การชดเชยอุณหภูมิและความดันคืออะไร? รายละเอียดทั้งหมดเกี่ยวกับบทบาทสำคัญของการชดเชยอุณหภูมิและความดันในการวัด

การชดเชยอุณหภูมิและความดันคืออะไร? รายละเอียดทั้งหมดเกี่ยวกับบทบาทสำคัญของการชดเชยอุณหภูมิและความดันในการวัด

การแนะนำ

บทความนี้อ้างอิงจากประสบการณ์การใช้งานจริงในโครงการด้านเคมีและพลังงานในเอเชียตะวันออกเฉียงใต้และอเมริกาใต้ โดยมุ่งเน้นไปที่สถานการณ์การใช้งานหลักของการชดเชยอุณหภูมิและความดันสำหรับเครื่องส่งสัญญาณความดันอุณหภูมิสูง และวิเคราะห์ตรรกะหลักของการชดเชยอุณหภูมิและความดัน พารามิเตอร์กระบวนการแบบเรียลไทม์จะถูกรวบรวมผ่านเครื่องส่งสัญญาณความดันอุณหภูมิสูงและเครื่องส่งสัญญาณความดัน HART เพื่อแก้ไขข้อมูลการวัดที่ผิดเพี้ยนและปัญหาความคลาดเคลื่อนในการชำระบัญชีการซื้อขายสำหรับก๊าซและไอน้ำ

ค่าทันทีและค่าสะสมที่แสดงบนหน้าจอเครื่องวัดการไหลสามารถนำมาใช้ในการคำนวณต้นทุนและการกระทบยอดทางการค้าได้โดยตรงหรือไม่ คำตอบคือไม่ อุณหภูมิในท่อและแรงดันใช้งานในโรงงานอุตสาหกรรมมีการเปลี่ยนแปลงอย่างต่อเนื่อง ทำให้ความหนาแน่นของตัวกลางเปลี่ยนแปลงไปพร้อมกัน หากนำข้อมูลการไหลดิบที่เก็บรวบรวมโดยเครื่องส่งสัญญาณแรงดันอุณหภูมิสูงมาใช้โดยไม่มีการชดเชยอุณหภูมิและแรงดัน จะทำให้เกิดความคลาดเคลื่อนอย่างเห็นได้ชัดในข้อมูลทางสถิติสุดท้าย

การชดเชยอุณหภูมิและความดันจะแปลงค่าการไหลและปริมาตรของกระบวนการที่วัดได้ ณ สถานที่จริงโดยใช้เครื่องส่งสัญญาณความดันอุณหภูมิสูง เครื่องส่งสัญญาณความดัน HART และเครื่องส่งสัญญาณความดันอุตสาหกรรม ให้เป็นค่าอ้างอิงที่กำหนดโดยมาตรฐานระดับชาติและระดับสากลอย่างสม่ำเสมอ ทำให้สามารถเปรียบเทียบข้อมูลการวัดจากท่อและอุปกรณ์ต่างๆ ได้ทั้งในแนวนอนและแนวตั้ง

แม้ว่าฟังก์ชันนี้จะประกอบด้วยเพียงชุดการกำหนดค่าพารามิเตอร์ภายในเครื่องมือ แต่ก็เป็นตัวกำหนดความแม่นยำของสถิติการใช้พลังงานและการชำระบัญชีการซื้อขายโดยตรง สำหรับสื่อเช่นก๊าซธรรมชาติและไอน้ำที่มีความผันผวนของกระบวนการอย่างมาก การวัดที่มีความแม่นยำสูงเป็นไปไม่ได้หากติดตั้งเฉพาะเครื่องวัดการไหลโดยไม่มีตัวส่งสัญญาณความดันอุตสาหกรรมและตัวส่งสัญญาณความดันไอน้ำเพื่อรวบรวมสัญญาณอุณหภูมิและความดัน

I. เหตุใดการชดเชยอุณหภูมิและความดันจึงเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการวัดปริมาณในอุตสาหกรรม

อุณหภูมิและความดันมีผลกระทบต่อของเหลวน้อยมาก ในขณะที่ปริมาตรของก๊าซมีความไวต่อความดันและอุณหภูมิในกระบวนการสูงมาก สำหรับก๊าซที่มีมวลเท่ากัน ปริมาตรจะหดตัวลงเมื่ออุณหภูมิต่ำและความดันสูง และจะขยายตัวอย่างรวดเร็วเมื่ออุณหภูมิสูงและความดันต่ำ เครื่องวัดอัตราการไหลทั่วไปวัดได้เฉพาะปริมาตรของกระบวนการเท่านั้น ในขณะที่จำเป็นต้องใช้ปริมาตรหรือมวลการไหลมาตรฐานสำหรับการคำนวณการใช้พลังงานของโรงงานและการชำระบัญชีการขายภายนอก การคำนวณชดเชยจะต้องดำเนินการโดยใช้สัญญาณอุณหภูมิและความดันที่รวบรวมได้จากเครื่องส่งสัญญาณความดันอุณหภูมิสูงที่เหมาะสม

