張丁丁

(1.安徽理工大學(xué)計算機學(xué)院,安徽 232001;2.淮南礦業(yè)集團瓦斯利用分公司,安徽 232001)

瓦斯利用CDM項目計量系統(tǒng)設(shè)計與分析

張丁丁1,2

(1.安徽理工大學(xué)計算機學(xué)院,安徽 232001;2.淮南礦業(yè)集團瓦斯利用分公司,安徽 232001)

根據(jù)淮南礦區(qū)瓦斯利用CDM項目實際情況,簡要分析了一種流量監(jiān)測與計量技術(shù)。

CDM 流量 計量

Abstract:According to the CMM CDM utilization practice in Huainan mining area,the paper give a brief analysis for a flow monitoring and measurement technology.

Keywords:CDM;flow;measurement

1 CDM簡介

清潔發(fā)展機制,簡稱CDM(Clean Development Mechanism),是《京都議定書》中引入的靈活履約機制之一。CDM允許附件1締約方與非附件1締約方聯(lián)合開展二氧化碳等溫室氣體減排項目。這些項目產(chǎn)生的減排數(shù)額可以被附件1締約方作為履行他們所承諾的限排或減排量。對發(fā)達(dá)國家而言,CDM提供了一種靈活的履約機制;而對于發(fā)展中國家,通過CDM項目可以獲得部分資金援助和先進(jìn)技術(shù)。但是,CDM只能作為全球減排和技術(shù)轉(zhuǎn)讓的手段之一。實現(xiàn)真正意義上的減排和技術(shù)轉(zhuǎn)讓還需要發(fā)達(dá)國家做出更多的努力。

圖1 工藝流程圖

2 CDM項目對計量的要求

CDM項目計量需要時實采集瓦斯氣溫度(T)、壓力(P)、濃度(C)、流量(F)四參數(shù),將監(jiān)測點測量到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控室中的計算機上,自動計算出標(biāo)況甲烷瞬時質(zhì)量流量并做累計計算,最終在計算機上顯示出從計量系統(tǒng)正式投入工作到目前已利用的標(biāo)況下甲烷總質(zhì)量,為CDM的碳指標(biāo)排放提供真實可靠的數(shù)據(jù)依據(jù)。電子自動監(jiān)控系統(tǒng)取樣的時間間隔為0.5秒。每小時做一次書面文檔記錄并存檔。數(shù)據(jù)記錄要保存到合適的永久性媒體中且保存9年。

淮南礦區(qū)瓦斯利用CDM項目主要分瓦斯發(fā)電與瓦斯民用。瓦斯發(fā)電CDM項目的計量系統(tǒng)相對簡單,因為瞬時流量比較穩(wěn)定且流量值較大容易監(jiān)測,即使波動也是在一個小范圍內(nèi)。瓦斯民用CDM項目,由于居民用氣的實際情況決定計量系統(tǒng)相對困難。居民用氣低峰時瞬時流量較小,流量傳感器有測量不準(zhǔn)確甚至測量不到的情況;居民用氣高峰時瞬時流量較大,如果流量傳感器選型不合適會有超量程的情況出現(xiàn)。所以單管、單流量傳感器的計量方法無法滿足對瓦斯民用用氣量進(jìn)行準(zhǔn)確計量的要求。

圖2 三管計量平面圖

以下主要介紹淮南礦區(qū)瓦斯民用CDM項目計量系統(tǒng)。

3 計量系統(tǒng)設(shè)計與分析

3.1 計量系統(tǒng)硬件設(shè)計

在計量系統(tǒng)設(shè)計中,是否準(zhǔn)確的測量瓦斯氣瞬時流量是最關(guān)鍵的。流量傳感器普遍存在的一個問題:在大管徑情況下,當(dāng)瞬時流量較低時,測量不準(zhǔn)確甚至測量不到。為解決此問題,采取在不同流量范圍內(nèi)使用分管段進(jìn)行測量,如圖2所示,即三管計量。三管段進(jìn)氣側(cè)安裝三個手動閥(常開狀態(tài),檢修流量傳感器時與電動閥同時關(guān)閉),出氣側(cè)安裝三個電動閥(V1、V2、V3),流量傳感器安裝于兩閥之間。

