橫河DCS組態中溫壓補償功能塊的應用

覃德光

（唐山三友氯堿有限責任公司，河北 唐山 063005）

橫河DCS組態中溫壓補償功能塊的應用

覃德光

（唐山三友氯堿有限責任公司，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償的重要性，介紹橫河DCS組態中溫壓補償模塊的應用。

誤差分析；溫壓補償；應用

企業之間、企業內部的物料衡算，都離不開計量，計量的準確性涉及到企業各部門的成本核算及各企業的經濟效益。準確的物料計量為企業生產決策提供依據，成本核算，效益分析都建立在準確的計量之上。在工業生產中氣體的計量、特別是蒸汽的計量，溫度、壓力的變化對計量結果影響很大，因此有必要對其進行溫壓補償。量，根據氣態平衡方程，其計算公式如下：式中：Q設、Q0設—設計狀態下和標準狀態下的氣體體積流量；

T設、T0、T0—設計溫度和標況溫度；

P設、P0—設計壓力和標況壓力；

Z—壓縮系數，低壓氣體時，Z=1，即可以不用。

設計狀態下的氣體密度和標準狀態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

在工業生產中用得最多、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流裝置時的體積流量與該節流裝置產生的差壓的平方根成正比。以孔板為例，在節流孔板計算時，根據工藝正常運行時提供的溫度、壓力、工藝管線口徑、材質、厚度、允許最大差壓、最大流量和最小流量等條件計算節流孔板開口直徑，并將在設計條件下的測量流量換算成標況流

式中：ρ設、ρ0—設計狀態下和標準狀態下的氣體密度。

由標準孔板的氣體流量計算公式為：

式中：α—孔板流量系數；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，當實際壓力與設計壓力波動大時，就需要對所測流量進行溫壓補償。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℃，若設計壓力P設=0.90 MPa，設計溫度T設=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，誤差率為9.033%。當P實=0.92 MPa，溫度為T實=290℃時Q0實=1.001 6 Q0設，由此可見采用孔板流量計測量氣體流量，則必須采用溫壓補償，其補償公式為上述（6）。當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，其物理意義是單位體積的脈沖數。f是流體流過發生體時產生的脈沖數。同樣必須把流量計所測流量換算為標準狀況下的流量以便結算，根據氣態平衡方程有：

由式可見，其測量值為實時壓力與溫度下的體積流量，與設計溫度壓力無關，因此，為便于計算只需將實時溫度壓力下的流量換算為標準狀況下的流量即可。

而孔板差壓流量計不同，在孔板設計時，根據工藝提供的介質設計溫度、壓力計算節流孔板直徑，同時以設計溫度、壓力為標準，將測量流量換算為標準狀況下的流量，因而其測量顯示的流量是設計溫度、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）式補償公式進行溫壓補償。

2 DCS溫壓補償模塊的應用

隨著DCS在工業生產中的應用，流量測量中的溫壓補償不再由獨立的計算儀表實現，而由DCS中功能塊實現，本文介紹橫河CS3000 DCS溫壓補償塊的應用。

2.1 孔板差壓流量計溫壓補償塊的名稱及構成（見圖1）

其名稱為：TPCFL

圖1 TPCFL內部構成結構圖

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實時溫壓補償后的流量輸出。

2.2 孔板差壓流量計溫壓補償塊的流量計算

TPCFL計算公式如下：CPV=GAINF0（式中：GAIN為比例系數）

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償塊的組態及應用

補償DCS組態畫面，見圖2。

Fi：測量流量；

F0：校正后流量；

P：測量壓力/kPa；

Pb：設計壓力/,Pa；

T：測量溫度/℃；

Tb：設計溫度/℃。

當壓力單位變為MPa時，起計算公式為：

圖2 溫壓補償組態圖

圖中PIA-5455為壓力顯示塊，TIA-5455為溫度顯示塊，FIQ-5455為流量顯示塊，%Z063102等為現場壓力、溫度、流量輸入端子號。

2.4 溫壓補償塊中的設定事項

（1）溫度、壓力輸入的單位設定方法如下：選中

TPFCL塊，用鼠標點擊右鍵選擇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選項中設定顯示表量程，在Basic選項中選擇輸入信號轉換，如果現場差壓變送器沒有開方，可以在 input sing conversion中選擇SquareRoot，同時，如果現場變送器沒有進行小信號切除，可以在square Root calculation low-Input cut value中填入需要切除的數值。

（2）在上述計算公式中，要想實現溫壓補償，還有幾個重要的參數GAIN、Pb、Tb的設定，不然將起不到溫壓補償的作用，其設定方法如下：關閉組態窗口，程序下裝完畢后，打開操作畫面，鼠標右擊屏幕上方的NAME，在對話框中填入TPCFL組態位號：如F-5455，調出儀表對話框，打開該儀表TUING（運行）對話框，出現如下圖片，在圖中有GAIN、Pb、Tb將設計溫度和設計壓力填入即可。對于GAIN，在不需要時GAIN=1，可以根據顯示與實際流量大小擴大或縮小GAIN值。使儀表顯示準確。

（3）從上述溫壓補償的計算公式可以看出，當測量儀表采用渦街流量計時，就不能用TPCFL溫壓補償塊，根據以上介紹，采用公式（7）作為輸出計算公式，在CS3000計算中，采用CALCU計算塊，其內部結構圖見圖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內部構成結構圖

圖4 溫壓補償組態圖

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

其他量程組態與前述采用TPCFL時一樣，關閉組態框口，下裝即可得到FIQ-5455在標準狀況下的流量值。

3 結語

隨著DCS的應用，物料消耗趨勢，階段消耗比較，為工藝生產消耗指標的完成，查找消耗偏高的原因，杜絕跑冒滴漏現象提供了數量依據。

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，大學本科畢業，學士學位，高級工程師，現供職于唐山三友氯堿有限責任公司設備部，從事儀表、DCS控制設計，施工管理等工作。