蘇 馳，吳麗娟，黃 剛

（中昊鴻鶴化工計(jì)控分公司，四川自貢 643000）

隨著化工生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，對(duì)天燃?xì)?、蒸汽、水等原料的貿(mào)易結(jié)算和能源調(diào)度管理有了更高的要求。目前，廣泛采用節(jié)流元件與流量積算儀組成的流量計(jì)量系統(tǒng)，由于受其本身功能的制約，且計(jì)量點(diǎn)位置分散，數(shù)量較大，不可避免地會(huì)引入計(jì)量誤差，且無法滿足全面的數(shù)據(jù)管理、歷史數(shù)據(jù)的保存和報(bào)表輸出等要求。當(dāng)供求雙方發(fā)生貿(mào)易糾紛時(shí)，也無法提供歷史工況和相應(yīng)數(shù)據(jù)。

為了滿足生產(chǎn)調(diào)度及時(shí)性需要和能源管控及貿(mào)易結(jié)算要求，構(gòu)建了對(duì)關(guān)鍵過程的物料流量數(shù)據(jù)和與物料流量計(jì)量相關(guān)的工藝參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控并做必要數(shù)據(jù)處理的監(jiān)控系統(tǒng)，通常簡稱為流量監(jiān)測系統(tǒng)或在線監(jiān)測系統(tǒng)。

由于計(jì)算機(jī)在數(shù)據(jù)庫技術(shù)、數(shù)據(jù)處理及數(shù)據(jù)報(bào)表等方面的強(qiáng)大優(yōu)勢，中昊鴻鶴化工計(jì)控分公司將主要工藝消耗指標(biāo)及在線供給的內(nèi)外結(jié)算物資均納入了在線流量系統(tǒng)的管理。

1 在線流量系統(tǒng)的構(gòu)建與組成

1.1 在線流量系統(tǒng)的總體架構(gòu)

1.1.1 系統(tǒng)的組成

在線流量系統(tǒng)劃分為天然氣系統(tǒng)、水系統(tǒng)、蒸汽系統(tǒng)、工業(yè)氯氣在線系統(tǒng)和二氧化碳流量系統(tǒng)五大板塊，包含了流量在線監(jiān)測、上位機(jī)采集與數(shù)據(jù)傳輸及中心數(shù)據(jù)庫三大子系統(tǒng)。子系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)見圖1。

1.1.2 流量系統(tǒng)的功能

該在線流量系統(tǒng)除實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集、演算、自動(dòng)補(bǔ)償、自校正、自診斷外，還可按照上位機(jī)的控制程序，實(shí)現(xiàn)對(duì)采集數(shù)據(jù)的報(bào)警輸出、數(shù)據(jù)整理、歷史數(shù)據(jù)歸檔、趨勢圖生成，定時(shí)報(bào)表輸出等一系列的調(diào)度管理輔助功能。由于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)同步上傳到中央機(jī)房的數(shù)據(jù)庫，如有需要，只要在該公司生產(chǎn)網(wǎng)內(nèi)任意計(jì)算機(jī)上，安裝客戶端軟件，均能調(diào)閱實(shí)時(shí)及歷史數(shù)據(jù)及曲線查詢和打印報(bào)表。在很大程度上，提高了生產(chǎn)調(diào)度管理的及時(shí)性和準(zhǔn)確性。系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)見圖2。

1.2 流量子系統(tǒng)的構(gòu)建與組成

1.2.1 流量子系統(tǒng)的組成

該公司在用流量子系統(tǒng)包括現(xiàn)場一次檢測儀表、安全柵（配電器）、流量積算儀、通訊適配器、集線器等。其中，選用的一次儀表根據(jù)工況和工藝介質(zhì)的差異有所區(qū)別，流量檢測設(shè)備主要包括楔形流量計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)孔板、均速管流量計(jì)、超聲波流量計(jì)等，輔助檢測設(shè)備包括用于溫壓補(bǔ)償?shù)膲毫ψ兯推骱蜏囟葯z測元件。

圖1 子系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

1.2.2 流量子系統(tǒng)的構(gòu)建

流量子系統(tǒng)的構(gòu)建以智能流量積算儀為核心，按計(jì)量的物料類型分別內(nèi)建不同的補(bǔ)償模型。如天然氣計(jì)量按“YS/T6143-1996”規(guī)程要求建立了溫度壓力補(bǔ)償模型。其積算儀系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)累計(jì)及掉電累計(jì)數(shù)據(jù)保護(hù)功能，保證在上位機(jī)系統(tǒng)因故通訊中斷或流量子系統(tǒng)異常掉電時(shí)，保證流量仍可連續(xù)累計(jì)，原有累計(jì)數(shù)據(jù)不丟失。流量子系統(tǒng)硬件構(gòu)成見圖3。

