液态烃介质流量的温度补偿

专家:袁汉福 领域:DCS 行业:石油天然气 日期:11-05-18 16:37 点击数:1038


    袁汉福(1953-)
浙江宁波人,现任蓝星石化有限公司天津石油化工厂副总工程师,从事炼油自动化的设计、施工等工作。

摘要:介绍了液态烃介质流量的温度补偿问题,结合实际工况,总结计算方法,以及结合DCS系统具体解决方法。

关键词:补偿;温度;密度;质量流量;体积流量

Abstract: This paper introduces the temperature compensation of medium flow of liquid hydrocarbon by combining of real operating conditions and summarizing of computational method and specific settlement measurement of the DCS system.

Key words: Compensation;temperature;density;mass flow;volume flow

1  引言

    2005年蓝星石化公司天津石油化工厂投入运行的8万吨/年气分装置,应用浙大中控的SUPCON JX-300X系统作为控制检测系统,流量检测一次仪表使用涡街流量计。液态烃介质的主要检测回路为:C4出装置流量、丙烷产品出装置流量、丙烯产品出装置流量、液化气(LPG)进装置流量等,上述介质在石化企业一般称为液态烃介质。该介质的密度受温度影响较大(压力稳定),造成装置的设计工况与实际工况偏差较大,上述回路在冬季介质温度仅在20℃左右,在夏季最高温度也没有超过设计温度(40℃),因此在做累计运算时造成很大误差,上述工况不适合使用SUPCON JX-300X系统提供的多种标准补偿模块进行运算,需要运用复杂公式进行补偿运算。

2  具体分析及实施方法

    2.1  质量流量

    其质量流量公式为体积流量乘介质重度:

    G实际= qv实际 (1)

    质量流量公式为:

    G设计= qv设计 (2)

    2.1.1 涡街流量计的密度补偿系数(与温度成先行关系)

    G实际/ G设计=(qv设计)/(qv设计) =γ实际设计
                =ρ实际设计 (3)
     G实际 =(ρ实际设计)*G设计 =k* G设计   (4)         

    上式中,k为密度补偿系数ρ实际设计

    由于液体的密度、比重与温度线性关系可以由一直线方程式表示,如图1所示。



图1   直线方程图

    可得,直线的斜率为

    k′=(ρ设计-ρ20)/(t设计-20℃)                     (5)

    直线的方程式为  ρ实际= k′*(t实际 - t设计)+ρ设计   (6)   

    补偿系数k=ρ实际设计  = 〔k′*(t实际 - t设计)+
ρ设计〕/ρ设计 
                             = k′*(t实际 - t设计)/ρ设计+1   
                             =(k′/ρ设计)*(t实际 - t设计)+1
                             = k″*(t实际 - t设计)+1
 (7)

    上式中,k″= k′/ρ设计 (8)

    2.1.2 计算数据见表1。 

    表1   计算数据表

    2.1.3 计算结果

    ●   FT-101温度补偿系数k=1-0.00310×(t-40) ;

    ●   FT-210温度补偿系数k=1-0.00310×(t-40) ;

    ●   FT-212温度补偿系数k=1-0.00236×(t-67) ;

    ●   FT-229温度补偿系数k=1-0.00401×(t-40) ;

    ●   FT-232温度补偿系数k=1-0.003362×(t-40) 。

    结合以上补偿系数公式,实现补偿系数整体方案采用浮点数进行复杂计算。SUPCON JX-300X系统提供多种运算控制模块,以下对使用模块功能进行简要说明:


该模块功能是将SFLOAT型的输入值转化为FLOAT型的输出值。



 


该模块的功能是将输入浮点数值相乘,并将结果赋给输出浮点数值。





 
该模块的功能是将输入浮点数值相减,并将结果赋给输出浮点数值。



该模块的功能是将输入浮点数值相加,并将结果赋给输出浮点数值。

    公式具体实施方案如下(以K210为例):

    考虑SUPCON JX-300X系统中检测数据均以半浮点数0-1表示,需要将计算数据统一为浮点数。首先将检测点TE210实测温度由半浮点数转换为浮点数,然后乘以TE210量程(0-80℃)得到浮点数实测温度,代入公式计算,得出补偿系数K210。

    2.1.4计算质量流量

    根据4式:

    G实际计 =k* G设计

    G实际计—补偿后的真实质量流量kg/h

    G设计— 补偿前的质量流量kg/h

    k— 补偿系数

    补偿系数k等式中的“t”为介质实际操作温度,单位℃。
 
    2.2 体积流量 

    2.2.1流量计的密度补偿计算公式为:(当变送器送来的信号所代表刻度单位是体积流量单位m3/h时)

