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袁漢福(1953－)
浙江寧波人，現任藍星石化有限公司天津石油化工廠副總工程師，從事煉油自動化的設計、施工等工作。
摘要：介紹了液態烴介質流量的溫度補償問題，結合實際工況,總結計算方法,以及結合DCS系統具體解決方法。
關鍵詞：補償；溫度；密度；質量流量；體積流量
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年藍星石化公司天津石油化工廠投入運行的8萬噸/年氣分裝置，應用浙大中控的SUPCON JX-300X系統作為控制檢測系統，流量檢測一次儀表使用渦街流量計。液態烴介質的主要檢測回路為：C4出裝置流量、丙烷產品出裝置流量、丙烯產品出裝置流量、液化氣（LPG）進裝置流量等，上述介質在石化企業一般稱為液態烴介質。該介質的密度受溫度影響較大（壓力穩定），造成裝置的設計工況與實際工況偏差較大，上述回路在冬季介質溫度僅在20℃左右，在夏季最高溫度也沒有超過設計溫度（40℃），因此在做累計運算時造成很大誤差，上述工況不適合使用SUPCON JX-300X系統提供的多種標準補償模塊進行運算，需要運用復雜公式進行補償運算。
2 具體分析及實施方法
2.1 質量流量
其質量流量公式為體積流量乘介質重度：
G實際= qv*γ實際 （1）
質量流量公式為：
G設計= qv*γ設計 （2）
2.1.1 渦街流量計的密度補償系數（與溫度成先行關系）
G實際/ G設計=（qv*γ設計）/（qv*γ設計） =γ實際/γ設計
=ρ實際/ρ設計 （3）
G實際 =（ρ實際/ρ設計）*G設計 =k* G設計 （4）
上式中，k為密度補償系數ρ實際/ρ設計。
由于液體的密度、比重與溫度線性關系可以由一直線方程式表示，如圖1所示。
圖1 直線方程圖
可得，直線的斜率為
k′=（ρ設計－ρ20）/（t設計－20℃） （5）
直線的方程式為 ρ實際= k′*（t實際 - t設計）＋ρ設計 （6）
補償系數k=ρ實際/ρ設計 = 〔k′*（t實際 - t設計）＋
ρ設計〕/ρ設計
= k′*（t實際 - t設計）/ρ設計＋1
=（k′/ρ設計）*（t實際 - t設計）+1
= k″*（t實際 - t設計）+1
（7）
上式中，k″= k′/ρ設計 （8）
2.1.2 計算數據見表1。
表1 計算數據表
2.1.3 計算結果
● FT-101溫度補償系數k=1-0.00310×(t-40) ；
● FT-210溫度補償系數k=1-0.00310×(t-40) ；
● FT-212溫度補償系數k=1-0.00236×(t-67) ；
● FT-229溫度補償系數k=1-0.00401×(t-40) ；
● FT-232溫度補償系數k=1-0.003362×(t-40) 。
結合以上補償系數公式，實現補償系數整體方案采用浮點數進行復雜計算。SUPCON JX-300X系統提供多種運算控制模塊，以下對使用模塊功能進行簡要說明：
該模塊功能是將SFLOAT型的輸入值轉化為FLOAT型的輸出值。
該模塊的功能是將輸入浮點數值相乘，并將結果賦給輸出浮點數值。
該模塊的功能是將輸入浮點數值相減，并將結果賦給輸出浮點數值。
該模塊的功能是將輸入浮點數值相加，并將結果賦給輸出浮點數值。
公式具體實施方案如下（以K210為例）：
考慮SUPCON JX-300X系統中檢測數據均以半浮點數0-1表示，需要將計算數據統一為浮點數。首先將檢測點TE210實測溫度由半浮點數轉換為浮點數，然后乘以TE210量程（0-80℃）得到浮點數實測溫度，代入公式計算，得出補償系數K210。
2.1.4計算質量流量
根據4式:
G實際計 =k* G設計
G實際計—補償后的真實質量流量kg/h
G設計— 補償前的質量流量kg/h
k— 補償系數
