本文介绍了液态烃介质流量测量的补偿问题，并结合WebField JX-300X系统提出具体的解决方法。

蓝星石化公司天津石油化工厂于2005年投入运行的8万吨/年气分装置，应用了中控的WebField JX-300X系统作为控制检测系统，流量检测一次仪表使用了涡街流量计。液态烃介质的主要检测回路包括：C4出装置流量、丙烷产品出装置流量、丙烯产品出装置流量、液化气（LPG）进装置流量等液态烃介质。该类介质的密度受温度影响较大（压力稳定），造成装置的设计工况与实际工况偏差较大，此时，不适宜使用SUPCON JX-300X系统提供的标准补偿模块去进行运算，需要通过复杂公式进行补偿运算。

分析及实施方法质量流量

质量流量公式为体积流量乘介质重度：

G实际=qv×γ实际 （1）

G设计= qv×γ设计 （2）

设涡街流量计的密度补偿系数与温度成线性关系，将式（1）/式（2）得：

G实际/ G设计= （qv×γ设计）/（qv×γ设计）

=γ实际/γ设计=ρ实际/ρ设计 （3）

G实际 =（ρ实际/ρ设计）×G设计

=k× G设计  （4）        

式中：k—密度补偿系数，即

ρ实际/ρ设计  （5）

由于液体的密度、比重与温度成线性关系，故可以由一直线方程式来表示（见图1）：

图1 密度和温度的线性关系。

由图1可得；

k'=（ρ设计-ρ20）/（t设计-20℃） （6）

式中：k'—直线的斜率。

故直线的方程式为：

ρ实际= k'×（t实际 - t设计）＋ρ设计 （7）

式中补偿系数为：

k=ρ实际/ρ设计 

 = 〔k'×（t实际 - t设计）＋ρ设计〕/ρ设计 

 = k'×（t实际 - t设计）/ρ设计＋1   

 =（k'/ρ设计）×（t实际 - t设计）+1

 = k''×（t实际 - t设计）+1 （8）

式（8）中：

k''= k'/ρ设计 （9）

计算数据见表1。

计算结果

计算结果如下：

FT-101温度补偿系数

 k=1-0.00310×(t-40)；

FT-210温度补偿系数

 k=1-0.00310×(t-40)；

FT-212温度补偿系数

 k=1-0.00236×(t-67)；

FT-229温度补偿系数

 k=1-0.00401×(t-40)；

FT-232温度补偿系数

 k=1-0.003362×(t-40)。

图2  使用模块的功能简介。

结合以上补偿系数的计算公式，实现补偿系数整体方案是采用浮点数进行复杂计算的。SUPCON JX-300X系统提供多种运算控制模块，图2对使用模块的功能进行了简要说明。

模块a的功能是将SFLOAT型的输入值转化为FLOAT型的输出值。

模块b的功能是将输入浮点数值相乘，并将结果赋给输出浮点数值。

模块c的功能是将输入浮点数值相减，并将结果赋给输出浮点数值。

模块d的功能是将输入浮点数值相加，并将结果赋给输出浮点数值。

具体实施方案见图3（以K210为例）。

图3  具体实施方案。

考虑SUPCON JX-300X系统中检测数据均以半浮点数0-1表示，需要将计算数据统一为浮点数。首先将检测点TE210实测温度由半浮点数转换为浮点数，然后乘以TE210量程（0~80℃）得到浮点数实测温度，代入公式计算，得出补偿系数K210。

计算质量流量

根据式（4）得:

G实际计 =k×G设计

G实际计—补偿后的真实质量流量kg/h

G设计— 补偿前的质量流量kg/h

k—补偿系数

补偿系数k等式中的“t”为介质实际操作温度，单位℃。

　　　
体积流量

流量计的密度补偿

流量计的密度补偿计算公式为：(当变送器送来的信号所代表刻度单位是体积流量单位m3/h时)