    G实际工作×Q测量        

    γ工作=(γ设计-γ20)÷(t设计-20)×(t-20)+γ20
  
    其中,G实际—补偿后的真实质量流量,kg/h;

    Q测量—补偿前的流量变送器来的测量体积流量,m3/h;

    t设计—流量计的设计温度,℃;
 
    t—流量变送器前温度测量点来的实际工作温度,℃;
   
    γ设计—流量计的设计温度下的介质密度,kg/m3;

    γ工作—流量计的实际工作温度条件下的介质密度,kg/m3;

    γ20——20℃时介质的密度,kg/m3。

    2.2.2 计算数据见表2。

    表2   计算数据表

    2.2.3 计算结果

    FT-101的 γ工作=-0.0015665×(t-20)+0.5593;

    FT-210的 γ工作=-0.0015665×(t-20)+0.5593;

    FT-212的 γ工作=-0.001236×(t-20) +0.5851;

    FT-229的 γ工作=-0.001775×(t-20) +0.5054;

    FT-232的 γ工作=-0.001634×(t-20) +0.5187。

    整体方案同样考虑采用浮点数进行复杂计算。具体实施方案如下(以r210为例):

3 质量流量与体积流量补偿的分析

    3.1  两种补偿的特点

    质量流量补偿需要流量变送器送来的信号为质量流量,体积流量补偿需要流量变送器送来的信号为体积流量信号,质量流量需要在流量变送器内部设置操作密度,是一个固定参数,不能随工况变化而变化,(需要经常在现场一次仪表修正密度)因此质量流量存在较大误差,体积流量与密度无关,所以其误差仅与仪表本身的精度有关。

    3.2 补偿结果数据分析

    从DCS系统的实时数据中统计得出补偿结果数据,见表3。

    表3   补偿结果数据

    从表3的数据可以看出:

    (1)在质量流量补偿情况下,直接修正质量流量。在温度偏离设计值最大的情况下(冬季),余C4介质可以有18%的误差,丙烷、丙烯的偏差为9%,液化气有15%误差,在最接近设计工况下,余C4介质可以有0.3%的误差, 丙烷、丙烯的偏差为0.01%,液化气有0.2%误差。

    (2)在体积流量补偿的情况下,修正的是工作密度。在温度偏离设计值最大的情况下(冬季),余C4介质可以有5.81%的误差,丙烷的偏差为3.55%,丙烯的偏差为3.27%,液化气有0.1%误差。

    从上述分析可以看出,补偿的效果非常明显,明显提高检测和计量精度,对正确指导生产和安全生产有重要意义。

    3.3 实施重点

    为提高补偿精度和观察补偿效果及调整补偿方法,需在工程师站进行如下工作:

    (1)设置标准密度变量

    无论质量流量还是体积流量补偿的计算均与介质的标准密度有关,因生产原料的多样性,其组成有很大变化,造成其密度随之变化,在我们的补偿计算公式中,标准密度为常量,这样在生产原料变化时,密度也随之变化,所以我们在DCS中将计算公式中的标准密度设置为一个变量值,随标准密度变化及时进行修正。从而保证计算的准确性。

    (2)设置质量流量补偿系数变量

    将质量流量补偿计算公式中的K值设置为变量,因而可以随时观察补偿情况,更加全面了解生产状况。

    (3)对质量流量补偿或体积流量补偿加设选择开关,依据实际需要,实现灵活选择。

4 结论

    在工业生产装置中应用DCS系统,不但要实现一般的控制和检测,而且应当满足各种特殊控制和检测的要求,一般的补偿在DCS中可以直接应用现有模块进行即可,但对一些特殊工艺或介质,应当进行科学分析,选择正确的补偿方法,采用复杂运算才能行之有效。液态烃介质在石油化工生产中是普遍存在的,无论使用何种流量计,上述补偿方法均可以借鉴和参考。

参考文献

    [1]蔡武昌,孙淮清. 流量测量方法和仪表的选用[M].北京:化学工业出版社,2001.

    [2]苏彦勋,盛健. 流量计量与测试[M]. 北京:中国计量出版社,1993.

作者信息:

    袁汉福,主艳红  (蓝星石化有限公司天津石油化工厂 ,天津  300380)

    楠    丁  (浙大中控技术有限公司,浙江  杭州  310007)



热点新闻
推荐产品