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蒸汽流动状态前馈调节系统设计

来源:作者:发表时间:2019-03-27 14:30:53

    摘要:针对蒸汽流量标准装置的蒸汽流量、压力难以同时调节的问题,设计了前馈解耦补偿控制器,实现了蒸汽流量、压力的分别控制,进一步提升了国家蒸汽流量计产品质量监督检验中心的检验检测能力。
    蒸汽是工业生产的重要能源、城市集中供热的主要热源,也是优化能源结构,实现节能减排目标的重要二次能源,使用极其广泛。蒸汽计量是进行能源交易、提高蒸汽使用效率、挖掘节能降耗潜力的重要环节,直接关系到供需双方利益、关系到能源能耗统计与监测、环境保护与安全防护监测、工艺过程控制及单位成本核算等各个方面的问题,是能源计量及管理的重要内容之一。因此,提高蒸汽计量的准确度,对加强能源管理,保证贸易公平有着重大的意义。面对蒸汽流量计量检测需求带来的挑战,国家蒸汽流量计产品质检中心依托福建省计量科学研究院,建成了蒸汽流量标准装置,目前已通过中国计量科学研究院的校准并投入使用。
1蒸汽流量实流标准装置
    国家蒸汽流量计产品质检中心的蒸汽流量标准装置以过热蒸汽为试验介质,气源温度好高可达260℃,好大压力可达1.8MPa,好大流量30t/h。采用质量法和标准表法相结合的技术手段,试验管路包括DN15~DN300十条管线,可开展DN300及以下口径的涡街、孔板、分流旋翼等各种蒸汽流量计的检定、校准和检测工作。质量法蒸汽流量标准装置的相对扩展不确定度Ur=0.1%,k=2;标准表法蒸汽流量标准装置的相对扩展不确定度Ur=0.5%,k=2。
    蒸汽流量标准装置的检定管路系统如图1所示。过热蒸汽首先由调压稳压系统进行初级调压,然后进入检定管路系统,由管前压力调节阀调节蒸汽压力,再流经标准流量计和被检流量计,好后由管后流量调节阀调节流量点。
蒸汽流量实流标准装置检定管路结构图
2前馈调节系统设计
    为同时精确控制检定管路内蒸汽的流量和压力,需设计如图2所示控制系统:
蒸汽流量调节控制系统
    由于蒸汽的特殊物理性质,当管前压力调节阀进行压力调节时,蒸汽流量也发生相应变化;当管后流量调节阀进行流量调节时,管路中的蒸汽压力也发生相应变化。因此,蒸汽实流标准装置管路中的流量、压力调节系统是一个多入多出的耦合系统,如图3所示:
流量、 压力调节耦合系统示意图
    其中,ν1表示压力调节阀开度,ν2表示流量调节阀开度,Y1表示管道流量,Y2表示管路压力。针对此类系统,采用前馈解耦控制方法,如图4所示。
采用前馈解耦的流量、 压力调节耦合系统示意图
    其中,Y1,sp表示流量设定值,Y2,sp表示压力设定值。前馈解耦补偿器的控制框图如图5所示:
前馈解耦控制框图
20190327145640.jpg
    因此,根据流量调节阀,压力调节阀阀门开度与检定管段流量,压力关系模型G11、G21、G12和G22,就可以设计出解耦器D12与D21,然后进行前馈解耦补偿,从而实现流量、压力的分别调节。
3总结
    通过设计前馈解耦控制器,实现了蒸汽流量标准装置的蒸汽流量、压力的快速调节,进一步提升了国家蒸汽流量计产品质量监督检验中心的检验检测能力,为提高蒸汽流量计量技术提供了更加高效的试验平台。
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