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  • 流量測量在工業自動化控制系統中的應用

    過程控制對流量測量儀表的要求

    流量儀表廣泛應用于過程控制,流量儀表在過程控制中的作用是對密封管道中的流體流量進行檢測,必要時還將流量測量儀表與調節儀表、執行器等組成調節系統,將流量穩定在合適的范圍,從而實現過程的穩定性。流量測量儀表在過程控制中擔當這樣一個特定的任務,因此需要滿足一下一些要求。


    1、 性能穩定  

    ①流量測量儀表的輸出應具備良好的穩定性,如果流量信號本身有噪聲,應可通過表內的阻尼調整,使示值穩定到便于讀數。在與調節器組成調節系統時,應使調節器輸出無明顯振蕩。

    ②流量測量儀表表示值的環境溫度影響應在規定的技術指標范圍內。

    ③儀表應具有良好的長期穩定性。


    2、 可靠性要求

    ①儀表應具有高度的可靠性.現代工業裝置趨向于大型化的連續過程,儀表故障容易導致過程的不穩定,而對安裝在管道上的流量計一旦發生故障,又不可能為了修理特地將流程停下來,因此儀表制造和系統設計都要首先考慮可靠性,包括用于溫度補償的熱電阻的可靠性。有些儀表制造商對相比之下容易發生故障不便維修的部件實行雙重化。也有一些制造商設計了在不斷流條件下更換傳感器的方法。有的電磁流量計制造商提供了不斷流更換電極的方法和工具,這些都為提高可靠性創造了良好的條件。

    ②故障診斷。儀表一旦發生故障,故障診斷部分應能自動提示發生故障的部位和故障性質,以便維修者縮短排除故障的時間。在儀表數字通信的方法將診斷信息送入計算機后,計算機可對儀表的運行狀況進行監視,在儀表故障時發出報警信號,并顯示故障內容,甚至采取必要的安全措施。


    3、 抗干擾能力強

    ①抗振動干擾能力。

    流量傳感器大多安裝在管道上,現場環境條件較惡劣,其中振動式一大干擾,所以流量傳感器、轉換器等都應有較強的抗干擾能力。有些渦街流量計和科里奧利質量流量計就是因為抗振動干擾能力不夠理想,在現場用不好,出現“無中生有”和“示值偏高”等現象。

    ②抗射頻干擾能力。

    在安裝流量計的工業現場有多種干擾源,例如廠房內的行車開過,鏟車開過或附近有人使用對講機,都會引起某些流量測量儀表示值升高,這是因為行車中的電器、鏟車的火花塞發出的射頻電磁波,對講機天線發出的射頻電磁波經某些途徑進入儀表,干擾其工作。近幾年,人們對射頻干擾影響開始重視起來。測量儀表增設射頻干擾影響指標,并采取很多措施提高抗干擾能力。


    4、 影響時間短  

    有許多流量測量儀表與調節器等一起組成調節系統,要求流量測量儀表的響應時間在1s以內。在流量定值調節系統中,流量測量環節的總時間常數如果大于1s,就可能對調節品質產生明顯影響,嚴重時導致系統振蕩,無法工作。


    5、  輸出信號的多樣性  

    ①模擬輸出。

    流量測量儀表應有4~20mA的模擬輸出,而且應有恒流特性。

    ②頻率輸出。

    流量變送器(轉換器)用頻率將流量信號傳送到顯示儀表或調節器,可以基本不損失精確度,這是這種方法的突出優點。

    ③數字量輸出。

    流量測量儀表RS485之類的通信口與計算機連接,在專用軟件的支持下,不僅可將流量測量儀表測量到的各種參數傳送到計算機,將故障信息和有關組態數據、表征儀表狀況的有關數據傳送到計算機,而且可以通過計算機在控制室修改現場儀表的組態,進行檢查、校驗、維護和管理等各項工作。


    流量檢測與流量儀表的使用

    流量測量是工業測量的常見方法,在工業控制領域 ,如電力 、冶金 、化工 、石油、食品等行業,獲得了廣泛應用 。凡涉及質量互變的過程,都需要用到流量測量,流量儀表是進行流量測量的工具,根據測量原理的不同,測量儀表可以分為很多種類,隨著現代測量方法的發展,流量儀表也從最初的差壓式、容積式 、電磁式等逐漸發展,不僅結構更加簡潔,功能也日趨多樣 。流量儀表測量的精確與否,直接關系到工業控制過程的正確 、穩定實現,與我國國民經濟發展有著直接聯系,所以,掌握常見流量儀表的原理,了解典型流量儀 表在自動化系統中的應用,對提高工業自動化水平和儀表裝備水平具有重要意義 。


    流量儀表在自動化控制系統中的應用

    1、流量計在油田自動化計量系統中的應用

    油田是應用流量計最為廣泛的行業之一 , 主要用于產油量計量 、統計和分析,測量油井日采出量等,先進的計量和工藝技術有利于及時了解油田開發情況和油井儲層變化情況,分析油氣生產變化的動態,進一步指導油田開發方針。在油田的分隊計量中,采油獲得的原始來液首先經過三相分離器分為三部分,一部分經過調節閥后去壓氣站,一部分經過電磁流量計去沉降罐,還有一部分經過質量流量計去緩沖罐 。


    油水混合液經過質量流量計傳感器采集油管內的流量 、溫度和密度等參數信號,上送處理器,通過相關的微機算法,將采集到的原油和水分的相關參數進行分析計算,再經過變送環節,通過TCP/ IP以太網通訊,上送監控主機,完成對數據的顯示、存儲、報表、打印等綜合管理功能,實現對多臺油水計量系統的監控 。


