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）

通過對流量計量中的誤差分析，闡述流量計量中溫壓補(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，都離不開計量，計量的準(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)確的計量之上。在工業(yè)生產(chǎn)中氣體的計量、特別是蒸汽的計量，溫度、壓力的變化對計量結(jié)果影響很大，因此有必要對其進(jìn)行溫壓補(bǔ)償。量，根據(jù)氣態(tài)平衡方程，其計算公式如下：式中：Q設(shè)、Q0設(shè)—設(shè)計狀態(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)計溫度和標(biāo)況溫度；

P設(shè)、P0—設(shè)計壓力和標(biāo)況壓力；

Z—壓縮系數(shù)，低壓氣體時，Z=1，即可以不用。

設(shè)計狀態(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、最普通是蒸汽計量，目前用得較多的用于測量蒸汽的計量器具有：差壓流量計（孔板、威力巴等）、渦街流量計，其中差壓流量計的測量原理為流體流過節(jié)流裝置時的體積流量與該節(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)流孔板計算時，根據(jù)工藝正常運(yùn)行時提供的溫度、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算節(jié)流孔板開口直徑，并將在設(shè)計條件下的測量流量換算成標(biāo)況流

式中：ρ設(shè)、ρ0—設(shè)計狀態(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，在實際供氣過程中，蒸汽的溫度和壓力不可能保持設(shè)計溫度和壓力不變化，則其實際流量為

（4）與（5）比較得

由此可見，當(dāng)實際壓力與設(shè)計壓力波動大時，就需要對所測流量進(jìn)行溫壓補(bǔ)償。舉例子如下：某廠熱電來蒸汽壓力波動范圍0.82～0.92 MPa，溫度范圍為280～290℃，若設(shè)計壓力P設(shè)=0.90 MPa，設(shè)計溫度T設(shè)=270℃，選取P實=0.82MPa，溫度為T實=280℃，按上述（6）式計算得：Q0實=0.903 3 Q0設(shè)，誤差率為9.033%。當(dāng)P實=0.92 MPa，溫度為T實=290℃時Q0實=1.001 6 Q0設(shè)，由此可見采用孔板流量計測量氣體流量，則必須采用溫壓補(bǔ)償，其補(bǔ)償公式為上述（6）。當(dāng)測量氣體流量采用渦街流量計后由渦街流量計原理可知，Q測=f/k，式中k為流量計的流量系數(shù)，其物理意義是單位體積的脈沖數(shù)。f是流體流過發(fā)生體時產(chǎn)生的脈沖數(shù)。同樣必須把流量計所測流量換算為標(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，其測量值為實時壓力與溫度下的體積流量，與設(shè)計溫度壓力無關(guān)，因此，為便于計算只需將實時溫度壓力下的流量換算為標(biāo)準(zhǔn)狀況下的流量即可。

而孔板差壓流量計不同，在孔板設(shè)計時，根據(jù)工藝提供的介質(zhì)設(shè)計溫度、壓力計算節(jié)流孔板直徑，同時以設(shè)計溫度、壓力為標(biāo)準(zhǔn)，將測量流量換算為標(biāo)準(zhǔn)狀況下的流量，因而其測量顯示的流量是設(shè)計溫度、壓力時的流量，并非實際溫度、壓力下的流量，因此其實際流量必須按（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，流量測量中的溫壓補(bǔ)償不再由獨立的計算儀表實現(xiàn)，而由DCS中功能塊實現(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，實時孔板流量計的流量輸入端，Q01實時溫度測量輸入端，Q02實時壓力測量值輸入端，QUT實時溫壓補(bǔ)償后的流量輸出。

2.2 孔板差壓流量計溫壓補(bǔ)償塊的流量計算

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

從該計算公式不難看出與上式（6）是相同的。

2.3 孔板差壓流量計溫壓補(bǔ)償塊的組態(tài)及應(yīng)用

補(bǔ)償DCS組態(tài)畫面，見圖2。

Fi：測量流量；

F0：校正后流量；

P：測量壓力/kPa；

Pb：設(shè)計壓力/,Pa；

T：測量溫度/℃；

Tb：設(shè)計溫度/℃。

當(dāng)壓力單位變?yōu)镸Pa時，起計算公式為：

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)場壓力、溫度、流量輸入端子號。

2.4 溫壓補(bǔ)償塊中的設(shè)定事項

（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)點擊右鍵選擇Edit dete項，分項中選擇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選項中設(shè)定顯示表量程，在Basic選項中選擇輸入信號轉(zhuǎn)換，如果現(xiàn)場差壓變送器沒有開方，可以在 input sing conversion中選擇SquareRoot，同時，如果現(xiàn)場變送器沒有進(jìn)行小信號切除，可以在square Root calculation low-Input cut value中填入需要切除的數(shù)值。

（2）在上述計算公式中，要想實現(xiàn)溫壓補(bǔ)償，還有幾個重要的參數(shù)GAIN、Pb、Tb的設(shè)定，不然將起不到溫壓補(bǔ)償?shù)淖饔茫湓O(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，在對話框中填入TPCFL組態(tài)位號：如F-5455，調(diào)出儀表對話框，打開該儀表TUING（運(yùn)行）對話框，出現(xiàn)如下圖片，在圖中有GAIN、Pb、Tb將設(shè)計溫度和設(shè)計壓力填入即可。對于GAIN，在不需要時GAIN=1，可以根據(jù)顯示與實際流量大小擴(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)挠嬎愎娇梢钥闯?，?dāng)測量儀表采用渦街流量計時，就不能用TPCFL溫壓補(bǔ)償塊，根據(jù)以上介紹，采用公式（7）作為輸出計算公式，在CS3000計算中，采用CALCU計算塊，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖見圖3。

上述框圖中IN Q01-Q07為計算快輸入端子，CPV CPV1-CPV2為計算后的輸出值，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，其中計算公式由上述（7）得出，其組態(tài)如下：

選中CALCU功能塊，點右鍵，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，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，施工管理等工作。