利用DCS系統(tǒng)對流量計進行氣流量控制的邏輯改造

上海自動化儀表有限公司主要闡述了由于設備節(jié)能技改，實現(xiàn)ＡＰＣ先進控制系統(tǒng)順利實施，為節(jié)省購買流量積算儀費用，利用現(xiàn)有ＤＣＳ系統(tǒng)將流量積算儀的功能用ＤＣＳ系統(tǒng)控制邏輯組態(tài)來實現(xiàn)，達到工藝操作要求。

碳化三段氣流量前期選用的孔板流量計，數(shù)量５４套；經(jīng)運行１０多年，設備腐蝕、磨損嚴重，導致計量偏差較大（＞１０％），制約公司先進技術的改造運用（碳化ＡＰＣ先進控制系統(tǒng)實施），同時因壓力損失大（４～１０ｋＰａ），導致能源消耗高、浪費嚴重。而畢托巴流量計由于一次測量元件智能探針式φ２０不銹鋼制成，其截面積很小在介質(zhì)管道中幾乎無壓力損失，使運行成本大大減小，與孔板等節(jié)流裝置相比較具有明顯的節(jié)能效果。為配合設備改造及ＡＰＣ先進控制系統(tǒng)順利實施，對５４臺三段氣流量計進行改造（選用畢托巴流量計），在儀表選型改造時為節(jié)約費用，只選用了畢托巴流量計巴體及差壓變送器，而未采購流量積算儀，將流量積算儀的功能利用ＤＣＳ系統(tǒng)控制邏輯算法來實現(xiàn)。

1、孔板壓力損失估算

現(xiàn)階段碳化三段氣流量測量均使用孔板計量，平均體積流量約１２０００ｍ３／ｈ，電動機效率大約＝０．８，平均差壓值為１０ｋＰａ，孔板孔徑比約為０．５，三段氣絕對壓力平均值在０．３ＭＰａ（３００ｋＰａ），三段氣氣體（主要成分ＣＯ２）壓縮因子約為０．７，三段氣平均溫度約３５℃（換算為國際溫標為３０８．１５Ｋ）。根據(jù)孔板的壓力損失估算公式：

將孔板計量改為畢托巴流量計，由于避免壓損而節(jié)約的能源為：按一年連續(xù)運行３００天計算，那么一臺孔板每年消耗損失的能源為：７８４４Ｗ×２４ｈ×３６０＝６７７７２．２ｋＷ·ｈ折算成電能計算，１ｋＷ·ｈ按照大約０．３５元計算，那共計５４臺流量計每年消耗的經(jīng)濟價值為：６７７７２．２ｋＷ·ｈ×０．３５元／ｋＷ·ｈ×５４＝１２８０８９４．６元／年經(jīng)估算，選用非常新節(jié)能型５４臺畢托巴流量計因為減小氣體的壓力損失折合為電能，每年大約節(jié)省電費１２８萬余元。

２改造必要性

經(jīng)過長達十余年的聯(lián)系運行，管道內(nèi)高壓、高速流動介質(zhì)的長期沖刷、腐蝕、氣蝕以及結(jié)垢掛疤，導致孔板內(nèi)緣磨損、變形，使其測量精度大幅下降，存在著諸多缺陷。

１）孔板測量精度降低，計量偏差大，難以滿足生產(chǎn)計量要求。

２）孔板連續(xù)運行十余年，設備老化，已達使用壽命。

３）原始設計，孔板安裝于五樓地面高５ｍ余處，與工藝管道為法蘭連接，密封面易泄漏，管道振動導致引壓裝置疲勞易斷裂，造成設備故障。其檢修維護困難、工作量大且效果不理想。

４）儀表裝置整體性能降低，運行穩(wěn)定性差，導致自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)難以投用，操作困難。

５）對生產(chǎn)系統(tǒng)實施優(yōu)化控制系統(tǒng)形成制約，難以滿足優(yōu)化控制系統(tǒng)高精度、高標準、精細操作的要求。

綜上所述，為了系統(tǒng)裝置運行穩(wěn)定性、提高生產(chǎn)效率，順利實施優(yōu)化控制系統(tǒng)，保障生產(chǎn)達產(chǎn)達標，改造是必要的可行的。

