)、流量(F)四參數(shù),將監(jiān)測(cè)點(diǎn)測(cè)量到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控室中的計(jì)算機(jī)上,自動(dòng)計(jì)算出標(biāo)況甲烷瞬時(shí)質(zhì)量流量并做累計(jì)計(jì)算,最終在計(jì)算機(jī)上顯示出從計(jì)量系統(tǒng)正式投入工作到目前已利用的標(biāo)況下甲烷總質(zhì)量,為CDM的碳指標(biāo)排放提供真實(shí)可靠的數(shù)據(jù)依據(jù)。電子自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)取樣的時(shí)間間隔為0.5秒。每小時(shí)做一次書面文檔記錄并存檔。數(shù)據(jù)記錄要保存到合適的永久性媒體中且保存9年。

淮南礦區(qū)瓦斯利用CDM項(xiàng)目主要分瓦斯發(fā)電與瓦斯民用。瓦斯發(fā)電CDM項(xiàng)目的計(jì)量系統(tǒng)相對(duì)簡(jiǎn)單,因?yàn)樗矔r(shí)流量比較穩(wěn)定且流量值較大容易監(jiān)測(cè),即使波動(dòng)也是在一個(gè)小范圍內(nèi)。瓦斯民用CDM項(xiàng)目,由于居民用氣的實(shí)際情況決定計(jì)量系統(tǒng)相對(duì)困難。居民用氣低峰時(shí)瞬時(shí)流量較小,流量傳感器有測(cè)量不準(zhǔn)確甚至測(cè)量不到的情況;居民用氣高峰時(shí)瞬時(shí)流量較大,如果流量傳感器選型不合適會(huì)有超量程的情況出現(xiàn)。所以單管、單流量傳感器的計(jì)量方法無(wú)法滿足對(duì)瓦斯民用用氣量進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)量的要求。

圖2 三管計(jì)量平面圖

以下主要介紹淮南礦區(qū)瓦斯民用CDM項(xiàng)目計(jì)量系統(tǒng)。

3 計(jì)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析

3.1 計(jì)量系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

在計(jì)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,是否準(zhǔn)確的測(cè)量瓦斯氣瞬時(shí)流量是最關(guān)鍵的。流量傳感器普遍存在的一個(gè)問題:在大管徑情況下,當(dāng)瞬時(shí)流量較低時(shí),測(cè)量不準(zhǔn)確甚至測(cè)量不到。為解決此問題,采取在不同流量范圍內(nèi)使用分管段進(jìn)行測(cè)量,如圖2所示,即三管計(jì)量。三管段進(jìn)氣側(cè)安裝三個(gè)手動(dòng)閥(常開狀態(tài),檢修流量傳感器時(shí)與電動(dòng)閥同時(shí)關(guān)閉),出氣側(cè)安裝三個(gè)電動(dòng)閥(V1、V2、V3),流量傳感器安裝于兩閥之間。

DN150管段流量傳感器測(cè)量范圍100～600m3/h;DN250管段流量傳感器測(cè)量范圍270～3000m3/h;DN400管段流量傳感器測(cè)量范圍800～8000m3/h。理論上,可測(cè)流量范圍100～11600m3/h。

在實(shí)際工作中,用瞬時(shí)流量(F)值來(lái)控制電動(dòng)閥V1、V2、V3的自動(dòng)打開或關(guān)閉。當(dāng)F≥500m3/h時(shí),V2先打開,V1再關(guān)閉;當(dāng)F<400m3/h時(shí),V1先打開,V2再關(guān)閉(這里沒有取F<500m3/h,是為了避免當(dāng)F在500m3/h左右波動(dòng)時(shí)造成V1、V2的頻繁動(dòng)作而減少電動(dòng)閥的使用壽命)。當(dāng)F≥2500m3/h時(shí),V3先打開,V2再關(guān)閉;當(dāng)F<1200m3/h時(shí),V2先打開,V3再關(guān)閉。當(dāng)F≥7000m3/h時(shí),V2打開,此時(shí)使用DN250與DN400兩管同時(shí)測(cè)量瞬時(shí)流量;當(dāng)F<6000m3/h時(shí),V2關(guān)閉。以上控制均是自動(dòng)完成。