1.3 上位機(jī)子系統(tǒng)

1.3.1 軟、硬件組成

現(xiàn)有采集終端（上位機(jī)）軟、硬件配置見表1。

表1 上位機(jī)軟、硬件配置

操作系統(tǒng)：WINDOWS xp；

應(yīng)用軟件：成都電子研究所開發(fā)的在線監(jiān)測系統(tǒng)。

上位機(jī)子系統(tǒng)根據(jù)計(jì)量點(diǎn)相對(duì)集中的原則進(jìn)行布置?？紤]到通訊適配器地址的限制，1臺(tái)上位機(jī)最大覆蓋30個(gè)計(jì)量點(diǎn)為宜。上位機(jī)主機(jī)通常安放在控制室以方便監(jiān)控，目前，設(shè)置上位機(jī)5臺(tái)，分別位于配氣站控制室、熱電調(diào)度室、冷凍控制室、合成新系統(tǒng)控制室和合成老系統(tǒng)控制室。

1.3.2 系統(tǒng)原理

每個(gè)流量點(diǎn)的壓力、差壓信號(hào)由變送器轉(zhuǎn)成4～20 mADC或1～5 VDC直流信號(hào)后，接入本系統(tǒng)輸入端子，屏蔽層可經(jīng)匯流排接地，熱電阻（三線制）則直接接入系統(tǒng)輸入端子，接入的信號(hào)經(jīng)壓力配電器，差壓配電器及溫度變送器隔離后，輸入SLQ-01智能流量儀，每個(gè)流量點(diǎn)對(duì)應(yīng)1臺(tái)流量儀。流量儀則按照SY/T6143-1996行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)天然氣流量進(jìn)行計(jì)量，并用數(shù)碼管在面板上實(shí)時(shí)顯示累計(jì)流量、瞬時(shí)流量及壓力、差壓、溫度的測量值。各個(gè)流量點(diǎn)的流量儀都掛在系統(tǒng)的RS-485標(biāo)準(zhǔn)串行總線上，與上位工控機(jī)連接。同時(shí)，計(jì)量現(xiàn)場的各個(gè)數(shù)字智能流量儀也可以掛在RS-485總線上接入上位工控機(jī)，上位工控機(jī)對(duì)各流量的各種參數(shù)進(jìn)行管理，以曲線、表格、流程圖等各種形式顯示所有流量點(diǎn)的各種參數(shù)，并自動(dòng)生成各種報(bào)表。上位機(jī)還可以經(jīng)調(diào)制解調(diào)器接入企業(yè)局域網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的集中管理。

1.3.3 系統(tǒng)功能

（1）系統(tǒng)能以每秒200次的頻率對(duì)流量信號(hào)（壓力、差壓、溫度）進(jìn)行采集，并對(duì)采集到的參數(shù)進(jìn)行多種濾波處理后，供流量計(jì)算，本系統(tǒng)的采樣周期不受采樣點(diǎn)數(shù)量的影響。

系統(tǒng)流量計(jì)算為1 s，流量計(jì)算程序按照YS/T6143-1996《天然氣的標(biāo)準(zhǔn)孔板計(jì)量方法》標(biāo)準(zhǔn)編制并經(jīng)驗(yàn)證。流量計(jì)算周期不受計(jì)量點(diǎn)數(shù)量的影響，實(shí)時(shí)性強(qiáng)。

系統(tǒng)的數(shù)據(jù)輸出有數(shù)據(jù)列表、動(dòng)態(tài)流程圖顯示、定時(shí)報(bào)表和歷史數(shù)據(jù)記錄等形式，且數(shù)據(jù)以數(shù)據(jù)包的形式對(duì)中心服務(wù)器進(jìn)行傳送。

系統(tǒng)具有雙重密碼功能，黑匣子記錄功能，雙重備份功能。

1.4 中心服務(wù)器系統(tǒng)

中心服務(wù)器為DELL 4600，軟件版本為WINDOWS NT6。中心服務(wù)器提供按用戶要求格式、方法進(jìn)行歸檔的數(shù)據(jù)保存功能，并具備對(duì)企業(yè)內(nèi)部生產(chǎn)網(wǎng)上的任一監(jiān)控主機(jī)以廣播方式進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)布功能，實(shí)現(xiàn)公司內(nèi)部主要資源指標(biāo)數(shù)據(jù)共享。目前，該公司各生產(chǎn)單位及調(diào)度管理部門已安裝客戶端軟件四十余臺(tái)，極大地方便了公司內(nèi)部的生產(chǎn)調(diào)度管理和能源計(jì)量的需要。

