• 關(guān)鍵詞：電機(jī),流量計(jì),modbus,工控

紙漿與造紙（P&P）工業(yè)使用大量動(dòng)力和蒸汽進(jìn)行驅(qū)動(dòng)、干燥和加熱。二者均由常常屬于公司內(nèi)部的發(fā)電廠生產(chǎn)，需要準(zhǔn)確測(cè)量進(jìn)入燃燒機(jī)的空氣流量，以及進(jìn)入渦輪機(jī)的蒸汽流量。在兩種情況下都會(huì)遇到測(cè)量方面的挑戰(zhàn)，而ABB多變量變送器已經(jīng)在Borregaard所屬的發(fā)電廠中克服了這些困難。

ABB提供無(wú)與倫比的儀器設(shè)備產(chǎn)品和自動(dòng)化系統(tǒng)，用于紙漿與造紙流程的各個(gè)階段。
這一產(chǎn)品組合包括流量、溫度、壓力及差壓變送器，以及集中分析測(cè)量裝置和控制解決方案。這種用于P&P工業(yè)的多樣化產(chǎn)品組合還包括電動(dòng)氣動(dòng)閥門定位器及電執(zhí)行器。

為了控制發(fā)電廠中的燃燒效率，進(jìn)入燃燒機(jī)的氣流必須得到準(zhǔn)確測(cè)量空氣流經(jīng)大型管道，使其速度降低，從而造成低達(dá)2至3mbar的壓差(dp)。ABB為Borregaard提供了這一應(yīng)用市場(chǎng)中唯一真正的通風(fēng)范圍多變量變送器（壓差范圍10mbar）。這確保了出色的性能和效率控制，最終為客戶節(jié)省成本。

Borregaard所用的蒸汽溫度超過400?C，從而無(wú)法使用哪怕是高溫型號(hào)的渦流變送器。如溫度超過400?C和/或靜態(tài)壓力超過250巴，能夠準(zhǔn)確測(cè)量蒸汽的唯一方法是使用一種傳感器（如孔板、噴嘴、文氏管或?qū)Ч埽┡c壓差、壓力及溫度測(cè)量相結(jié)合。這些測(cè)量是必要的，用于溫度補(bǔ)償流量或質(zhì)量流量。
1 已安裝的多變量變送器

質(zhì)量流量的測(cè)量
憑借其多傳感器技術(shù)，ABB的267/269C多變量變送器能夠同時(shí)測(cè)量三種不同的流程變量。這樣能動(dòng)態(tài)計(jì)算完全補(bǔ)償后的、氣體、蒸汽及液體的質(zhì)量流速或體積流速。一臺(tái)已安裝的多變量變送器如1所示。它用一個(gè)傳感器測(cè)量差壓及絕壓，并用標(biāo)準(zhǔn)100歐姆電阻溫度探測(cè)器（RTD）來(lái)測(cè)量流程溫度。
流量計(jì)算包括補(bǔ)償壓力與/或溫度、以及更加復(fù)雜的變量，如排放系數(shù)、熱膨脹、雷諾數(shù)與可壓縮性因子。

267/269C變送器包括用于過熱蒸汽、飽和蒸汽、氣體及液體的流量方程。其補(bǔ)償方式經(jīng)過改進(jìn)，精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于“老方法”，后者采用三臺(tái)不同的變送器（壓差、絕壓與溫度）把數(shù)值報(bào)告給控制系統(tǒng)或流量計(jì)算機(jī)，并一般在計(jì)算機(jī)中按照下式考慮溫度及壓力的變化：

267/269C型的動(dòng)態(tài)質(zhì)量流量補(bǔ)償基于AGA3和EN ISO5167,這是兩種更為先進(jìn)的質(zhì)量流量計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)：

Qm=質(zhì)量流速
C=排放系數(shù)
Ev=接近速度因子
Y1=氣體膨脹因子
d=孔徑
dp=壓差=排放密度

排放系數(shù)
排放系數(shù)被定義為真實(shí)流速除以理論流速。它對(duì)速度曲線影響（雷諾數(shù)）的理論方程進(jìn)行校正，其假設(shè)是分接頭以及壓力分接位置之間沒有能量損失。它取決于主要流量元件、β比以及雷諾數(shù)。雷諾數(shù)則取決于流體的粘度、密度和速度，以及管道直徑，并滿足下式：

V=速度
D=管道直徑
ρ=流體密度
v=流體粘度
依靠對(duì)排放系數(shù)的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償實(shí)現(xiàn)孔口、文式管及噴嘴的高精度。