    此外,在油田的轉井現場,針對深井普遍存在的高密度和重材料浪費問題,通過流量計傳感器采集和分析鉆井液黏度 、 密度和離心機性能參數的變化,經過控制系統計算得出離心機的工作轉速和相應處理量后,通過計算機輸出控制,來建立控制系統流程,能夠有效提升重材料的回收利用率 ,節約重材料的使用費用 。


    2、流量計在電廠工藝系統中的應用

    2.1  應用于鍋爐送風工藝

    電廠鍋爐管道


    在電廠鍋爐中,流量計主要用來測量空氣 、蒸汽、鍋爐送風等的流量 。最為常 用的流量計為旋渦流量計 。旋渦流量計使用速度式原理,采用有規律的旋渦剝離現象來進行流量的測量,當蒸汽、風力等流體流過流量計的傳感器時,能夠在前部產生壓力大于管道靜壓的高壓區,當流體流經管道的加速段時,產生壓力小于管道靜壓的低壓區 , 并在低壓區的后部形成 一個有旋渦的真空地帶 , 這樣就形成了壓力波動,其波動的頻率與氣體的流量成正比,所以通過測量這個振動頻率并經過相應的換算和補償,能夠計算出流體的流速 。


    以旋渦流量計在鍋爐送風流量中的測量為例,鍋爐的送風流量是體現熱電廠鍋爐和風機運行狀態的重要參數之一,其對鍋爐燃燒的 自動控制系統控制有重要作用,實際電廠的送風管道多為矩形截面,常規的流量計很難進行精確的測量, 使用旋渦流量計具有較好效果。使用旋渦流量計進行鍋爐送風流量測量時,由傳感器 、轉換器 、控制中心組成鍋爐送風測量系統,其中傳感器包括旋 渦發生體和旋渦檢測器兩部分,主要用來進行鍋爐送風流量的測量并將之轉換為對應的頻率信號,該頻率信號在轉換器中進行整形和放 大,并輸出4 ~20mA的直流控制信號,送至控制中心, 進行待測送風流量的顯示 、記錄和分析,作為電廠鍋爐運行狀態的重要參考 。


    使用旋渦流量計進行鍋爐送風流量的測量時,應注意儀表量程的選擇和溫度與壓力的補償問題 。將被測流體的常用流量控制在旋渦流量計的1/ 2 ~2 / 3 范圍內,可確保旋渦流量計的精度誤差在允許范圍內,同時,還要選擇合適的溫度和壓力測量儀器與旋渦流量計相配套,以建立精 密 、準確的鍋爐自動化控制系統 。隨著計算機和微電子技術的發展,智能型旋渦流量計已經獲得普及, 具有流量校正和自診斷功能,能夠根據電廠鍋爐的運行工況進行更加靈活的控制,并對誤差進行修正,技術更加成熟 。


    2.2  應用于煙氣脫硫工藝


    電廠脫硫脫硝設備


    流量計在電廠煙氣脫硫工藝中也有廣泛應用,電廠的煙氣排放由于粉塵大 、溫度高,且具有一定的腐蝕性,同時電廠鍋爐的風煙道存在紊流和旋流 ,不利于流量計的準確測量 ,所以需要設置多個測點來計算平均值 。電廠流量測點眾多, 包 括一次風、二次風 、人爐氣體 、 脫硫煙氣等, 給電廠的煙氣檢測帶來 了一定的難度。應用于脫硫的煙氣流量計采用了獨特的原理,基于熱擴散原理, 根據流體流過傳感器RTD時的溫度差與流量的關系,轉換為線性輸出的流量信號,結合專用的流量數據模型和模糊控制理論,輸出控制信號, 通過專用的電荷感應式探針和刮掃裝置來完成系統控制 。


    3、流量計在污水處理工藝系統中的應用


    制藥廠的污水處理系統


    隨著現代工業的飛速發展,城市污水處理的重要性日益提升 。在實現了 自動化的污水處理廠中,流量計也獲得了廣泛的應用 。污水中含有大量的懸浮物、 廢水 、雜質 、病菌等, 不同監測點對流量計的需求是不同的 ,電磁流量 計 、超聲波流量計等都有應用,超聲波流量計因其精度高、集成度好 、體積小等優點, 近年來獲得了更多應用 。


    以超聲波流量計在污水處理中的應用為例,通過超聲波流量計與巴氏計量槽相配合,監測出水流量 ,控制進水流量和超越閥門,實現對污水處理的流量控制,在超聲波的流量自動控制系統中,超聲波傳感器檢測流量信息, 根據測量零位置到傳感器測量膜片和滿量程之間的距離,得出實際的污水流量對應的高度 ,并將之送到控制系統的中央微處理器 ,經過換算輸出 4~2O mA 的脈沖信號 , 上送中央控制室的可編程控制器 , 經過通訊后在管理機顯示,包括流量的瞬時值 、最大值 、最小值 、平均值等信息, 支持流量統計和打印, 并根據故障判別邏輯,當發生系統故障或流量異常時, 輸出報警信息, 提示運行人員通過調節進水閥門和超越閥門進行流量控制,從而滿足污水處理工藝的生產要求。更先進的控制系統可以將流量作為一個變量, 輸入到中央控制室的PLC中,直接進行程序運算并控制進水閥門和超越閥 門的變化量,同時將進水閥門和超越閥門更改為電動驅動,就不需要運行人員再進行控制,進一步提高了系統的工作效率 。


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