2 流量系統(tǒng)主要問題的處理及設(shè)計(jì)方案

2.1 常見通訊故障的處理

2.1.1 流量系統(tǒng)客戶端故障

在計(jì)算機(jī)上觀察，某個(gè)或多個(gè)計(jì)量點(diǎn)數(shù)據(jù)有錯(cuò)誤或不變，判斷對(duì)應(yīng)的上位機(jī)出了故障（死機(jī)、網(wǎng)絡(luò)不通）。如計(jì)算機(jī)未死機(jī)，而且上位機(jī)所有計(jì)量點(diǎn)都正常，則可以判斷為該上位機(jī)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障。點(diǎn)擊開始菜單-運(yùn)行，輸入ping 192.16.1.2-t，觀察網(wǎng)絡(luò)是否正常。如果網(wǎng)絡(luò)不正常，聯(lián)系管理信息處檢查網(wǎng)絡(luò)故障。

2.1.2 流量系統(tǒng)上位機(jī)故障

如上位機(jī)某個(gè)點(diǎn)數(shù)據(jù)無顯示或不變，觀察該點(diǎn)對(duì)應(yīng)的二次表的瞬時(shí)流量、壓力、溫度是否正常顯示。如果顯示正常，可以確定二次表的通訊模塊或通訊適配器上對(duì)應(yīng)該點(diǎn)的通訊模塊有故障。處理辦法為，更換通二次表的通訊模塊或通訊適配器上的通訊模塊來恢復(fù)。

當(dāng)上位機(jī)出現(xiàn)流量系統(tǒng)死機(jī)故障現(xiàn)象，無法鏈接數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)時(shí)，需重新建數(shù)據(jù)庫。點(diǎn)擊上位機(jī)數(shù)據(jù)庫注冊(cè)工具，打開userdefine.Mdb文件，重新鏈接相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫。重新鏈接完后，備份該文件，重新啟動(dòng)計(jì)算機(jī)。

2.1.3 流量系統(tǒng)報(bào)表故障

子公司電腦上的客戶端無法生成報(bào)表時(shí)，檢查該公司電腦是否網(wǎng)絡(luò)暢通，點(diǎn)擊“開始菜單-運(yùn)行”，輸入“ping 192.16.1.2-t”。如果網(wǎng)絡(luò)有問題，則無法生成報(bào)表；如果網(wǎng)絡(luò)沒問題，可能是服務(wù)器沒有把報(bào)表數(shù)據(jù)解包傳給每個(gè)子公司客戶端。

進(jìn)入服務(wù)器，點(diǎn)擊“開始菜單-運(yùn)行”，輸入“FTP://192.16.1.2”，觀察服務(wù)器內(nèi)是否堆積了很多無法解碼的數(shù)據(jù)包。如果有，把堆積的數(shù)據(jù)包刪除后，在上位機(jī)重新上傳數(shù)據(jù)包。如果上述處理后，服務(wù)器仍不能分解數(shù)據(jù)包，需聯(lián)系管理信息處重新啟動(dòng)服務(wù)器。

2.2 輸差修正與補(bǔ)償

2.2.1 溫壓補(bǔ)償原理

從公式（1）和公式（2）中可以看出，在 ΔP或 If不變的情況下，流體的流量與流體的密度成開方關(guān)系或正比關(guān)系，而大多數(shù)流體（尤其是氣體）的密度會(huì)隨著工況條件的變化而變化，所以，流體的密度要進(jìn)行溫度、壓力補(bǔ)償。

一般氣體

根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程，一般氣體的密度ρ與壓力P成正比，與溫度T成反比，并有如下關(guān)系：

式中，P0為大氣壓力，0.101 3 MPa； ρ0為標(biāo)準(zhǔn)狀況下的氣體密度；ρ1為工況；壓力為P1；工況溫度為t1時(shí)的氣體密度。

2.2.2 過熱蒸汽和飽和蒸汽

過熱蒸汽與飽和蒸汽都是采用查表和線性插值的方式進(jìn)行補(bǔ)償。軟件表格根據(jù)南京工學(xué)院編著的《具有火用參數(shù)的水和水蒸汽性質(zhì)參數(shù)手冊(cè)》編制。

2.2.3 溫度線性補(bǔ)償和壓力線性補(bǔ)償

溫度線性補(bǔ)償公式為ρ=At+B

壓力線性補(bǔ)償公式為ρ=AP+B

式中，A為線性系數(shù)；B為常數(shù)；t為溫度，℃；P為壓力，MPa。

2.2.4 溫壓補(bǔ)償范圍

過熱蒸汽的補(bǔ)償范圍為，壓力：0.1～16 MPa(表壓)，溫度：140～560℃。 ；飽和蒸汽的補(bǔ)償范圍為，壓力：0～16 MPa(表壓)。

2.2.5 引入溫壓補(bǔ)償?shù)男Ч?/p>

2001年以前，川南氣礦輸送到廠區(qū)的天然氣輸差達(dá)到10%，每天的用氣量達(dá)到45萬～50萬m3，帶來每天近十萬元的經(jīng)濟(jì)損失。在完成溫壓補(bǔ)償?shù)募夹g(shù)引入后，天然氣輸差降低到3%以下。同時(shí)，也將該公司內(nèi)部蒸汽輸差由超過10%降至目前的2%以內(nèi)。

