與FF連接的ABB多變量流量變送器全球首次用于紙漿與造紙工業

• 關鍵詞：電機,流量計,modbus,工控

紙漿與造紙（P&P）工業使用大量動力和蒸汽進行驅動、干燥和加熱。二者均由常常屬于公司內部的發電廠生產，需要準確測量進入燃燒機的空氣流量，以及進入渦輪機的蒸汽流量。在兩種情況下都會遇到測量方面的挑戰，而ABB多變量變送器已經在Borregaard所屬的發電廠中克服了這些困難。

ABB提供無與倫比的儀器設備產品和自動化系統，用于紙漿與造紙流程的各個階段。
這一產品組合包括流量、溫度、壓力及差壓變送器，以及集中分析測量裝置和控制解決方案。這種用于P&P工業的多樣化產品組合還包括電動氣動閥門定位器及電執行器。

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

Borregaard所用的蒸汽溫度超過400?C，從而無法使用哪怕是高溫型號的渦流變送器。如溫度超過400?C和/或靜態壓力超過250巴，能夠準確測量蒸汽的唯一方法是使用一種傳感器（如孔板、噴嘴、文氏管或導管）與壓差、壓力及溫度測量相結合。這些測量是必要的，用于溫度補償流量或質量流量。
1 已安裝的多變量變送器

質量流量的測量
憑借其多傳感器技術，ABB的267/269C多變量變送器能夠同時測量三種不同的流程變量。這樣能動態計算完全補償后的、氣體、蒸汽及液體的質量流速或體積流速。一臺已安裝的多變量變送器如1所示。它用一個傳感器測量差壓及絕壓，并用標準100歐姆電阻溫度探測器（RTD）來測量流程溫度。
流量計算包括補償壓力與/或溫度、以及更加復雜的變量，如排放系數、熱膨脹、雷諾數與可壓縮性因子。

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。其補償方式經過改進，精度遠遠優于“老方法”，后者采用三臺不同的變送器（壓差、絕壓與溫度）把數值報告給控制系統或流量計算機，并一般在計算機中按照下式考慮溫度及壓力的變化：

267/269C型的動態質量流量補償基于AGA3和EN ISO5167,這是兩種更為先進的質量流量計算標準：

Qm=質量流速
C=排放系數
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
排放系數被定義為真實流速除以理論流速。它對速度曲線影響（雷諾數）的理論方程進行校正，其假設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。雷諾數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
依靠對排放系數的動態補償實現孔口、文式管及噴嘴的高精度。

氣體膨脹因子
氣體膨脹因子對壓力分接點之間由可壓縮流體的膨脹引起的密度差進行校正。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、壓差及靜態壓力，并滿足下式：
對于孔板：

對于噴嘴：

β比
dp=壓差
p=靜態壓力
k=等熵指數

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。流程管道及流量傳感器的材料會隨流體中所測溫度的變化而膨脹或收縮。熱膨脹系數取決于管道及流量元件的材料，并用于計算直徑變化。
這確保了在低溫及高溫應用中實現較高的流速精度。

流體密度
密度直接影響流速計算。267/269C變送器會根據溫度與/或壓力的變化而對流體密度進行補償，如下所示：
氣體為P與T的函數，滿足氣體定律
加熱蒸汽為P與T的函數，基于蒸汽表
飽和蒸汽為P的函數，基于蒸汽表
液體為T的函數
為了計算補償流量或質量流量，需要測量三個流程差：
傳感器兩端的壓差
管路中的靜態壓力
所測介質的流程溫度
之前，這是使用三種不同的變送器來實現的：
一臺壓差變送器
一臺壓力變送器，以及一個溫度傳感器加溫度變送器。
三種測量裝置與執行流量計算的流量計算機連接，或與執行補償流量計算的系統直接連接。
2 概述靈巧測量原理—通過集成實現簡化

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

采用現場總線通信技術，多變量變送器不僅可以測量介質流量，還可單獨測量全部三種流程數據（dp,p,T）。在可行的情況下，所有報警及診斷參數都會被發送給系統。ABB是世界上唯一提供具有HART,PROFIBUS,Foundation Fieldbus與Modbus通信協議的多變量變送器生產廠家。于2000年在全球安裝了首個PROFIBUS多變量應用后，ABB驕傲地實現與Borregaard在2004年合作，實現了首例Foundation Fieldbus應用。
采用多變量變送器的好處在于較少采購費用，因為現場需要的儀器和管線更少，同時還可較少所需I/O卡的數目。通過簡化安裝、減少工程（對于系統）、通信和維護工作，還可進一步顯著削減成本。

Borregaard發現了這些優點，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Foundation Fieldbus多變量變送器。可以確信還會有更多。

Dimitrios Charisiadis
ABB自動產品有限公司
德國Minden
Dimitrios.charisiadis@de.abb.com

Borregaard
Borregaard是世界領先的木材化學品供應商，還在配料、精細化工及能源領域占據優勢地位。出色的創新工作和全球影響力為其客戶提供增值。
來自ABB的多變量變送器在BorregaardAlva中用于空氣及蒸汽測量。“Alva”的主要任務是生產蒸汽，方式是燃燒纖維素及香蘭素生產過程產生的含水有機殘余物，并以燃油作為后備。