与FF连接的ABB多变量流量变送器用于造纸工业

　　纸浆与造纸（P&P）工业使用大量动力和蒸汽进行驱动、干燥和加热。二者均由常常属于公司内部的发电厂生产，需要准确测量进入燃烧机的空气流量，以及进入涡轮机的蒸汽流量。在两种情况下都会遇到测量方面的挑战，而ABB多变量变送器已经在Borregaard所属的发电厂中克服了这些困难。
　　
　　ABB提供无与伦比的仪器设备产品和自动化系统，用于纸浆与造纸流程的各个阶段。
　　这一产品组合包括流量、温度、压力及差压变送器，以及集中分析测量装置和控制解决方案。这种用于P&P工业的多样化产品组合还包括电动气动阀门定位器及电执行器。
　　
　　为了控制发电厂中的燃烧效率，进入燃烧机的气流必须得到准确测量空气流经大型管道，使其速度降低，从而造成低达2至3mbar的压差(dp)。ABB为Borregaard提供了这一应用市场中唯一真正的通风范围多变量变送器（压差范围10mbar）。这确保了出色的性能和效率控制，最终为客户节省成本。
　　
　　Borregaard所用的蒸汽温度超过400°C，从而无法使用哪怕是高温型号的涡流变送器。如温度超过400°C和/或静态压力超过250巴，能够准确测量蒸汽的唯一方法是使用一种传感器（如孔板、喷嘴、文氏管或导管）与压差、压力及温度测量相结合。这些测量是必要的，用于温度补偿流量或质量流量。
　　1 已安装的多变量变送器

　　质量流量的测量
　　凭借其多传感器技术，ABB的267/269C多变量变送器能够同时测量三种不同的流程变量。这样能动态计算完全补偿后的、气体、蒸汽及液体的质量流速或体积流速。一台已安装的多变量变送器如1所示。它用一个传感器测量差压及绝压，并用标准100欧姆电阻温度探测器（RTD）来测量流程温度。
　　流量计算包括补偿压力与/或温度、以及更加复杂的变量，如排放系数、热膨胀、雷诺数与可压缩性因子。
　　
　　267/269C变送器包括用于过热蒸汽、饱和蒸汽、气体及液体的流量方程。其补偿方式经过改进，精度远远优于“老方法”，后者采用三台不同的变送器（压差、绝压与温度）把数值报告给控制系统或流量计算机，并一般在计算机中按照下式考虑温度及压力的变化：

　　267/269C型的动态质量流量补偿基于AGA3和EN ISO5167,这是两种更为先进的质量流量计算标准：

　　Qm=质量流速
　　C=排放系数
　　Ev=接近速度因子
　　Y1=气体膨胀因子
　　d=孔径
　　dp=压差=排放密度
　　
　　排放系数
　　排放系数被定义为真实流速除以理论流速。它对速度曲线影响（雷诺数）的理论方程进行校正，其假设是分接头以及压力分接位置之间没有能量损失。它取决于主要流量元件、β比以及雷诺数。雷诺数则取决于流体的粘度、密度和速度，以及管道直径，并满足下式：

 
　　V=速度
　　D=管道直径
　　ρ=流体密度
　　v=流体粘度
　　依靠对排放系数的动态补偿实现孔口、文式管及喷嘴的高精度。
　　
　　气体膨胀因子
　　气体膨胀因子对压力分接点之间由可压缩流体的膨胀引起的密度差进行校正。它不适用于基本不可压缩的液体。气体膨胀因子取决于流体的β比、等熵指数、压差及静态压力，并满足下式：
　　对于孔板：

　　对于喷嘴：

 

　　β比
　　dp=压差
　　p=静态压力
　　k=等熵指数
　　
　　接近速度因子
　　这一因子取决于β比，由下式定义：

　　而β比则取决于孔径和管道直径，二者均是温度的函数。流程管道及流量传感器的材料会随流体中所测温度的变化而膨胀或收缩。热膨胀系数取决于管道及流量元件的材料，并用于计算直径变化。
　　这确保了在低温及高温应用中实现较高的流速精度。
　　
　　流体密度
　　密度直接影响流速计算。267/269C变送器会根据温度与/或压力的变化而对流体密度进行补偿，如下所示：
　　气体为P与T的函数，满足气体定律
　　加热蒸汽为P与T的函数，基于蒸汽表
　　饱和蒸汽为P的函数，基于蒸汽表
　　液体为T的函数
　　为了计算补偿流量或质量流量，需要测量三个流程差：
　　传感器两端的压差
　　管路中的静态压力
　　所测介质的流程温度
　　之前，这是使用三种不同的变送器来实现的：
　　一台压差变送器
　　一台压力变送器，以及一个温度传感器加温度变送器。
　　三种测量装置与执行流量计算的流量计算机连接，或与执行补偿流量计算的系统直接连接。
　　2 概述灵巧测量原理—通过集成实现简化

　　直接测量质量流量
　　一种新颖、巧妙而更为直接的质量流量测量方式是使用多变量变送器：它结合了压差dp与静态测量值p,并在同一装置中提供了温度变送器。此外，补偿流量或质量流量的计算机包括在装置自身的固件中2，3。
　　3 灵巧的质量流量计

　　采用现场总线通信技术，多变量变送器不仅可以测量介质流量，还可单独测量全部三种流程数据（dp,p,T）。在可行的情况下，所有报警及诊断参数都会被发送给系统。ABB是世界上唯一提供具有HART,PROFIBUS,Foundation Fieldbus与Modbus通信协议的多变量变送器生产厂家。于2000年在全球安装了首个PROFIBUS多变量应用后，ABB骄傲地实现与Borregaard在2004年合作，实现了首例Foundation Fieldbus应用。
　　采用多变量变送器的好处在于较少采购费用，因为现场需要的仪器和管线更少，同时还可较少所需I/O卡的数目。通过简化安装、减少工程（对于系统）、通信和维护工作，还可进一步显著削减成本。
　　
　　Borregaard发现了这些优点，并在其新建的P&P厂中广泛采用。Borregaard与ABB一起安装了世界上第一台Foundation Fieldbus多变量变送器。可以确信还会有更多。
　　
　　Dimitrios Charisiadis
　　ABB自动产品有限公司
　　德国Minden
　　Dimitrios.charisiadis@de.abb.com
　　
　　Borregaard
　　Borregaard是世界领先的木材化学品供应商，还在配料、精细化工及能源领域占据优势地位。出色的创新工作和全球影响力为其客户提供增值。
　　来自ABB的多变量变送器在BorregaardAlva中用于空气及蒸汽测量。“Alva”的主要任务是生产蒸汽，方式是燃烧纤维素及香兰素生产过程产生的含水有机残余物，并以燃油作为后备。