３．１ＤＣＳ系統(tǒng)流量計算公式控制邏輯

標況流量計算公式：

其中：Ｑ———瞬時流量；ΔＰ———輸入信號對應的差壓值，ｋＰａ；

Ａｉ———分段修正系數(shù)；Ｔ———工作溫度，℃；Ｐ———工用壓力，ｋＰａ。

３．２流量系數(shù)取值控制邏輯

３．３流量顯示控制邏輯

小于等于比較時，當現(xiàn)場輸入流量差壓值小于等于輸入０．００５時輸出為ＴＲＵＥ；當輸入流量差壓值大于輸入０．００５時輸出為ＦＡＬＳＥ；當二選一選擇時，輸入１為ＦＡＬＳＥ時將輸入清洗氣流量作為輸出，輸入１為ＴＲＵＥ時將輸入給定值０作為輸出（比較和二選一控制主要是為了小信號切除）。

３．４流量調(diào)節(jié)控制邏輯

ＰＩＤ調(diào)節(jié)器根據(jù)閥門開度大小來控制清洗氣流量。工藝操作人員以工藝指標來設定清洗氣流量設定值，ＰＩＤ調(diào)節(jié)器根據(jù)設定清洗氣流量設定值判斷閥門開度來調(diào)節(jié)清洗氣流量的大小。當現(xiàn)場測量清洗氣流量高于設定值時，調(diào)節(jié)閥逐漸關??；當現(xiàn)場測量清洗氣流量低于設定值時，閥門逐漸開大，使清洗氣流量控制在設定值范圍內(nèi)，對生產(chǎn)穩(wěn)定運行提供了保障。

３．５流量累積控制邏輯

該功能塊可對工業(yè)現(xiàn)場各種流量進行累積計算，可根據(jù)實際情況選擇累積方式。在正累積方式下，只對正的流量值進行累積，全累積方式下，不論正負流量均進行累積（因工藝需求，目前我廠均采用正累積方式進行流量累積），累積值可隨時進行復位清零，也可累積滿后進行清零復位。

４系統(tǒng)調(diào)試及投用

４．１仿真調(diào)試

首先對組態(tài)的信息進行檢查，看數(shù)據(jù)連接類型是否匹配，是否回路斷開等，檢查確定組態(tài)無誤后，利用虛擬信號發(fā)生器發(fā)射的信號，作為控制回路算法模擬仿真運行的輸入信號，運行控制算法，實時顯示仿真數(shù)據(jù)及仿真報警。在這個可調(diào)式的仿真過程中，觀察仿真結(jié)果來判斷對控制算法的組態(tài)是否滿足要求，若不滿足，則可“在線”調(diào)整算法功能塊的參數(shù)，甚至重新組態(tài)、仿真和調(diào)試，直到仿真結(jié)果滿足指定要求。

４．２聯(lián)動調(diào)試

現(xiàn)場設備安裝及機柜內(nèi)接線工作完成后進行聯(lián)調(diào)。主要對ＡＩ信號、ＡＯ信號、ＤＩ信號、ＤＯ信號、控制方案動作、聯(lián)鎖輸出等能否滿足工藝開車需要。若不滿足，則根據(jù)工藝需求進行調(diào)整，直至滿足工藝要求。

４．３系統(tǒng)投運

系統(tǒng)聯(lián)調(diào)完成后，確認工藝條件成熟時可進行投運?？刂苹芈返耐哆\，應遵循“先手動，后自動”的原則，在手動調(diào)節(jié)穩(wěn)定的前提下，進行自動運行。如有串級調(diào)節(jié)的，串級回路“先投內(nèi)環(huán)，后投外環(huán)”的原則。

５改造后運行效果

改善現(xiàn)階段三段氣流量測量偏差大，不穩(wěn)定的缺陷，提高流量測量準確度，為生產(chǎn)操作提供準確測量數(shù)據(jù)。保障生產(chǎn)平穩(wěn)運行，對優(yōu)化控制系統(tǒng)改造升級夯實基礎，提供保障。上海自動化儀表有限公司對生產(chǎn)系統(tǒng)達產(chǎn)達標提供保障，提高企業(yè)利潤率。節(jié)約儀表設備流量積算儀購買費用共５４臺大約節(jié)約資金３０萬元。