氣體膨脹因子
氣體膨脹因子對(duì)壓力分接點(diǎn)之間由可壓縮流體的膨脹引起的密度差進(jìn)行校正。它不適用于基本不可壓縮的液體。氣體膨脹因子取決于流體的β比、等熵指數(shù)、壓差及靜態(tài)壓力，并滿足下式：
對(duì)于孔板：

對(duì)于噴嘴：

β比
dp=壓差
p=靜態(tài)壓力
k=等熵指數(shù)

接近速度因子
這一因子取決于β比，由下式定義：

而β比則取決于孔徑和管道直徑，二者均是溫度的函數(shù)。流程管道及流量傳感器的材料會(huì)隨流體中所測(cè)溫度的變化而膨脹或收縮。熱膨脹系數(shù)取決于管道及流量元件的材料，并用于計(jì)算直徑變化。
這確保了在低溫及高溫應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)較高的流速精度。

流體密度
密度直接影響流速計(jì)算。267/269C變送器會(huì)根據(jù)溫度與/或壓力的變化而對(duì)流體密度進(jìn)行補(bǔ)償，如下所示：
氣體為P與T的函數(shù)，滿足氣體定律
加熱蒸汽為P與T的函數(shù)，基于蒸汽表
飽和蒸汽為P的函數(shù)，基于蒸汽表
液體為T的函數(shù)
為了計(jì)算補(bǔ)償流量或質(zhì)量流量，需要測(cè)量三個(gè)流程差：
傳感器兩端的壓差
管路中的靜態(tài)壓力
所測(cè)介質(zhì)的流程溫度
之前，這是使用三種不同的變送器來(lái)實(shí)現(xiàn)的：
一臺(tái)壓差變送器
一臺(tái)壓力變送器，以及一個(gè)溫度傳感器加溫度變送器。
三種測(cè)量裝置與執(zhí)行流量計(jì)算的流量計(jì)算機(jī)連接，或與執(zhí)行補(bǔ)償流量計(jì)算的系統(tǒng)直接連接。
2 概述靈巧測(cè)量原理—通過集成實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)化

直接測(cè)量質(zhì)量流量
一種新穎、巧妙而更為直接的質(zhì)量流量測(cè)量方式是使用多變量變送器：它結(jié)合了壓差dp與靜態(tài)測(cè)量值p,并在同一裝置中提供了溫度變送器。此外，補(bǔ)償流量或質(zhì)量流量的計(jì)算機(jī)包括在裝置自身的固件中2，3。
3 靈巧的質(zhì)量流量計(jì)

采用現(xiàn)場(chǎng)總線通信技術(shù)，多變量變送器不僅可以測(cè)量介質(zhì)流量，還可單獨(dú)測(cè)量全部三種流程數(shù)據(jù)（dp,p,T）。在可行的情況下，所有報(bào)警及診斷參數(shù)都會(huì)被發(fā)送給系統(tǒng)。ABB是世界上唯一提供具有HART,PROFIBUS,Foundation Fieldbus與Modbus通信協(xié)議的多變量變送器生產(chǎn)廠家。于2000年在全球安裝了首個(gè)PROFIBUS多變量應(yīng)用后，ABB驕傲地實(shí)現(xiàn)與Borregaard在2004年合作，實(shí)現(xiàn)了首例Foundation Fieldbus應(yīng)用。
采用多變量變送器的好處在于較少采購(gòu)費(fèi)用，因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)需要的儀器和管線更少，同時(shí)還可較少所需I/O卡的數(shù)目。通過簡(jiǎn)化安裝、減少工程（對(duì)于系統(tǒng)）、通信和維護(hù)工作，還可進(jìn)一步顯著削減成本。

Borregaard發(fā)現(xiàn)了這些優(yōu)點(diǎn)，并在其新建的P&P廠中廣泛采用。Borregaard與ABB一起安裝了世界上第一臺(tái)Foundation Fieldbus多變量變送器?？梢源_信還會(huì)有更多。

Dimitrios Charisiadis
ABB自動(dòng)產(chǎn)品有限公司
德國(guó)Minden
Dimitrios.charisiadis@de.abb.com

Borregaard
Borregaard是世界領(lǐng)先的木材化學(xué)品供應(yīng)商，還在配料、精細(xì)化工及能源領(lǐng)域占據(jù)優(yōu)勢(shì)地位。出色的創(chuàng)新工作和全球影響力為其客戶提供增值。
來(lái)自ABB的多變量變送器在BorregaardAlva中用于空氣及蒸汽測(cè)量?！癆lva”的主要任務(wù)是生產(chǎn)蒸汽，方式是燃燒纖維素及香蘭素生產(chǎn)過程產(chǎn)生的含水有機(jī)殘余物，并以燃油作為后備。