涡街流量计利用DCS系统功能的转换质量单位的应用

来源：作者：发布日期：2022-01-12 10:20:53

要：贵溪冶炼厂测量蒸汽时多选用涡街流量计，而涡街流量计输出多为体积流量，不方便进行能源统计热力计算。根据贵溪冶炼厂现有设备，通过 DCS 对涡街流量计的输出数据计算转换成显示质量流量输出，在不更换设备的情况下 , 可以获得能源统计所需要的质量单位，便于能源统计热力计算。

引言

贵溪冶炼厂内测量蒸汽流量大部分使用的是罗斯蒙特公司的涡街流量计，其测量不带温压补偿功能，输出结果为蒸汽体积流量，无法直接输出质量流量信号。而根据国家规定，能源统计热力方面，其计算方法是根据锅炉出口蒸汽和热水的温度压力在焓熵图（表）内查得每千克的热焓减去给水（或回水）热焓，乘上锅炉实际产出的蒸汽或热水数量（流量表读出）计算。其简单的换算方式为：1t 标煤产 29302/（2802-436）=12.38t 蒸汽是按照 100%热效率得出的（实际上是不可能的），其所需的是质量单位。为此，将涡街流量计［1］输出体积流量信号转换成质量流量是有必要的。

2 涡街流量计原理

我厂测量蒸汽流量计用主要用涡街流量计测量［2］。涡街流量计是根据卡门（Karman）涡街原理研究生产的测量气体、蒸汽或液体的体积流量、标况的体积流量或质量流量的体积流量计。如图 1，在流体前进的方向上放置一个非流线型的物体，在一定的条件下可以在物体后面得到稳定的漩涡列，通过测量出漩涡列的频率就可以得到流体的速度从而得到其体积流量［3］。

随着时代的发展，目前的涡街流量计都能输出质量流量，只是根据厂家型号不同，有的涡街流量计内置温压补偿装置，仪表内部就能进行体积 / 质量转换，能显示输出质量流量到系统中；不带温度补偿的涡街流量计，只能通过在流量计中设置固定的工况介质密度来实现固定补偿将体积流量转换为

质量流量后输出。

3 公式原理

理论上介质的质量流量等于体积流量与密度的乘积，如果使用不具有温度补偿功能的涡街流量计测量流量，同时又要得到质量流量，需要通过在流量计中设置固定的工况介质密度来实现固定补偿将体积流量转换为质量流量后输出，或者流量计输出体积流量，在 DCS 中输入固定的密度进行补偿，从而得到介质的质量流量。但由于负荷的变化，饱和蒸汽压力可能存在大幅波动，采用这种方式得到的质量流量，与实际流量会有较大的偏差。饱和蒸汽压力 - 密度 - 温度对照关系如表 1。

根据经验公式，饱和水蒸汽密度与压力及密度的关系［4］如表 2。

根据工厂正常生产时，低压锅炉房给工艺蒸汽压力不会低于 0.2MPa 不会高于 1.6MPa。在这个压力范围取 5 个点根据公式计算，参照对应表确认准确度，见表 3。

经确认，压力越低则相对误差越大［5］。从图 2中可以看出，工厂正常生产时在这区间内的均相对误差在允许范围之内。

4 DCS 编程

一般情况下，蒸汽的质量流量只考虑压力或者温度补偿之中的一种，饱和蒸汽就只用当前压力下的密度就行了，再根据质量流量＝密度 × 体积流量，就能计算出工况下的质量流量。工厂内低压锅炉房出来的蒸汽为饱和蒸汽，装涡街流量计的管道上前后至少有 1 个压力表，同时x 信号均进 DCS 同一控制柜，则默认同一管道上流量计压力测量位置一致。

假设蒸汽总管流量计 FI4670，蒸汽总管压力PI1010 根据上面的公式，在和利时 MACSV 系统［6］中编写程序，同时增加中间点变量 Z1010 为密度，FI4670H 为蒸汽总管流量，单位为 t/h。根据蒸汽总管压力 PI1010 就能计算出的质量流量。

工厂正常生产时低压锅炉房压力范围在0.6MPa 与 0.9MPa 之间，不会低于 0.4MPa。压力为0.2 时用 Z= - 1. 25x2+ 5. 745x + 0. 0281 计算结果为1.1271，则把压力为 0.2 以下时默认密度取固定值1.13，方便计算。然后编写程序如下：

IF _PI1010_.AV<0.2 THEN

Z1010:=1.13;

END_IF

IF 0.2<=_PI1010_.AV AND _PI1010_.AV<0.5

THEN

Z1010:=(-0.4*_PI1010_.AV+5.41)* _PI1010_.

AV+0.0632

END_IF

IF 0.5<=_PI1010_.AV AND _PI1010_.AV<1.2

THEN