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雙法蘭差壓式液位計用于氨罐液位的精確測量
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雙法蘭差壓式液位計用于氨罐液位的精確測量

時間:2020-04-10 09:54:47
        摘 要:針對法蘭式差壓液位計在氨罐液位測量過程中,存在液氨密度受溫度、壓力的影響所帶來測量誤差,在分析誤差產生的原因后,提出線性插值法進行溫度補償的解決辦法。在此基礎上,利用集散控制系統軟件提供的二維折線表,首先實現密度-溫度的分段線性處理,在準確求出液氨密度后,進一步利用液位-密度之間的關系算出氨罐液位.經調試運行,此測量方案在液氨測量過程中,在不增加成本的前提下,具有測量精度高、響應速度快、可靠性高、經濟性好等優點。
1、引言
        雙法蘭差壓式液位計在氨罐液位測量過程中,液氨密度易受溫度的影響且液氨密度隨溫度呈非線性變化,液氨密度和溫度之間的關系可查閱相關手冊[1]。如果不考慮密度變化的因素把液氨密度作為一個常數處理必定會帶來測量誤差,嚴重的時候,由密度變化帶來的測量誤差達到1%以上,為精確測量氨罐液位,姚玉鳳、王偉等人提出了在0-30℃范圍內近似線性化液氨密度-溫度之間的關系,經線性化回歸處理,液氨密度ρ=0.639-0.00415t,據此對液氨密度進行溫度補償。在此基礎上,本文提出利用插值法對液氨密度-溫度分段線性化,可利用 DCS軟件提供的二維折線表,非常多分成10段進行線性化處理,可得到更好的線性化處理效果,從而取得更高的測量精度。
 
2 、雙法蘭差壓式液位計在氨罐液位測量過程中的系統誤差分析
根據靜壓公式,圖 1 所示液氨液位 H 可按根據式(1)算出
 
20200410095540.jpg

H液氨液位,ρ0表示毛細管填充液密度,h2表示上下雙法蘭的高度差,ρ表示液氨密度。
由式(1)可知,液位測量精度包括:
A.介質密度ρ的變化帶來的誤差;
B.毛細管填充液(氟油或者高溫硅油)密度的變化帶來的誤差;
C.差壓變送器測量誤差。
 
氨罐液位測量示意圖

其中,毛細管中氟油或者硅油密度受環境溫度影響較小,所帶來的測量誤差可忽略不計,因此液氨液位測量誤差主要包括差壓變送器的誤差和液氨密度變化所帶來的誤差。根據現在的制造水平,差壓變送器的測量誤差很小,因此,雙法蘭差壓式液位變送器的測量誤差主要取決于介質密度的變化帶來的誤差。
 
3 液氨密度和壓力、溫度之間的關系
        液氨壓力對密度的影響主要通過壓力P0影響溫度來體現,故液氨密度主要考慮溫度因素,在-50℃至50℃范圍內,液氨的相對密度d4t和溫度t之間的關系見式(2):
 
20200410095750.jpg

        根據(2)式可知,液氨密度和溫度之間呈非線性關系,在測量過程中,如果把液氨密度作為常數來處理,必然會帶來測量誤差。
 
4 液氨密度的溫度補償
        為減小測量誤差,提高測量精度,在測量過程中必須考慮對密度進行溫度補償,方法主要有下列兩種。 4.1 利用式密度-溫度表達式完成溫度補償嚴格按照表達式(2)進行溫度補償,在DCS測控系統中,利用加減乘除及開方模塊完成 1-1 表達式對密度進行修正達到從而達到溫度補償的目的。這種方法補償精度高,但是計算量大,會大量占用計算機的CPU模塊資源。
 
4.2 利用DCS折線表完成溫度補償
        折線表利用完成溫度—密度補償時,可把溫度—密度的非線性曲線近似分為10段直線,在測出溫度后,可利用插值法求出相應的密[7]。DCS組態如下:
查閱設計手冊確定 0—30℃范圍內液氨溫度—密度對照表1[1]。根據表1所示溫度—密度關系表可在DCS組態軟件中生成液氨溫度—密度折線表如圖2。
 
氨罐液位測量示意圖
 
圖2中,X表示某一溫度占總量程的百分比,Y表示某一溫度對應的密度。假設溫度檢測儀表的測量范圍為0—50℃,3℃為量程的6%,其對應的數值為0.06,按照表1 所示 3℃時,其對應密度為 0.634451Kg/L。故輸入 X 為0.06時,對應的密度Y為0.63445。把液氨溫度(0-30℃)分成 10 段(0℃,3℃,6℃…30℃),其對應為量程的 0%,6%…60%轉換為0.1,0.06…06。再按上述方法填寫對應的密度。即可得序號為0的折線表二維折線表。在生成折線表后,通過控制算法組態完成折線表組態如圖 3。圖 3 中 X 端輸入位號 TI_101.PV 表示液氨溫度傳感器在DCS主控卡中對應輸入映像寄存單元,0折線表序號,DT_101為自定義變量。完成折線表組態后,DCS將采集到液氨溫度的動態數據進行線性插值處理后的結果(密度)保存到自定義變量DT_101中。
 
液氨溫度-密度關系表
 
在液氨密度完成溫度補償后,可進一步調用算法模塊完成(1)式所示算法,即可算出液位高度H。
 
折線表組態圖
 
 5 結束語
        歸一化處理,是在整個量程范圍內把溫度—密度非線性曲線近似為一根曲線,而利用二維折線表把把溫度—密度曲線分為10段進行線性化處理,故可以取得更好的線性化效果,從而有效降低溫度變化帶來的液位測量誤差。在實際應用過程中,還可根據液氨的實際存藏溫度確定補償溫度范圍(如20-35℃),在縮小補償溫度范圍后,線性化效果會更好。此外,無論是常溫還是常壓下存藏,都可利用二維折線表對液氨密度進行溫度補償。從測量的介質來說,除液氨外,對于甲醇等密度易受溫度影響液體液位測量都可以采用二維折線表進行密度補償。從成本的角度來說,在保障測量精度的基礎上,按照目前的市場行情,在相同的測量效果的情況下,采用雙法蘭差壓式液位計在比常用的磁致伸縮液位計價格低25%左右,因此具有良好的經濟性。

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