横河DCS组态中温压补偿功能块的应用

覃德光

（唐山三友氯碱有限责任公司，河北 唐山 063005）

横河DCS组态中温压补偿功能块的应用

覃德光

（唐山三友氯碱有限责任公司，河北 唐山 063005）

通过对流量计量中的误差分析，阐述流量计量中温压补偿的重要性，介绍横河DCS组态中温压补偿模块的应用。

误差分析；温压补偿；应用

企业之间、企业内部的物料衡算，都离不开计量，计量的准确性涉及到企业各部门的成本核算及各企业的经济效益。准确的物料计量为企业生产决策提供依据，成本核算，效益分析都建立在准确的计量之上。在工业生产中气体的计量、特别是蒸汽的计量，温度、压力的变化对计量结果影响很大，因此有必要对其进行温压补偿。量，根据气态平衡方程，其计算公式如下：式中：Q设、Q0设—设计状态下和标准状态下的气体体积流量；

T设、T0、T0—设计温度和标况温度；

P设、P0—设计压力和标况压力；

Z—压缩系数，低压气体时，Z=1，即可以不用。

设计状态下的气体密度和标准状态下的密度也可以换算，其换算公式如下：

1 气体流量计量中的误差分析

在工业生产中用得最多、最普通是蒸汽计量，目前用得较多的用于测量蒸汽的计量器具有：差压流量计（孔板、威力巴等）、涡街流量计，其中差压流量计的测量原理为流体流过节流装置时的体积流量与该节流装置产生的差压的平方根成正比。以孔板为例，在节流孔板计算时，根据工艺正常运行时提供的温度、压力、工艺管线口径、材质、厚度、允许最大差压、最大流量和最小流量等条件计算节流孔板开口直径，并将在设计条件下的测量流量换算成标况流

式中：ρ设、ρ0—设计状态下和标准状态下的气体密度。

由标准孔板的气体流量计算公式为：

式中：α—孔板流量系数；ΔP—差压将（1）、（2）式代入（3）式得：

然而，在实际供气过程中，蒸汽的温度和压力不可能保持设计温度和压力不变化，则其实际流量为

（4）与（5）比较得

由此可见，当实际压力与设计压力波动大时，就需要对所测流量进行温压补偿。举例子如下：某厂热电来蒸汽压力波动范围0.82～0.92 MPa，温度范围为280～290℃，若设计压力P设=0.90 MPa，设计温度T设=270℃，选取P实=0.82MPa，温度为T实=280℃，按上述（6）式计算得：Q0实=0.903 3 Q0设，误差率为9.033%。当P实=0.92 MPa，温度为T实=290℃时Q0实=1.001 6 Q0设，由此可见采用孔板流量计测量气体流量，则必须采用温压补偿，其补偿公式为上述（6）。当测量气体流量采用涡街流量计后由涡街流量计原理可知，Q测=f/k，式中k为流量计的流量系数，其物理意义是单位体积的脉冲数。f是流体流过发生体时产生的脉冲数。同样必须把流量计所测流量换算为标准状况下的流量以便结算，根据气态平衡方程有：

由式可见，其测量值为实时压力与温度下的体积流量，与设计温度压力无关，因此，为便于计算只需将实时温度压力下的流量换算为标准状况下的流量即可。

而孔板差压流量计不同，在孔板设计时，根据工艺提供的介质设计温度、压力计算节流孔板直径，同时以设计温度、压力为标准，将测量流量换算为标准状况下的流量，因而其测量显示的流量是设计温度、压力时的流量，并非实际温度、压力下的流量，因此其实际流量必须按（6）式补偿公式进行温压补偿。

2 DCS温压补偿模块的应用

随着DCS在工业生产中的应用，流量测量中的温压补偿不再由独立的计算仪表实现，而由DCS中功能块实现，本文介绍横河CS3000 DCS温压补偿块的应用。

2.1 孔板差压流量计温压补偿块的名称及构成（见图1）

其名称为：TPCFL

图1 TPCFL内部构成结构图

IN端，实时孔板流量计的流量输入端，Q01实时温度测量输入端，Q02实时压力测量值输入端，QUT实时温压补偿后的流量输出。

2.2 孔板差压流量计温压补偿块的流量计算

TPCFL计算公式如下：CPV=GAINF0（式中：GAIN为比例系数）

从该计算公式不难看出与上式（6）是相同的。

2.3 孔板差压流量计温压补偿块的组态及应用

补偿DCS组态画面，见图2。

Fi：测量流量；

F0：校正后流量；

P：测量压力/kPa；

Pb：设计压力/,Pa；

T：测量温度/℃；

Tb：设计温度/℃。

当压力单位变为MPa时，起计算公式为：

图2 温压补偿组态图

图中PIA-5455为压力显示块，TIA-5455为温度显示块，FIQ-5455为流量显示块，%Z063102等为现场压力、温度、流量输入端子号。

2.4 温压补偿块中的设定事项

（1）温度、压力输入的单位设定方法如下：选中

TPFCL块，用鼠标点击右键选择Edit dete项，分项中选择control calculation，选择pressure unit：kPa Pa MPa。Temperature unit：deg：c注意选择的单位与压力变送器（如组态框图中的PIA-5455）、温度变送器（TIA-5455）单位一致。另外，在Input选项中设定显示表量程，在Basic选项中选择输入信号转换，如果现场差压变送器没有开方，可以在 input sing conversion中选择SquareRoot，同时，如果现场变送器没有进行小信号切除，可以在square Root calculation low-Input cut value中填入需要切除的数值。

（2）在上述计算公式中，要想实现温压补偿，还有几个重要的参数GAIN、Pb、Tb的设定，不然将起不到温压补偿的作用，其设定方法如下：关闭组态窗口，程序下装完毕后，打开操作画面，鼠标右击屏幕上方的NAME，在对话框中填入TPCFL组态位号：如F-5455，调出仪表对话框，打开该仪表TUING（运行）对话框，出现如下图片，在图中有GAIN、Pb、Tb将设计温度和设计压力填入即可。对于GAIN，在不需要时GAIN=1，可以根据显示与实际流量大小扩大或缩小GAIN值。使仪表显示准确。

（3）从上述温压补偿的计算公式可以看出，当测量仪表采用涡街流量计时，就不能用TPCFL温压补偿块，根据以上介绍，采用公式（7）作为输出计算公式，在CS3000计算中，采用CALCU计算块，其内部结构图见图3。

上述框图中IN Q01-Q07为计算快输入端子，CPV CPV1-CPV2为计算后的输出值，OUT J01-J03为输出端子。

以FIQ-5455为例，其组态框图见图4。

框图中将TPCFL用CALCU代替，其中计算公式由上述（7）得出，其组态如下：

选中CALCU功能块，点右键，打开Edit Detail编辑，在空白处写入：

图3 CALCU内部构成结构图

图4 温压补偿组态图

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

其他量程组态与前述采用TPCFL时一样，关闭组态框口，下装即可得到FIQ-5455在标准状况下的流量值。

3 结语

随着DCS的应用，物料消耗趋势，阶段消耗比较，为工艺生产消耗指标的完成，查找消耗偏高的原因，杜绝跑冒滴漏现象提供了数量依据。

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，大学本科毕业，学士学位，高级工程师，现供职于唐山三友氯碱有限责任公司设备部，从事仪表、DCS控制设计，施工管理等工作。