補償系數k等式中的“t”為介質實際操作溫度，單位℃。
2.2 體積流量
2.2.1流量計的密度補償計算公式為：(當變送器送來的信號所代表刻度單位是體積流量單位m3/h時)
G實際=γ工作×Q測量
γ工作＝(γ設計－γ20)÷(t設計－20)×(t－20)＋γ20
其中，G實際—補償后的真實質量流量，kg/h；
Q測量—補償前的流量變送器來的測量體積流量，m3/h；
t設計—流量計的設計溫度，℃；
t—流量變送器前溫度測量點來的實際工作溫度，℃；
γ設計—流量計的設計溫度下的介質密度，kg/m3；
γ工作—流量計的實際工作溫度條件下的介質密度，kg/m3；
γ20——20℃時介質的密度，kg/m3。
2.2.2 計算數據見表2。
表2 計算數據表
2.2.3 計算結果
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。
整體方案同樣考慮采用浮點數進行復雜計算。具體實施方案如下（以r210為例）：
3 質量流量與體積流量補償的分析
3.1 兩種補償的特點
質量流量補償需要流量變送器送來的信號為質量流量，體積流量補償需要流量變送器送來的信號為體積流量信號，質量流量需要在流量變送器內部設置操作密度，是一個固定參數，不能隨工況變化而變化，（需要經常在現場一次儀表修正密度）因此質量流量存在較大誤差，體積流量與密度無關，所以其誤差僅與儀表本身的精度有關。
3.2 補償結果數據分析
從DCS系統的實時數據中統計得出補償結果數據，見表3。
表3 補償結果數據
從表3的數據可以看出:
（1）在質量流量補償情況下，直接修正質量流量。在溫度偏離設計值最大的情況下（冬季），余C4介質可以有18%的誤差，丙烷、丙烯的偏差為9%，液化氣有15%誤差，在最接近設計工況下，余C4介質可以有0.3%的誤差, 丙烷、丙烯的偏差為0.01%，液化氣有0.2%誤差。
（2）在體積流量補償的情況下，修正的是工作密度。在溫度偏離設計值最大的情況下（冬季），余C4介質可以有5.81%的誤差，丙烷的偏差為3.55%，丙烯的偏差為3.27%，液化氣有0.1%誤差。
從上述分析可以看出，補償的效果非常明顯，明顯提高檢測和計量精度，對正確指導生產和安全生產有重要意義。
3.3 實施重點
為提高補償精度和觀察補償效果及調整補償方法，需在工程師站進行如下工作：
（1）設置標準密度變量
無論質量流量還是體積流量補償的計算均與介質的標準密度有關，因生產原料的多樣性，其組成有很大變化，造成其密度隨之變化，在我們的補償計算公式中，標準密度為常量，這樣在生產原料變化時，密度也隨之變化，所以我們在DCS中將計算公式中的標準密度設置為一個變量值，隨標準密度變化及時進行修正。從而保證計算的準確性。
（2）設置質量流量補償系數變量
將質量流量補償計算公式中的K值設置為變量，因而可以隨時觀察補償情況，更加全面了解生產狀況。
（3）對質量流量補償或體積流量補償加設選擇開關，依據實際需要，實現靈活選擇。
4 結論
在工業生產裝置中應用DCS系統，不但要實現一般的控制和檢測，而且應當滿足各種特殊控制和檢測的要求，一般的補償在DCS中可以直接應用現有模塊進行即可，但對一些特殊工藝或介質，應當進行科學分析，選擇正確的補償方法，采用復雜運算才能行之有效。液態烴介質在石油化工生產中是普遍存在的，無論使用何種流量計，上述補償方法均可以借鑒和參考。
參考文獻
[1]蔡武昌,孫淮清. 流量測量方法和儀表的選用[M].北京:化學工業出版社,2001.
[2]蘇彥勛,盛健. 流量計量與測試[M]. 北京:中國計量出版社,1993.
作者信息：
袁漢福，主艷紅 （藍星石化有限公司天津石油化工廠 ，天津 300380）
楠 丁 （浙大中控技術有限公司，浙江 杭州 310007）
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號