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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

时间:2020-04-10 09:54:47
        摘 要:针对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,在分析誤差産生的原因後,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,在准確求出液氨密度後,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测量过程中,液氨密度易受温度的影响且液氨密度随温度呈非线性变化,液氨密度和温度之间的关系可查阅相关手册[1]。如果不考虑密度变化的因素把液氨密度作为一个常数处理必定会带来测量误差,严重的时候,由密度变化带来的测量误差达到1%以上,为精确测量氨罐液位,姚玉凤、王伟等人提出了在0-30℃范围内近似线性化液氨密度-温度之间的关系,经线性化回归处理,液氨密度ρ=0.639-0.00415t,据此对液氨密度进行温度补偿。在此基础上,本文提出利用插值法对液氨密度-温度分段线性化,可利用 DCS软件提供的二维折线表,非常多分成10段进行线性化处理,可得到更好的线性化处理效果,从而取得更高的测量精度。
 
2 、雙法蘭差壓式液位計在氨罐液位测量过程中的系统误差分析
根据静压公式,图 1 所示液氨液位 H 可按根据式(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(氟油或者高溫矽油)密度的變化帶來的誤差;
C.差壓變送器測量誤差。
 
氨罐液位测量示意图

其中,毛細管中氟油或者矽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误差和液氨密度变化所带来的误差。根据现在的制造水平,差壓變送器的测量误差很小,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 液氨密度和压力、温度之间的关系
        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℃範圍內,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,如果把液氨密度作爲常數來處理,必然會帶來測量誤差。
 
4 液氨密度的温度补偿
        为减小测量误差,提高测量精度,在测量过程中必须考虑对密度进行温度补偿,方法主要有下列两种。 4.1 利用式密度-温度表达式完成温度补偿严格按照表达式(2)进行温度补偿,在DCS测控系统中,利用加减乘除及开方模块完成 1-1 表达式对密度进行修正达到从而达到温度补偿的目的。这种方法补偿精度高,但是计算量大,会大量占用计算机的CPU模块资源。
 
4.2 利用DCS折线表完成温度补偿
        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爲10段直線,在測出溫度後,可利用插值法求出相應的密[7]。DCS組態如下:
查阅设计手册确定 0—30℃范围内液氨温度—密度对照表1[1]。根据表1所示温度—密度关系表可在DCS组态软件中生成液氨温度—密度折线表如图2。
 
氨罐液位测量示意图
 
图2中,X表示某一温度占总量程的百分比,Y表示某一温度对应的密度。假设温度检测仪表的测量范围为0—50℃,3℃为量程的6%,其对应的数值为0.06,按照表1 所示 3℃时,其对应密度为 0.634451Kg/L。故输入 X 为0.06时,对应的密度Y为0.63445。把液氨温度(0-30℃)分成 10 段(0℃,3℃,6℃…30℃),其对应为量程的 0%,6%…60%转换为0.1,0.06…06。再按上述方法填写对应的密度。即可得序号为0的折线表二维折线表。在生成折线表后,通过控制算法组态完成折线表组态如图 3。图 3 中 X 端输入位号 TI_101.PV 表示液氨温度传感器在DCS主控卡中对应输入映像寄存单元,0折线表序号,DT_101为自定义变量。完成折线表组态后,DCS将采集到液氨温度的动态数据进行线性插值处理后的结果(密度)保存到自定义变量DT_101中。
 
液氨温度-密度关系表
 
在液氨密度完成溫度補償後,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。
 
折线表组态图
 
 5 结束语
        归一化处理,是在整个量程范围内把温度—密度非线性曲线近似为一根曲线,而利用二维折线表把把温度—密度曲线分为10段进行线性化处理,故可以取得更好的线性化效果,从而有效降低温度变化带来的液位测量误差。在实际应用过程中,还可根据液氨的实际存藏温度确定补偿温度范围(如20-35℃),在缩小补偿温度范围后,线性化效果会更好。此外,无论是常温还是常压下存藏,都可利用二维折线表对液氨密度进行温度补偿。从测量的介质来说,除液氨外,对于甲醇等密度易受温度影响液体液位测量都可以采用二维折线表进行密度补偿。从成本的角度来说,在保障测量精度的基础上,按照目前的市场行情,在相同的测量效果的情况下,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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