能量計(jì)量儀表完善改造實(shí)例

尹 正 曹 琪 田亞新

(中國石油蘭州石化公司設(shè)備維修公司，蘭州 730060)

能量計(jì)量儀表完善改造實(shí)例

尹 正 曹 琪 田亞新

(中國石油蘭州石化公司設(shè)備維修公司，蘭州 730060)

以中國石油蘭州石化動力廠141計(jì)量站操作室模擬計(jì)量儀表改造為DCS控制系統(tǒng)為例，探討各類流量計(jì)量儀表的改造方法，現(xiàn)場流量計(jì)量儀表直接進(jìn)行溫壓補(bǔ)償計(jì)算，補(bǔ)償后的信號與DCS通信，減少了模擬量傳輸和系統(tǒng)組態(tài)對儀表測量精度的影響。

計(jì)量儀表 DCS HART通信 溫壓補(bǔ)正 改造

中國石油蘭州石化動力廠141計(jì)量站，負(fù)責(zé)管理動力廠供應(yīng)蘭州石化各個分廠的動力物料計(jì)量，包括蒸汽、瓦斯、除鹽水及軟化水等32個計(jì)量回路共65臺計(jì)量儀表。由于裝置和儀表設(shè)備投用時間長，現(xiàn)場和操作室儀表型號老舊，長期沒有更新，操作室內(nèi)儀表盤線路老化，測量精度不高，無法保證計(jì)量的準(zhǔn)確性。而且，由于計(jì)量儀表數(shù)量多、分布廣，采用人工巡檢抄表、逐級上報(bào)的管理方式致使計(jì)量數(shù)據(jù)容易缺失，難以保證計(jì)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和實(shí)效性。為了強(qiáng)化計(jì)量管理，杜絕人為因素造成的計(jì)量漏洞損失，公司決定依托原有的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，對141計(jì)量站進(jìn)行改造，以提高計(jì)量數(shù)據(jù)的共享率和管理水平。

1.1 原方案

計(jì)量儀表輸出為電壓脈沖三線制類型的流量變送器(即輸出頻率信號)，如66泵房渣油伴熱蒸汽流量指示累積，所采用的渦街流量計(jì)的流量系數(shù)為每立方米1 191.9脈沖，量程0～400m3/h。溫壓補(bǔ)正壓力變送器量程0.0～1.0MPa，溫度變送器量程0～350℃。

原計(jì)量回路采用流量驗(yàn)算儀作為流量計(jì)量二次儀表，頻率、溫度和壓力信號接入流量驗(yàn)算儀，經(jīng)驗(yàn)算儀計(jì)算后實(shí)現(xiàn)瞬時量、溫度、壓力和累積量的顯示記錄如圖1所示。

1.2改造方案

流量信號采用MTL5532脈沖卡安全柵將渦街流量計(jì)輸出頻率轉(zhuǎn)換為4～20mA后，分別將流量、溫度和壓力4～20mA信號接入DCS模擬輸入卡，用計(jì)算公式在DCS實(shí)現(xiàn)流量瞬時、累積、溫度和壓力顯示記錄，如圖2所示。

圖1 改造前儀表使用示意圖

圖2 改造后儀表使用示意圖

渦街流量計(jì)的流量系數(shù)K值為每立方米1 191.9脈沖，量程0～400m3/h，頻率值為(1191.9×400)÷3600s=132.4Hz。安全柵脈沖卡件頻率設(shè)置為1.0～132.4Hz，對應(yīng)電流4～20mA，MTL5532安全柵通過PCS45編程軟件進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。

蒸汽的計(jì)量方式為渦街流量計(jì)+壓力+溫度。流量累積補(bǔ)償計(jì)算式如下：

M=Qgρ1

式中f——渦街流量計(jì)的輸出頻率信號,(輸出狀態(tài)下每秒的脈沖值)；

K——渦街流量計(jì)的流量系數(shù)；

M——流體的質(zhì)量流量，kg/h；

pg——工作條件下被測流體的壓力，MPa；

Qg——工況下渦街流量計(jì)的瞬時流量(輸出4～20mA)，m3/h；

Tg——工作條件下被測流體的溫度，℃；

ρ1——工作條件下被測流體的密度，kg/m3。

電壓脈沖渦街流量計(jì)的DCS組態(tài)如圖3所示。

圖3 電壓脈沖渦街流量計(jì)DCS組態(tài)

2 一體化噴嘴計(jì)量儀表改造

2.1原方案

受季節(jié)蒸汽量變化大的影響，這部分計(jì)量儀表采用超寬量程的雙差壓變送器的一體化噴嘴和流量計(jì)算轉(zhuǎn)換單元FC2000-IAE作為流量測量儀表，流量計(jì)算轉(zhuǎn)換單元能夠根據(jù)設(shè)置自動在兩個壓差信號間無縫切換，并實(shí)時對差壓變送器信號(多參數(shù))進(jìn)行補(bǔ)償運(yùn)算，同時將瞬時流量、溫度和壓力的4～20mA信號傳送到無紙記錄儀實(shí)現(xiàn)流量的顯示記錄。

2.2改造方案

直接通過FC2000-IAE(G)流量計(jì)算轉(zhuǎn)換單元的通信接口(RS-485、Modbus-RTU通信協(xié)議)，將介質(zhì)的溫度、壓力、補(bǔ)償后的瞬時流量和累積流量的數(shù)字信號傳給DCS通信卡，DCS不做任何計(jì)算，直接在DCS上實(shí)現(xiàn)顯示記錄。