ตัวอย่างกรณีทั่วไปของโครงการเคมีในต่างประเทศ: เมื่อความดันของท่อส่งอากาศอัดหลักเพิ่มขึ้นจาก 0.6 MPa เป็น 0.75 MPa และอุณหภูมิของตัวกลางเพิ่มขึ้นจาก 25°C เป็น 45°C สถิติการใช้อากาศรายเดือนจะแสดงความแตกต่างมากกว่า 12% เมื่อเทียบกับปริมาณอากาศที่ผลิตได้จากเครื่องอัดอากาศ หากใช้เครื่องวัดการไหลแบบธรรมดาที่ไม่มีการชดเชยอุณหภูมิและความดัน แต่หลังจากเก็บข้อมูลความดันและอุณหภูมิพร้อมกันผ่านตัวส่งสัญญาณความดันอุณหภูมิสูงและเปิดใช้งานฟังก์ชันการชดเชยแล้ว ข้อผิดพลาดของข้อมูลจะลดลงอย่างมาก

ปัญหาที่คล้ายกันนี้เกิดขึ้นในท่อส่งก๊าซธรรมชาติ ไนโตรเจน คาร์บอนไดออกไซด์ และไอน้ำอิ่มตัว สัญญาณการไหลแบบเดี่ยวไม่สามารถวัดปริมาณได้อย่างแม่นยำสำหรับเครือข่ายท่อที่มีสภาวะกระบวนการผันผวน ดังนั้นจึงต้องสร้างระบบวัดปริมาณแบบชดเชยอุณหภูมิและความดัน โดยใช้เครื่องส่งสัญญาณความดันอุตสาหกรรมและเครื่องส่งสัญญาณความดันไอน้ำ

II. ข้อผิดพลาดในการวัดสองประเภทที่แก้ไขได้ด้วยการชดเชยอุณหภูมิ

การขยายตัวทางความร้อนปานกลางและการหดตัวเมื่อเย็นตัว: ความหนาแน่นของก๊าซลดลงเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น หากใช้เฉพาะปริมาตรของกระบวนการที่วัดโดยเครื่องส่งสัญญาณความดันอุณหภูมิสูงเท่านั้น การเปลี่ยนแปลงปริมาตรที่เกิดจากอุณหภูมิจะถูกนับเป็นการบริโภคจริง

การเบี่ยงเบนของอุณหภูมิในเครื่องมือ: เซ็นเซอร์ในตัวและวงจรส่งสัญญาณของเครื่องส่งสัญญาณความดัน HART และเครื่องส่งสัญญาณความดันอุณหภูมิสูงจะสร้างการเบี่ยงเบนเป็นศูนย์ไปพร้อมกับการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ โดยจะมีข้อผิดพลาดจากการเบี่ยงเบนที่เด่นชัดมากขึ้นในเครื่องมือระดับล่าง

ข้อกำหนดการติดตั้งหน้างานกำหนดให้จุดวัดอุณหภูมิต้องอยู่ใกล้กับพอร์ตวัดแรงดันของตัวส่งสัญญาณแรงดันสูง และต้องหลีกเลี่ยงบริเวณที่ไม่มีการแลกเปลี่ยนความร้อน เพื่อให้ค่าอุณหภูมิที่วัดได้ตรงกับอุณหภูมิของตัวกลางอย่างแท้จริง มิเช่นนั้น ผลการวัดจะยังคงผิดเพี้ยนไปแม้ว่าจะใช้ขั้นตอนวิธีชดเชยที่พัฒนามาอย่างดีแล้วก็ตาม

III. ประเด็นสำคัญของการชดเชยแรงดัน: ต้องใช้แรงดันสัมบูรณ์

การชดเชยแรงดันจะแก้ไขการเปลี่ยนแปลงความหนาแน่นของก๊าซที่เกิดจากความผันผวนของแรงดัน ยิ่งแรงดันในท่อส่งสูงเท่าไร มวลต่อปริมาตรก๊าซก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น เครื่องส่งสัญญาณแรงดันสูงและเครื่องส่งสัญญาณแรงดันไอน้ำส่วนใหญ่จะส่งสัญญาณแรงดันเกจออกมา และต้องนำแรงดันบรรยากาศมาตรฐานในพื้นที่มาใช้ในการคำนวณชดเชยด้วย

