DCS系統(tǒng)折線表功能處理電導率信號的應用

王坤坤 皮良年

（湖北大峪口化工有限責任公司 湖北省鐘祥市 431910）

1 概述

在接觸法制取硫酸的工藝中，通常采用98.3%硫酸作吸收劑，因其液面上水、三氧化硫、硫酸三者的蒸汽壓最低，不易產生酸霧，故吸收效率最高。吸收酸濃低易產生酸霧，影響三氧化硫的吸收率，酸濃高會使硫酸過快達到飽和，影響吸收效果。特別是在開停車的過程中，硫酸濃度對三氧化硫氣體的吸收率，非常影響尾氣中硫化物的控制，進而會大幅提升環(huán)保費用。因此，硫酸濃度的控制，就顯得格外重要。

2 折線表計算的優(yōu)勢

目前，通過電導率儀表檢測硫酸酸濃是常用的檢測方法之一。由于電導率和濃度、溫度并非線性關系。傳統(tǒng)電導率型酸濃分析儀表采用的是線性的結果輸出方式。在使用過程中都需要設置一個溫度范圍，這個溫度范圍區(qū)間越小，顯示的酸濃值誤差越小，相反，這個溫度區(qū)間范圍越大，顯示的硫酸濃度值誤差越大。在生產過程中，當溫度偏離設定的溫度范圍時，硫酸濃度顯示的偏差會急劇增大，需要通過人工取樣，手動滴定來確定硫酸濃度。

折線表的功能，可以很好解決這種問題。在濃度的相同時，一個電導率只能對應一個溫度，根據(jù)此原理，可以得到一個溫度—電導率折線表。同理，溫度相同，一個電導率只能對應一個酸濃，同樣得到一個濃度—電導率折線表。通過現(xiàn)場電導率儀表檢測的電導率，先經(jīng)過溫度—電導率折線表，將當前測量的電導率修正到一個標準的溫度下的電導率，再通過濃度—電導率折線表，計算出實時的硫酸濃度。由此實現(xiàn)溫度變化范圍在20℃-80℃，濃度變化在96%-100%的硫酸濃度在線連續(xù)測控。

3 折線表的取值原理

在浙大中控DCS 折線表功能塊(FXY 模塊)中，X 軸和Y 軸都是10 段，包括11 個點，輸入從X[0]到X[10],對應輸出為Y[0]到Y[10]，X 和Y 的取值均為半浮點型0-1 之間。通過該模塊，用戶可以對輸入進行線性插值處理，線性化后輸出。具體算法如下：

當輸入X 落在X[i]和X[i+1]之間時

如果輸入X 小于X[0],則輸出Y 等于Y[0]

如果輸入X 大于X[10]，輸出Y 等于Y[10]。

圖1

在編輯折線表之前，首先要確定一個基準的溫度和濃度目標。當電導率的測量值，越趨近于基準目標時，計算誤差就越趨近于0。在接觸法制取硫酸的工藝中，通常采用98.3%硫酸作吸收劑，為了避免吸收過程中酸霧的產生，采用高溫（70℃-80℃）吸收工藝，由于高濃度的硫酸在溫度大于60℃時，電導率的波動幅度會迅速增大。綜合考慮了影響吸收溫度的各種因素，采取溫度為60℃，濃度為98.3%硫酸電導率為參照目標。為了使計算的結果減小誤差，需要設計兩個溫度電導率校正折線表。小于60℃的折線表和大于60℃小于80℃的折線表。

4 實際應用過程

4.1 制定折線表

設計吸收酸溫度TIA_2407 量程為0-150℃。

設計吸收酸電導率AIC_2402 量程為333-40us/cm。

首先確定60℃時，硫酸濃度從96%-100%電導率的變化趨勢，進行i 的取值。

根據(jù)下列的公式，即可計算出電導率X[0]到X[10]以及所對應的濃度Y[0]到Y[10]的值。

現(xiàn)場測量儀表的設置量程的不同，計算的X 值和Y 值會有所差異。

通過計算得到在60℃時，電導率和硫酸濃度折現(xiàn)表（表1）。

再根據(jù)硫酸濃度在98.3%時，溫度對應的電導率變化，計算出當前測量的電導率，校正到60℃下電導率的系數(shù)。

在此，i 的取點位置，是根據(jù)單位時間內硫酸溫度變化的速度，

表1：吸收酸濃折線表（60℃）

表2：小于60℃溫度電導率折線表（98.3%）

表3：大于60℃溫度電導率折線表（98.3%）

還有工藝需要控制的溫度范圍進行綜合考慮。

當溫度小于等于60℃，校正系數(shù)Y[i]的計算。

當溫度大于等于60℃，校正系數(shù)Y[i]的計算。

通過計算得到硫酸濃度在98.3%時，溫度小于60℃和大于60℃的對應電導率校正值表2 和表3。

4.2 邏輯功能塊圖

具體組態(tài)過程如下：

KS1：TIA_2407 溫度小于等于60℃時，顯示溫度對應的電導率校正系數(shù)。自定義二字節(jié)半浮點型變量。

KS2：TIA_2407 溫度大于等于60℃時，顯示溫度對應的電導率校正系數(shù)。自定義二字節(jié)半浮點型變量。

K1：TIA_2407 溫度小于等于60℃時，校正得到的電導率系數(shù)。自定義二字節(jié)半浮點型變量。

K2：TIA_2407 溫度大于等于60℃時，校正得到的電導率系數(shù)。自定義二字節(jié)半浮點型變量。

K：TIA_2407 溫度小于60℃時，K=K1。溫度大于等于60℃時K=K2。自定義二字節(jié)半浮點型變量。

AIC2402：計算所得到的當前溫度下的硫酸濃度。自定義四字節(jié)浮點型變量。

首先對被測硫酸的溫度高低，分別通過折線表FXY（04）和FXY（05）分別進行電導率補償系數(shù)計算，得到溫度小于60℃的電導率K1 和溫度大于等于60℃的電導率K2。再通過比較模塊（GE）和選擇模塊（SEL）的計算，當溫度大于等于60℃時，輸出K=K2，否則K=K1，得到當前的電導率。最后經(jīng)過電導率對應的濃度折線表FXY(06)，計算出當前的硫酸濃度AIC2402。

如圖1 所示，在流程圖畫面中引用通過DCS 組態(tài)計算后的AIC2402，即可實現(xiàn)溫度變化范圍在20℃-80℃，濃度變化在96%-100%的硫酸濃度在線連續(xù)測控。根據(jù)所計算的濃度，也可以引用在自動控制PID 功能模塊，作為自動控制的被控制量（PV）。來實現(xiàn)硫酸濃度的自動控制調節(jié)。

5 總結

在湖北大峪口化工有限責任公司的硫酸生產部，采用折線表處理硫酸濃度電導率信號顯示濃度值以來，運行正常、穩(wěn)定、準確。為裝置實現(xiàn)長周期的穩(wěn)定運行和節(jié)能減排做出了突出貢獻。同時也大大減少了儀表人員對現(xiàn)場儀表的檢修頻次。