通信協(xié)議的接口標(biāo)準(zhǔn)為RS-485或RS-232(三線)標(biāo)準(zhǔn)接口，通信控制采用主從控制方式，遵從Modbus協(xié)議中RTU格式的要求。通信格式采用10位數(shù)據(jù)格式、校驗(yàn)位可選，1位起始位，7位或8位數(shù)據(jù)位可選，1位停止位，比特率9 600、4 800、2 400、1 200bit/s。

Modbus協(xié)議參數(shù)寄存器地址分配表寄存器編號(十進(jìn)制)：1952～1953工作溫度，單精度浮點(diǎn)數(shù)(float)；1954～1955工作壓力；1962～1963瞬時流量；1964～1965累積流量。

FC2000-IAE(G)流量計(jì)算轉(zhuǎn)換單元DCS通信組態(tài)如圖4所示。一體化噴嘴計(jì)量儀表DCS顯示組態(tài)，如圖5所示。

圖4 FC2000-IAE(G)流量計(jì)算轉(zhuǎn)換單元DCS通信組態(tài)

圖5 一體化噴嘴計(jì)量儀表DCS顯示組態(tài)

3 阿牛巴質(zhì)量流量計(jì)改造

3.1原方案

羅斯蒙特3095型阿牛巴質(zhì)量流量計(jì)，是將其多變量差壓變送器與阿牛巴一次元件進(jìn)行組合成的流量計(jì)，由于其精度達(dá)到質(zhì)量流量計(jì)量的0.90%，并且利用單個管道貫穿孔就可以測量壓差、靜壓和過程溫度，同時可動態(tài)計(jì)算補(bǔ)償質(zhì)量流量，因而特別適用于氣體和蒸汽流體測量，被普遍大量使用。

原計(jì)量回路是將阿牛巴質(zhì)量流量計(jì)的輸出信號連接到HART TRI-LOOP 333(模擬信號解碼器)上，此模擬信號解碼器可將3095阿牛巴質(zhì)量流量計(jì)一個多變量的HART數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為3個獨(dú)立的4～20mA模擬信號(過程溫度、壓力和質(zhì)量流量)，在無紙記錄儀上顯示記錄。

3.2改造方案

取掉HART TRI-LOOP 333模擬信號解碼器，直接將3095阿牛巴質(zhì)量流量計(jì)的信號接至DCS帶HART功能的模擬輸入卡上。DCS輸入信號類型選擇HART，直接將阿牛巴質(zhì)量流量計(jì)的過程溫度、壓力和質(zhì)量流量顯示記錄在DCS上。

3095阿牛巴質(zhì)量流量計(jì)參數(shù)設(shè)置：3095變送器輸出的HART信號，需對通道參數(shù)進(jìn)行過程變量設(shè)置，PV、SV、TV分別設(shè)置為瞬時流量、過程溫度、過程壓力。

3095阿牛巴質(zhì)量流量計(jì)DCS輸入信號設(shè)置，如圖6所示。

圖6 3095阿牛巴質(zhì)量流量計(jì)DCS輸入信號設(shè)置

4 質(zhì)量流量計(jì)計(jì)量儀表改造

4.1原方案

原計(jì)量回路是將質(zhì)量流量計(jì)的4～20mA模擬輸出信號，直接連接到無紙記錄儀，來實(shí)現(xiàn)瞬時量的顯示記錄。

4.2改造方案

將質(zhì)量流量計(jì)4～20mA信號接至DCS帶HART功能的模擬輸入卡上。DCS輸入信號類型選擇HART，在DCS上直接顯示記錄過程溫度、密度、瞬時質(zhì)量流量和累積量。

質(zhì)量流量計(jì)參數(shù)設(shè)置：質(zhì)量流量計(jì)輸出的HART信號，需對通道參數(shù)PV、SV、TV、4V進(jìn)行過程變量設(shè)置，可分別設(shè)置為瞬時流量、累計(jì)量、過程溫度和介質(zhì)密度。

質(zhì)量流量計(jì)DCS組態(tài)設(shè)置：DCS輸入信號類型選擇HART，在DCS上直接顯示記錄過程溫度、密度、瞬時質(zhì)量流量和累積量，如圖7所示。

圖7 質(zhì)量流量計(jì)DCS組態(tài)

5 結(jié)束語

二次計(jì)量儀表由常規(guī)模擬儀表改造為DCS或PLC控制系統(tǒng)，由于DCS采用簡化公式進(jìn)行流量補(bǔ)償計(jì)算，在流量高精度運(yùn)算方面的功能相對欠缺，而盡可能直接采用多參數(shù)智能變送器或流量計(jì)算轉(zhuǎn)換單元的高精度溫壓補(bǔ)償運(yùn)算，通過RS-485或HART等通信方式將介質(zhì)的溫度、壓力、瞬時量、累積量及密度等參數(shù)傳給DCS，DCS直讀不進(jìn)行組態(tài)計(jì)算，減少了儀表回路模擬量信號傳輸和系統(tǒng)組態(tài)對測量精度的影響，提高了計(jì)量精度和管理水平，為工廠的精細(xì)化管理提供了數(shù)據(jù)保障。同時，也可省掉溫度和壓力補(bǔ)償儀表，不但節(jié)約了大量的投資和安裝費(fèi)用，還降低了維護(hù)成本。

TH71

B

1000-3932(2016)06-0656-03

2016-04-06(修改稿)