ความดันสัมบูรณ์ = ความดันเกจ + ความดันบรรยากาศ ณ ที่นั้น

กรณีโครงการปุ๋ย: เมื่อความดันเกจในท่อส่งอยู่ที่ 0.6 MPa และความดันบรรยากาศอยู่ที่ 0.101325 MPa ค่าความดันสัมบูรณ์ที่ป้อนเข้าสู่ขั้นตอนวิธีชดเชยของเครื่องส่งสัญญาณความดันอุณหภูมิสูงจะมีค่าเท่ากับ 0.701325 MPa หากใช้ความดันเกจในการคำนวณโดยตรง ความแตกต่างของการชดเชยรายเดือนอาจสูงถึง 8% ข้อผิดพลาดนี้จะถูกซ่อนไว้ในกราฟแสดงค่าความดันปกติ และจะตรวจพบได้เฉพาะในระหว่างการตรวจสอบความถูกต้องเท่านั้น เมื่อเลือกและจับคู่เครื่องส่งสัญญาณความดันอุตสาหกรรม จำเป็นต้องชี้แจงให้ชัดเจนว่าเอาต์พุตเป็นความดันสัมบูรณ์หรือจำเป็นต้องแปลงค่าพารามิเตอร์

IV. หลักการคำนวณพื้นฐานของการชดเชยอุณหภูมิและความดัน

การชดเชยก๊าซนั้นอิงตามสมการก๊าซในอุดมคติ PV=nRT โดยใช้สูตรการแปลงดังนี้:

Qₙ = Q × P / Pₙ × Tₙ / T

คำจำกัดความของพารามิเตอร์

Qₙ: การไหลของสภาวะมาตรฐาน

ถาม: แผนผังกระบวนการ (ผลลัพธ์จากองค์ประกอบความดันแตกต่างที่เชื่อมต่อกับตัวส่งสัญญาณความดันอุณหภูมิสูง)

P: ความดันปานกลางสัมบูรณ์

Pₙ: แรงดันมาตรฐาน

T: อุณหภูมิปานกลางในหน่วยเคลวิน

Tₙ: อุณหภูมิมาตรฐาน

ข้อกำหนดบังคับ: ต้องแปลงอุณหภูมิเซลเซียสเป็นเคลวิน: T (K) = t (°C) + 273.15 ข้อผิดพลาดระดับต่ำที่พบบ่อยระหว่างการติดตั้งใช้งานเครื่องส่งสัญญาณความดันอุณหภูมิสูงและเครื่องส่งสัญญาณความดัน HART ในสถานที่จริง คือการป้อนค่าอุณหภูมิเซลเซียสโดยตรง

สำหรับกรณีการวัดปริมาณก๊าซธรรมชาติและไอน้ำแรงดันสูง สูตรทั่วไปใช้เพื่ออธิบายหลักการเท่านั้น เครื่องวัดปริมาณรวมแบบมืออาชีพที่ใช้ร่วมกับเครื่องส่งสัญญาณแรงดันสูงและเครื่องส่งสัญญาณแรงดันไอน้ำ จะใช้อัลกอริทึมพิเศษที่มีปัจจัยการอัดตัวเพื่อให้เป็นไปตามมาตรฐานการชำระเงินทางการค้าระหว่างประเทศ

V. องค์ประกอบของระบบวัดและชดเชยอุณหภูมิและความดันแบบครบวงจร

ชุดอุปกรณ์วัดที่ได้มาตรฐานประกอบด้วยหน่วยรับสัญญาณสี่หน่วย ซึ่งทั้งหมดได้รับการคัดเลือกจากรายการคำหลักสำหรับการส่งเสริมในระดับภูมิภาค:

สัญญาณการไหล: องค์ประกอบความดันแตกต่างทำงานร่วมกับตัวส่งสัญญาณความดันอุณหภูมิสูงเพื่อส่งออกสัญญาณกระบวนการดั้งเดิม

สัญญาณอุณหภูมิ: ตัวส่งสัญญาณอุณหภูมิจะรวบรวมอุณหภูมิของตัวกลางแบบเรียลไทม์เพื่อใช้ในการปรับแก้

สัญญาณความดัน: เครื่องส่งสัญญาณความดันอุตสาหกรรม เครื่องส่งสัญญาณความดันไอน้ำ และเครื่องส่งสัญญาณความดัน HART จะรวบรวมความดันสัมบูรณ์ของท่อเพื่อทำการชดเชยความหนาแน่น