G实际= γ工作×Q测量      
 
γ工作  =(γ设计-γ20)÷(t设计－20)×(t－20)＋γ20

式中：

G实际—补偿后的真实质量流量kg/h；

Q测量—补偿前的流量变送器来的测量体积流量m3/h；

t设计—流量计的设计温度℃；

t—流量变送器前温度测量点来的实际工作温度℃；

γ设计—流量计的设计温度下的介质密度kg/m3；

γ工作—流量计的实际工作温度条件下的介质密度kg/m3；

γ20—20℃时介质的密度kg/m3。

计算数据见表2。

计算结果

计算结果如下：

FT-101的 γ工作 = -0.0015665×(t-20)＋0.5593；

FT-210的 γ工作 = -0.0015665×(t-20)＋0.5593；

FT-212的 γ工作=-0.001236×(t-20) ＋0.5851；

FT-229的 γ工作=-0.001775×(t-20) ＋0.5054；

FT-232的 γ工作=-0.001634×(t-20) ＋0.5187。

整体方案同样考虑采用浮点数进行复杂计算。具体实施方案如图4所示（以r210为例）。

图4  以r210为例的具体实施方案。

质量流量与体积流量补偿的分析

两种补偿的特点

质量流量补偿需要涡街流量计送来的信号为质量流量；体积流量补偿需要流量变送器送来的信号为体积流量信号，质量流量需要在流量变送器内部设置操作密度，这是一个固定参数，不能随工况变化而变化（需要经常在现场一次仪表修正密度）。因此质量流量存在较大误差，体积流量与密度无关，所以其误差仅与仪表本身的精度有关。

补偿结果数据分析

补偿结果数据见表3。

以上数据可从DCS系统的实时数据中统计得出。

从表3的数据可以看出:

(1)在质量流量补偿情况下，直接修正质量流量。在温度偏离设计值最大的情况下（冬季），余C4介质可以有18%的误差，丙烷、丙烯的偏差为9%，液化气有15%误差，在最接近设计工况下，余C4介质可以有0.3%的误差, 丙烷、丙烯的偏差为0.01%，液化气有0.2%误差。

(2)在体积流量补偿的情况下，修正的是工作密度。在温度偏离设计值最大的情况下（冬季），余C4介质可以有5.81%的误差，丙烷的偏差为3.55%,丙烯的偏差为3.27%，液化气有0.1%误差。

从上述分析可以看出，补偿的效果非常明显，明显提高检测和计量精度，对正确指导生产和安全生产有重要意义。

实施重点

为提高补偿精度和观察补偿效果及调整补偿方法，我们在工程师站进行了如下工作：

（1）设置标准密度变量。无论质量流量还是体积流量补偿的计算均与介质的标准密度有关，因生产原料的多样性，其组成有很大变化，造成其密度随之而变化。在我们的补偿计算公式中，标准密度为常量，但在生产原料变化时，密度是变量而不是常量，所以我们在DCS中将计算公式中的标准密度设置为一个变量值，随标准密度变化及时进行修正，从而保证计算的准确性。

（2）设置质量流量补偿系数变量。将质量流量补偿计算公式中的K值设置为变量，因而可以随时观察补偿情况，更加全面了解生产状况。

（3）对质量流量补偿或体积流量补偿加设选择开关，依据实际需要，实现灵活选择。

结论

在工业生产装置中应用DCS系统，不但要实现一般的控制和检测，而且应当满足各种特殊控制和检测的要求，一般的补偿在DCS中可以直接应用现有模块进行即可，但对一些特殊工艺或介质，应当进行科学分析，选择正确的补偿方法，采用复杂运算才能行之有效。WebField JX-300X系统提供了多种运算方法，满足和实现了上述补偿计算要求，从而提高了装置的自动化控制与检测水平。

液态烃介质在石油化工生产中都存在，无论使用何种流量计，上述补偿方法均可以借鉴和参考。