3.2 計(jì)量系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

將測(cè)量到的瓦斯氣流量(F)、溫度(T)、壓力(P)、濃度(C)傳輸至監(jiān)控室的PLC(可編程控制器),再通過PLC與計(jì)算機(jī)的通訊接口將瓦斯氣各種參數(shù)傳送到計(jì)算機(jī)上。按照CDM項(xiàng)目的要求,需要在計(jì)算機(jī)屏幕上顯示標(biāo)況下已利用甲烷的總質(zhì)量。在PLC上將標(biāo)況下已利用甲烷的總質(zhì)量做完累計(jì)計(jì)算后上傳至計(jì)算機(jī)并顯示出來(lái)。實(shí)際應(yīng)用中,還需要對(duì)已利用的瓦斯氣流量做累計(jì)計(jì)算。

以下介紹一種流量累計(jì)的計(jì)算方法,甲烷質(zhì)量累計(jì)原理相同。

CDM項(xiàng)目要求每0.5秒采集一次瞬時(shí)流量的值,再將瞬時(shí)流量(F,單位m3/h)累加起來(lái),于是累計(jì)的總流量。此方法存在一個(gè)缺點(diǎn):由于計(jì)算機(jī)的缺點(diǎn),當(dāng)總流量值較大時(shí)與較小的瞬時(shí)流量相加會(huì)產(chǎn)生誤差甚至忽略不計(jì),此誤差會(huì)隨總流量累計(jì)值的不斷變大,誤差也會(huì)越來(lái)越大。

為解決誤差問題,先將小數(shù)累加成大數(shù),大數(shù)再做累加計(jì)算,從而將累計(jì)誤差降到最低。具體的實(shí)現(xiàn)方法:新建一個(gè)流量累計(jì)的FB塊,在此FB中將采集到的瞬時(shí)流量信號(hào)換算成取樣時(shí)間0.5秒的瞬時(shí)流量S-Flow,將S-Flow累加120次后賦值給M-Flow,得到每分鐘的流量并將S-Flow的值清零,再將M-Flow累加60次后賦值給H-Flow,得到每小時(shí)的流量并將M-Flow的值清零,再將H-Flow累加24次后賦值給D-Flow,得到每天的流量并將HFlow的值清零,最后將D-Flow無(wú)限累加賦值給TFlow得到累計(jì)總流量。CDM項(xiàng)目對(duì)數(shù)據(jù)記錄的要求是能夠反映出記錄的累計(jì)值是持續(xù)變化,所以當(dāng)前時(shí)刻的累計(jì)流量(FT)計(jì)算公式:

FT=T-Flow+D-Flow+H-Flow+M-Flow+S-Flow。最后將0B35(時(shí)間中斷組織塊)的中斷時(shí)間設(shè)置成500ms,在0B35中調(diào)用此FB,輸出得到的即是當(dāng)前時(shí)刻的累計(jì)流量。

標(biāo)況下瓦斯氣已利用總質(zhì)量的累計(jì)原理與流量累計(jì)原理相同。標(biāo)況下瞬時(shí)質(zhì)量流量(MS)計(jì)算如下:

式中 T——工況溫度,℃

P——工況壓力,KPa

C——瓦斯?jié)舛?%

S-Flow——瞬時(shí)流量,m3/(0.5s)

ρ——甲烷密度,kg/m3

將MS用上述流量累計(jì)的方法即可得到標(biāo)況下已利用的甲烷總質(zhì)量。

[1] 王巖.利用清潔發(fā)展機(jī)制促進(jìn)淮南礦區(qū)煤層氣利用[J].中國(guó)煤層氣,2005.

[2] 廖常初.S7-300/400PLC應(yīng)用技術(shù)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2005.

Design and Analysis of Measurement System in CMM CDM Utilization

Zhang Dingding
(1.Anhui University Of Science&Technology,Anhui 232001;2.Huainan Coal Mining Group Co.,Ltd.,Anhui 232001)

張丁丁,男,工程師,工作單位安徽淮南礦業(yè)集團(tuán)瓦斯利用分公司,目前安徽理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院工程院士在讀。

(責(zé)任編輯 黃 嵐)