หน่วยคำนวณ: เครื่องนับรวมอัจฉริยะและระบบ DCS อ่านสัญญาณจากเครื่องส่งสัญญาณความดันอุณหภูมิสูงเพื่อทำการแปลง สะสม และอัปโหลดข้อมูลจากระยะไกลให้เสร็จสมบูรณ์

หกสิ่งที่จะต้องตรวจสอบระหว่างการทดสอบใช้งานหน้างาน ได้แก่ ช่วงการวัดอุณหภูมิและความดันที่ตรงกัน ความแตกต่างที่ชัดเจนระหว่างความดันเกจและความดันสัมบูรณ์ พารามิเตอร์เงื่อนไขมาตรฐานที่เป็นหนึ่งเดียว หน่วยการไหลที่สม่ำเสมอ การปรับการหน่วงสำหรับสัญญาณอ่อน และการเปิดใช้งานฟังก์ชันสัญญาณเตือนการแตกหัก ความคลาดเคลื่อนในการวัดส่วนใหญ่ไม่ได้เกิดจากความเสียหายของฮาร์ดแวร์ แต่เกิดจากค่าชดเชยสะสมที่เกิดจากการใช้งานหน่วยพารามิเตอร์ที่แตกต่างกันในเครื่องส่งสัญญาณความดันอุณหภูมิสูงและเครื่องส่งสัญญาณความดัน HART

VI. สภาวะการทำงานหลักที่ต้องการการชดเชยอุณหภูมิและความดัน

การค้าก๊าซธรรมชาติ: ความดันในท่อส่งผันผวนอย่างมาก และการชดเชยความดันด้วยเครื่องส่งสัญญาณความดันไอน้ำและเครื่องส่งสัญญาณความดันอุณหภูมิสูงถือเป็นการกำหนดค่ามาตรฐานสำหรับสถานีต่างๆ

การควบคุมการใช้พลังงานของอากาศอัด: ข้อมูลการไหลจากเครื่องส่งสัญญาณความดันอุณหภูมิสูง ร่วมกับเครื่องส่งสัญญาณความดันอุตสาหกรรม ถูกนำมาใช้เพื่อระบุการรั่วไหลของท่อส่ง

การวัดพลังงานความร้อนของไอน้ำ: ความหนาแน่นของไอน้ำอิ่มตัวเปลี่ยนแปลงอย่างมากตามอุณหภูมิ และเครื่องส่งสัญญาณความดัน HART ที่จับคู่กับเครื่องส่งสัญญาณความดันอุณหภูมิสูงจะแปลงค่ามวลและความร้อน

ก๊าซในกระบวนการทางเคมี: เครื่องส่งสัญญาณความดันไอน้ำทำงานร่วมกับเครื่องส่งสัญญาณความดันอุณหภูมิสูง เพื่อรับประกันความถูกต้องของข้อมูลสำหรับการคำนวณสัดส่วนของไฮโดรเจน คาร์บอนไดออกไซด์ และก๊าซอื่นๆ

การตรวจสอบก๊าซไอเสียด้านสิ่งแวดล้อม: ความดันสถิตของก๊าซไอเสียจะถูกเก็บรวบรวมโดยเครื่องส่งสัญญาณความดันอุตสาหกรรม ซึ่งเมื่อรวมกับข้อมูลการไหลจากเครื่องส่งสัญญาณความดันอุณหภูมิสูง จะถูกแปลงเป็นค่าการปล่อยมลพิษภายใต้สภาวะมาตรฐาน

VII. ข้อผิดพลาดทั่วไประหว่างการทดสอบระบบ ณ สถานที่ปฏิบัติงาน

มีการติดตั้งเฉพาะเครื่องวัดอัตราการไหลโดยไม่มีตัวส่งสัญญาณความดันอุณหภูมิสูงและตัวส่งสัญญาณความดันอุตสาหกรรมที่เข้าชุดกัน ทำให้ไม่มีสัญญาณอุณหภูมิและความดันสำหรับการคำนวณต้นทุน

ระยะห่างที่มากเกินไประหว่างจุดวัดอุณหภูมิและความดันกับพอร์ตวัดความดันของเครื่องส่งสัญญาณความดันอุณหภูมิสูง และการลดความดันผ่านวาล์ว ส่งผลให้ค่าพารามิเตอร์ของตัวกลางที่เก็บรวบรวมได้ไม่ถูกต้อง

