瓦斯利用CDM项目计量系统设计与分析

张丁丁

(1.安徽理工大学计算机学院,安徽 232001;2.淮南矿业集团瓦斯利用分公司,安徽 232001)

瓦斯利用CDM项目计量系统设计与分析

张丁丁1,2

(1.安徽理工大学计算机学院,安徽 232001;2.淮南矿业集团瓦斯利用分公司,安徽 232001)

根据淮南矿区瓦斯利用CDM项目实际情况,简要分析了一种流量监测与计量技术。

CDM 流量 计量

Abstract:According to the CMM CDM utilization practice in Huainan mining area,the paper give a brief analysis for a flow monitoring and measurement technology.

Keywords:CDM;flow;measurement

1 CDM简介

清洁发展机制,简称CDM(Clean Development Mechanism),是《京都议定书》中引入的灵活履约机制之一。CDM允许附件1缔约方与非附件1缔约方联合开展二氧化碳等温室气体减排项目。这些项目产生的减排数额可以被附件1缔约方作为履行他们所承诺的限排或减排量。对发达国家而言,CDM提供了一种灵活的履约机制;而对于发展中国家,通过CDM项目可以获得部分资金援助和先进技术。但是,CDM只能作为全球减排和技术转让的手段之一。实现真正意义上的减排和技术转让还需要发达国家做出更多的努力。

图1 工艺流程图

2 CDM项目对计量的要求

CDM项目计量需要时实采集瓦斯气温度(T)、压力(P)、浓度(C)、流量(F)四参数,将监测点测量到的数据传输到监控室中的计算机上,自动计算出标况甲烷瞬时质量流量并做累计计算,最终在计算机上显示出从计量系统正式投入工作到目前已利用的标况下甲烷总质量,为CDM的碳指标排放提供真实可靠的数据依据。电子自动监控系统取样的时间间隔为0.5秒。每小时做一次书面文档记录并存档。数据记录要保存到合适的永久性媒体中且保存9年。

淮南矿区瓦斯利用CDM项目主要分瓦斯发电与瓦斯民用。瓦斯发电CDM项目的计量系统相对简单,因为瞬时流量比较稳定且流量值较大容易监测,即使波动也是在一个小范围内。瓦斯民用CDM项目,由于居民用气的实际情况决定计量系统相对困难。居民用气低峰时瞬时流量较小,流量传感器有测量不准确甚至测量不到的情况;居民用气高峰时瞬时流量较大,如果流量传感器选型不合适会有超量程的情况出现。所以单管、单流量传感器的计量方法无法满足对瓦斯民用用气量进行准确计量的要求。

图2 三管计量平面图

以下主要介绍淮南矿区瓦斯民用CDM项目计量系统。

3 计量系统设计与分析

3.1 计量系统硬件设计

在计量系统设计中,是否准确的测量瓦斯气瞬时流量是最关键的。流量传感器普遍存在的一个问题:在大管径情况下,当瞬时流量较低时,测量不准确甚至测量不到。为解决此问题,采取在不同流量范围内使用分管段进行测量,如图2所示,即三管计量。三管段进气侧安装三个手动阀(常开状态,检修流量传感器时与电动阀同时关闭),出气侧安装三个电动阀(V1、V2、V3),流量传感器安装于两阀之间。

DN150管段流量传感器测量范围100～600m3/h;DN250管段流量传感器测量范围270～3000m3/h;DN400管段流量传感器测量范围800～8000m3/h。理论上,可测流量范围100～11600m3/h。

在实际工作中,用瞬时流量(F)值来控制电动阀V1、V2、V3的自动打开或关闭。当F≥500m3/h时,V2先打开,V1再关闭;当F<400m3/h时,V1先打开,V2再关闭(这里没有取F<500m3/h,是为了避免当F在500m3/h左右波动时造成V1、V2的频繁动作而减少电动阀的使用寿命)。当F≥2500m3/h时,V3先打开,V2再关闭;当F<1200m3/h时,V2先打开,V3再关闭。当F≥7000m3/h时,V2打开,此时使用DN250与DN400两管同时测量瞬时流量;当F<6000m3/h时,V2关闭。以上控制均是自动完成。

3.2 计量系统软件设计

将测量到的瓦斯气流量(F)、温度(T)、压力(P)、浓度(C)传输至监控室的PLC(可编程控制器),再通过PLC与计算机的通讯接口将瓦斯气各种参数传送到计算机上。按照CDM项目的要求,需要在计算机屏幕上显示标况下已利用甲烷的总质量。在PLC上将标况下已利用甲烷的总质量做完累计计算后上传至计算机并显示出来。实际应用中,还需要对已利用的瓦斯气流量做累计计算。

以下介绍一种流量累计的计算方法,甲烷质量累计原理相同。

CDM项目要求每0.5秒采集一次瞬时流量的值,再将瞬时流量(F,单位m3/h)累加起来,于是累计的总流量。此方法存在一个缺点:由于计算机的缺点,当总流量值较大时与较小的瞬时流量相加会产生误差甚至忽略不计,此误差会随总流量累计值的不断变大,误差也会越来越大。

为解决误差问题,先将小数累加成大数,大数再做累加计算,从而将累计误差降到最低。具体的实现方法:新建一个流量累计的FB块,在此FB中将采集到的瞬时流量信号换算成取样时间0.5秒的瞬时流量S-Flow,将S-Flow累加120次后赋值给M-Flow,得到每分钟的流量并将S-Flow的值清零,再将M-Flow累加60次后赋值给H-Flow,得到每小时的流量并将M-Flow的值清零,再将H-Flow累加24次后赋值给D-Flow,得到每天的流量并将HFlow的值清零,最后将D-Flow无限累加赋值给TFlow得到累计总流量。CDM项目对数据记录的要求是能够反映出记录的累计值是持续变化,所以当前时刻的累计流量(FT)计算公式:

FT=T-Flow+D-Flow+H-Flow+M-Flow+S-Flow。最后将0B35(时间中断组织块)的中断时间设置成500ms,在0B35中调用此FB,输出得到的即是当前时刻的累计流量。

标况下瓦斯气已利用总质量的累计原理与流量累计原理相同。标况下瞬时质量流量(MS)计算如下:

式中 T——工况温度,℃

P——工况压力,KPa

C——瓦斯浓度,%

S-Flow——瞬时流量,m3/(0.5s)

ρ——甲烷密度,kg/m3

将MS用上述流量累计的方法即可得到标况下已利用的甲烷总质量。

[1] 王岩.利用清洁发展机制促进淮南矿区煤层气利用[J].中国煤层气,2005.

[2] 廖常初.S7-300/400PLC应用技术[M].北京:机械工业出版社,2005.

Design and Analysis of Measurement System in CMM CDM Utilization

Zhang Dingding
(1.Anhui University Of Science&Technology,Anhui 232001;2.Huainan Coal Mining Group Co.,Ltd.,Anhui 232001)

张丁丁,男,工程师,工作单位安徽淮南矿业集团瓦斯利用分公司,目前安徽理工大学计算机学院工程院士在读。

(责任编辑 黄 岚)