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三暢創新研發儀表、助力工業自動化升級

利用DCS系統對流量計進行氣流量控制的邏輯改造

來源: 作者: 發布日期:2020-11-11

 摘要:主要闡述了由于設備節能技改,實現APC先進控制系統順利實施,為節省購買流量積算儀費用,利用現有DCS系統將流量積算儀的功能用DCS系統控制邏輯組態來實現,達到工藝操作要求。

 
         碳化三段氣流量前期選用的孔板流量計,數量54套;經運行10多年,設備腐蝕、磨損嚴重,導致計量偏差較大(>10%),制約公司先進技術的改造運用(碳化APC先進控制系統實施),同時因壓力損失大(4~10kPa),導致能源消耗高、浪費嚴重。而畢托巴流量計由于一次測量元件智能探針式φ20不銹鋼制成,其截面積很小在介質管道中幾乎無壓力損失,使運行成本大大減小,與孔板等節流裝置相比較具有明顯的節能效果。為配合設備改造及APC先進控制系統順利實施,對54臺三段氣流量計進行改造(選用畢托巴流量計),在儀表選型改造時為節約費用,只選用了畢托巴流量計巴體及差壓變送器,而未采購流量積算儀,將流量積算儀的功能利用DCS系統控制邏輯算法來實現。
 
1、孔板壓力損失估算
         現階段碳化三段氣流量測量均使用孔板計量,平均體積流量約12000m3/h,電動機效率大約=0.8,平均差壓值為10kPa,孔板孔徑比約為0.5,三段氣絕對壓力平均值在0.3MPa(300kPa),三段氣氣體(主要成分CO2)壓縮因子約為0.7,三段氣平均溫度約35℃(換算為國際溫標為308.15K)。根據孔板的壓力損失估算公式:
孔板的壓力損失估算公式
         將孔板計量改為畢托巴流量計,由于避免壓損而節約的能源為:
 
         按一年連續運行300天計算,那么一臺孔板每年消耗損失的能源為:7844W×24h×360=67772.2kW·h折算成電能計算,1kW·h按照大約0.35元計算,那共計54臺流量計每年消耗的經濟價值為:
67772.2kW·h×0.35元/kW·h×54=1280894.6元/年
 
         經估算,選用非常新節能型54臺畢托巴流量計因為減小氣體的壓力損失折合為電能,每年大約節省電費128萬余元。
 
2改造必要性
         經過長達十余年的聯系運行,管道內高壓、高速流動介質的長期沖刷、腐蝕、氣蝕以及結垢掛疤,導致孔板內緣磨損、變形,使其測量精度大幅下降,存在著諸多缺陷。
         1)孔板測量精度降低,計量偏差大,難以滿足生產計量要求。
         2)孔板連續運行十余年,設備老化,已達使用壽命。
         3)原始設計,孔板安裝于五樓地面高5m余處,與工藝管道為法蘭連接,密封面易泄漏,管道振動導致引壓裝置疲勞易斷裂,造成設備故障。其檢修維護困難、工作量大且效果不理想。
         4)儀表裝置整體性能降低,運行穩定性差,導致自動調節系統難以投用,操作困難。
         5)對生產系統實施優化控制系統形成制約,難以滿足優化控制系統高精度、高標準、精細操作的要求。
 
綜上所述,為了系統裝置運行穩定性、提高生產效率,順利實施優化控制系統,保障生產達產達標,改造是必要的可行的。
 
3.1DCS系統流量計算公式控制邏輯
標況流量計算公式:
DCS系統流量計算公式控
其中:Q———瞬時流量;ΔP———輸入信號對應的差壓值,kPa;
Ai———分段修正系數;T———工作溫度,℃;P———工用壓力,kPa。
流量計算控制邏輯圖
3.2流量系數取值控制邏輯
流量計差壓值與流量系數對應表
DCS系統控制邏輯中差壓值與流量系數對應關系
3.3流量顯示控制邏輯
         小于等于比較時,當現場輸入流量差壓值小于等于輸入0.005時輸出為TRUE;當輸入流量差壓值大于輸入0.005時輸出為FALSE;當二選一選擇時,輸入1為FALSE時將輸入清洗氣流量作為輸出,輸入1為TRUE時將輸入給定值0作為輸出(比較和二選一控制主要是為了小信號切除)。
流量系數取值控制邏輯圖流量顯示控制邏輯圖
3.4流量調節控制邏輯
         PID調節器根據閥門開度大小來控制清洗氣流量。工藝操作人員以工藝指標來設定清洗氣流量設定值,PID調節器根據設定清洗氣流量設定值判斷閥門開度來調節清洗氣流量的大小。當現場測量清洗氣流量高于設定值時,調節閥逐漸關小;當現場測量清洗氣流量低于設定值時,閥門逐漸開大,使清洗氣流量控制在設定值范圍內,對生產穩定運行提供了保障。
 
3.5流量累積控制邏輯
         該功能塊可對工業現場各種流量進行累積計算,可根據實際情況選擇累積方式。在正累積方式下,只對正的流量值進行累積,全累積方式下,不論正負流量均進行累積(因工藝需求,目前我廠均采用正累積方式進行流量累積),累積值可隨時進行復位清零,也可累積滿后進行清零復位。
流量遠程調節控制邏輯圖流量累積控制邏輯圖
4系統調試及投用
4.1仿真調試
         首先對組態的信息進行檢查,看數據連接類型是否匹配,是否回路斷開等,檢查確定組態無誤后,利用虛擬信號發生器發射的信號,作為控制回路算法模擬仿真運行的輸入信號,運行控制算法,實時顯示仿真數據及仿真報警。在這個可調式的仿真過程中,觀察仿真結果來判斷對控制算法的組態是否滿足要求,若不滿足,則可“在線”調整算法功能塊的參數,甚至重新組態、仿真和調試,直到仿真結果滿足指定要求。
4.2聯動調試
         現場設備安裝及機柜內接線工作完成后進行聯調。主要對AI信號、AO信號、DI信號、DO信號、控制方案動作、聯鎖輸出等能否滿足工藝開車需要。若不滿足,則根據工藝需求進行調整,直至滿足工藝要求。
4.3系統投運
         系統聯調完成后,確認工藝條件成熟時可進行投運。控制回路的投運,應遵循“先手動,后自動”的原則,在手動調節穩定的前提下,進行自動運行。如有串級調節的,串級回路“先投內環,后投外環”的原則。
5改造后運行效果
         改善現階段三段氣流量測量偏差大,不穩定的缺陷,提高流量測量準確度,為生產操作提供準確測量數據。保障生產平穩運行,對優化控制系統改造升級夯實基礎,提供保障。對生產系統達產達標提供保障,提高企業利潤率。節約儀表設備流量積算儀購買費用共54臺大約節約資金30萬元。

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