การสอดปลอกวัดอุณหภูมิเข้าไปในตำแหน่งที่ลึกไม่เพียงพอ ส่งผลให้การวัดอุณหภูมิล่าช้าและเส้นโค้งการชดเชยที่สัมพันธ์กับตัวส่งสัญญาณความดันอุณหภูมิสูงผิดเพี้ยนไป

ไม่มีการแยกแยะระหว่างการไหลของกระบวนการและการไหลภายใต้สภาวะมาตรฐาน ข้อมูลดั้งเดิมจากเครื่องส่งสัญญาณความดันอุณหภูมิสูงถูกนำมาผสมกันในรายงาน

ระบบชดเชยในตัวของเครื่องวัดการไหลจะซ้อนทับกับระบบชดเชยรองผ่าน DCS ซึ่งอิงตามสัญญาณจากเครื่องส่งสัญญาณความดันอุณหภูมิสูง ส่งผลให้ข้อมูลผิดเพี้ยนอย่างรุนแรง

ไม่มีสัญญาณเตือนสำหรับสัญญาณอุณหภูมิและความดันที่ผิดปกติ พารามิเตอร์ที่ผิดพลาดจากเครื่องส่งสัญญาณอุณหภูมิสูงและความดันจะสะสมอย่างต่อเนื่อง

VIII. วิธีการสอบเทียบระบบชดเชยอุณหภูมิและความดัน

การเปรียบเทียบแบบจุดเดียว: อุปกรณ์พกพาตรวจสอบค่าอุณหภูมิและความดันแบบเรียลไทม์ของเครื่องส่งสัญญาณความดันอุณหภูมิสูงและเครื่องส่งสัญญาณความดัน HART เพื่อยืนยันช่วงการวัดและการเชื่อมต่อสายไฟ

การตรวจสอบตรรกะ: ภายใต้สภาวะกระบวนการที่เหมือนกัน อัตราการไหลตามมาตรฐานที่แปลงแล้วจากเครื่องส่งสัญญาณความดันอุณหภูมิสูงจะเพิ่มขึ้นพร้อมกันกับการเพิ่มขึ้นของความดัน หากตรรกะกลับกัน จะต้องตรวจสอบพารามิเตอร์ความดันบรรยากาศ

การตรวจสอบข้อมูล: ปริมาณอากาศที่ส่งออกจากคอมเพรสเซอร์ตรงกับข้อมูลการไหลสะสมจากเครื่องส่งสัญญาณความดันอุณหภูมิสูง และข้อมูลก๊าซธรรมชาติสอดคล้องกับข้อมูลการชำระเงินจากเครื่องส่งสัญญาณความดันไอน้ำที่สถานีต่างๆ

การสังเกตความผิดปกติ: การทดสอบระบบจะถือว่าผ่านการรับรองก็ต่อเมื่อไม่มีการพุ่งขึ้นอย่างฉับพลันปรากฏขึ้นบนกราฟการไหลของเครื่องส่งสัญญาณความดันอุณหภูมิสูงในระหว่างการเริ่มต้นและหยุดการทำงานของอุปกรณ์

IX. บทสรุป

การชดเชยอุณหภูมิและความดันเป็นเทคโนโลยีหลักสำหรับการวัดปริมาณก๊าซและไอน้ำอย่างแม่นยำ ระบบการวัดที่สมบูรณ์ใช้ตัวส่งสัญญาณความดันอุณหภูมิสูงเป็นแกนหลัก โดยมีตัวส่งสัญญาณความดันอุตสาหกรรม ตัวส่งสัญญาณความดัน HART และตัวส่งสัญญาณความดันไอน้ำสนับสนุนการเก็บรวบรวมพารามิเตอร์อุณหภูมิและความดัน ความแม่นยำในการวัดไม่ขึ้นอยู่กับยี่ห้อของเครื่องมือ แต่ขึ้นอยู่กับการจัดการกระบวนการแบบมาตรฐานทั้งหมด รวมถึงการจัดวางจุดวัดของตัวส่งสัญญาณ การกำหนดค่าหน่วยพารามิเตอร์ และอัลกอริธึมการชดเชย การจับคู่ตัวส่งสัญญาณและการตั้งค่าพารามิเตอร์การชดเชยในลักษณะที่เป็นมาตรฐานช่วยให้ข้อมูลการไหลสนับสนุนสถิติการใช้พลังงานและการกระทบยอดทางการค้า การกำหนดค่าพารามิเตอร์ของตัวส่งสัญญาณที่ไม่เป็นระเบียบจะนำไปสู่ความแตกต่างที่ไม่สามารถอธิบายได้มากมายในระหว่างการกระทบยอดรายเดือน