2.3 雙向流量的補(bǔ)償計(jì)算

2.3.1 雙向流量計(jì)量的目的

在現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中，某些流量計(jì)量裝置不僅要求能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)正向通過的介質(zhì)進(jìn)行計(jì)量，還要求在特定的條件下對(duì)反向通過的工藝介質(zhì)進(jìn)行計(jì)量。例如，在合成氨等生產(chǎn)工序中，在開車過程中需要外供蒸汽，但在進(jìn)入正常生產(chǎn)階段，卻又對(duì)外供給蒸汽。因此，為了避免重復(fù)投資，針對(duì)其蒸汽的結(jié)算計(jì)量儀表就要求具備雙向計(jì)量能力。

2.3.2 實(shí)現(xiàn)雙向計(jì)量的步驟

（1）雙向計(jì)量儀表的選擇。雙向流量計(jì)量是一個(gè)特殊的流量計(jì)量任務(wù)，目前，市售的雙向流量計(jì)有容積式流量計(jì)、渦輪流量計(jì)、熱式流量計(jì)等很多種，因該公司計(jì)量系統(tǒng)中雙向流量的計(jì)量主要是蒸汽，而蒸汽溫度高、無自潤滑能力，管徑一般較大的緣故，無法使用這幾種流量計(jì)。

因此，主要從超聲波流量計(jì)、雙向孔板、楔形流量計(jì)、菱形截面阿牛巴流量計(jì)等檢測儀表中進(jìn)行比選。通過對(duì)上述儀表優(yōu)缺點(diǎn)的對(duì)比和性價(jià)比分析，結(jié)合實(shí)際需求和長期維護(hù)需要，選用楔形流量計(jì)作為雙向計(jì)量的一次元件，并以其作為后續(xù)實(shí)施設(shè)備。

（2）測定流出系數(shù)。雖然楔形流量計(jì)是基本對(duì)稱結(jié)構(gòu)，但由于尚未標(biāo)準(zhǔn)化，產(chǎn)品需要做性能檢定，必須根據(jù)《JJG640-1994》對(duì)楔形流量計(jì)進(jìn)行正反2個(gè)方向流出系數(shù)的檢定。

（3）計(jì)量瞬時(shí)流量。使用差壓變送器測量楔形流量計(jì)的壓差，當(dāng)介質(zhì)正向流動(dòng)時(shí)，測得壓差為正壓差；當(dāng)介質(zhì)反向流動(dòng)時(shí)，測得壓差為負(fù)壓差。在實(shí)際測量時(shí)，需對(duì)變送器的量程進(jìn)行必要的遷移，并將測量值輸入計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)判別，如只需要進(jìn)行數(shù)據(jù)累計(jì)，也可直接計(jì)負(fù)值累計(jì)扣減即可。計(jì)算公式如下［1］：

式中：qv—體積流量，m3/s；C正—正向流出系數(shù)；C負(fù)—反向流出系數(shù)；ε—可膨脹性系數(shù)；m—節(jié)流面積比，；S1—弓形流通面積，m2；D—管道內(nèi)徑，m；△p正—正向流量差壓，Pa；△p反—反向流量差壓，Pa；ρ—被測介質(zhì)密度，kg/m3。

S1的計(jì)算：

（4）目前，該公司主要依靠以智能流量積算儀為核心，依據(jù)計(jì)量的物料類型分別內(nèi)建不同的補(bǔ)償模型，并與其他網(wǎng)絡(luò)設(shè)備構(gòu)建的流量子系統(tǒng)完成流量數(shù)據(jù)的積算和累計(jì)功能，累計(jì)數(shù)據(jù)傳送到PE5200工業(yè)控制計(jì)算機(jī)進(jìn)行歸檔、保存和進(jìn)一步的處理。

3 結(jié)語

引入流量在線監(jiān)測系統(tǒng)后，滿足了調(diào)度中心和各生產(chǎn)單位的生產(chǎn)調(diào)度準(zhǔn)確性和及時(shí)性的要求，為調(diào)度和能管工作對(duì)各能源消耗指標(biāo)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)查詢和歷史數(shù)據(jù)的追溯提供了基本的設(shè)施保障，在一定程度上，促進(jìn)了計(jì)量技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展，加快了信息化與工業(yè)化融合的步伐。

［1］國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局.JJG640-94常用計(jì)量檢定規(guī)程匯編.北京：中國計(jì)量出版社，1995.