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    蒸汽流動狀態前饋調節系統設計

    來源:作者:發表時間:2019-03-27 14:30:53

        摘要:針對蒸汽流量標準裝置的蒸汽流量、壓力難以同時調節的問題,設計了前饋解耦補償控制器,實現了蒸汽流量、壓力的分別控制,進一步提升了國家蒸汽流量計產品質量監督檢驗中心的檢驗檢測能力。
        蒸汽是工業生產的重要能源、城市集中供熱的主要熱源,也是優化能源結構,實現節能減排目標的重要二次能源,使用極其廣泛。蒸汽計量是進行能源交易、提高蒸汽使用效率、挖掘節能降耗潛力的重要環節,直接關系到供需雙方利益、關系到能源能耗統計與監測、環境保護與安全防護監測、工藝過程控制及單位成本核算等各個方面的問題,是能源計量及管理的重要內容之一。因此,提高蒸汽計量的準確度,對加強能源管理,保證貿易公平有著重大的意義。面對蒸汽流量計量檢測需求帶來的挑戰,國家蒸汽流量計產品質檢中心依托福建省計量科學研究院,建成了蒸汽流量標準裝置,目前已通過中國計量科學研究院的校準并投入使用。
    1蒸汽流量實流標準裝置
        國家蒸汽流量計產品質檢中心的蒸汽流量標準裝置以過熱蒸汽為試驗介質,氣源溫度好高可達260℃,好大壓力可達1.8MPa,好大流量30t/h。采用質量法和標準表法相結合的技術手段,試驗管路包括DN15~DN300十條管線,可開展DN300及以下口徑的渦街、孔板、分流旋翼等各種蒸汽流量計的檢定、校準和檢測工作。質量法蒸汽流量標準裝置的相對擴展不確定度Ur=0.1%,k=2;標準表法蒸汽流量標準裝置的相對擴展不確定度Ur=0.5%,k=2。
        蒸汽流量標準裝置的檢定管路系統如圖1所示。過熱蒸汽首先由調壓穩壓系統進行初級調壓,然后進入檢定管路系統,由管前壓力調節閥調節蒸汽壓力,再流經標準流量計和被檢流量計,好后由管后流量調節閥調節流量點。
    蒸汽流量實流標準裝置檢定管路結構圖
    2前饋調節系統設計
        為同時精確控制檢定管路內蒸汽的流量和壓力,需設計如圖2所示控制系統:
    蒸汽流量調節控制系統
        由于蒸汽的特殊物理性質,當管前壓力調節閥進行壓力調節時,蒸汽流量也發生相應變化;當管后流量調節閥進行流量調節時,管路中的蒸汽壓力也發生相應變化。因此,蒸汽實流標準裝置管路中的流量、壓力調節系統是一個多入多出的耦合系統,如圖3所示:
    流量、 壓力調節耦合系統示意圖
        其中,ν1表示壓力調節閥開度,ν2表示流量調節閥開度,Y1表示管道流量,Y2表示管路壓力。針對此類系統,采用前饋解耦控制方法,如圖4所示。
    采用前饋解耦的流量、 壓力調節耦合系統示意圖
        其中,Y1,sp表示流量設定值,Y2,sp表示壓力設定值。前饋解耦補償器的控制框圖如圖5所示:
    前饋解耦控制框圖
    20190327145640.jpg
        因此,根據流量調節閥,壓力調節閥閥門開度與檢定管段流量,壓力關系模型G11、G21、G12和G22,就可以設計出解耦器D12與D21,然后進行前饋解耦補償,從而實現流量、壓力的分別調節。
    3總結
        通過設計前饋解耦控制器,實現了蒸汽流量標準裝置的蒸汽流量、壓力的快速調節,進一步提升了國家蒸汽流量計產品質量監督檢驗中心的檢驗檢測能力,為提高蒸汽流量計量技術提供了更加高效的試驗平臺。
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