DN150管段流量傳感器測量范圍100～600m3/h;DN250管段流量傳感器測量范圍270～3000m3/h;DN400管段流量傳感器測量范圍800～8000m3/h。理論上,可測流量范圍100～11600m3/h。

在實際工作中,用瞬時流量(F)值來控制電動閥V1、V2、V3的自動打開或關(guān)閉。當(dāng)F≥500m3/h時,V2先打開,V1再關(guān)閉;當(dāng)F<400m3/h時,V1先打開,V2再關(guān)閉(這里沒有取F<500m3/h,是為了避免當(dāng)F在500m3/h左右波動時造成V1、V2的頻繁動作而減少電動閥的使用壽命)。當(dāng)F≥2500m3/h時,V3先打開,V2再關(guān)閉;當(dāng)F<1200m3/h時,V2先打開,V3再關(guān)閉。當(dāng)F≥7000m3/h時,V2打開,此時使用DN250與DN400兩管同時測量瞬時流量;當(dāng)F<6000m3/h時,V2關(guān)閉。以上控制均是自動完成。

3.2 計量系統(tǒng)軟件設(shè)計

將測量到的瓦斯氣流量(F)、溫度(T)、壓力(P)、濃度(C)傳輸至監(jiān)控室的PLC(可編程控制器),再通過PLC與計算機的通訊接口將瓦斯氣各種參數(shù)傳送到計算機上。按照CDM項目的要求,需要在計算機屏幕上顯示標(biāo)況下已利用甲烷的總質(zhì)量。在PLC上將標(biāo)況下已利用甲烷的總質(zhì)量做完累計計算后上傳至計算機并顯示出來。實際應(yīng)用中,還需要對已利用的瓦斯氣流量做累計計算。

以下介紹一種流量累計的計算方法,甲烷質(zhì)量累計原理相同。

CDM項目要求每0.5秒采集一次瞬時流量的值,再將瞬時流量(F,單位m3/h)累加起來,于是累計的總流量。此方法存在一個缺點:由于計算機的缺點,當(dāng)總流量值較大時與較小的瞬時流量相加會產(chǎn)生誤差甚至忽略不計,此誤差會隨總流量累計值的不斷變大,誤差也會越來越大。

為解決誤差問題,先將小數(shù)累加成大數(shù),大數(shù)再做累加計算,從而將累計誤差降到最低。具體的實現(xiàn)方法:新建一個流量累計的FB塊,在此FB中將采集到的瞬時流量信號換算成取樣時間0.5秒的瞬時流量S-Flow,將S-Flow累加120次后賦值給M-Flow,得到每分鐘的流量并將S-Flow的值清零,再將M-Flow累加60次后賦值給H-Flow,得到每小時的流量并將M-Flow的值清零,再將H-Flow累加24次后賦值給D-Flow,得到每天的流量并將HFlow的值清零,最后將D-Flow無限累加賦值給TFlow得到累計總流量。CDM項目對數(shù)據(jù)記錄的要求是能夠反映出記錄的累計值是持續(xù)變化,所以當(dāng)前時刻的累計流量(FT)計算公式:

FT=T-Flow+D-Flow+H-Flow+M-Flow+S-Flow。最后將0B35(時間中斷組織塊)的中斷時間設(shè)置成500ms,在0B35中調(diào)用此FB,輸出得到的即是當(dāng)前時刻的累計流量。

標(biāo)況下瓦斯氣已利用總質(zhì)量的累計原理與流量累計原理相同。標(biāo)況下瞬時質(zhì)量流量(MS)計算如下:

式中 T——工況溫度,℃

P——工況壓力,KPa

C——瓦斯?jié)舛?%

S-Flow——瞬時流量,m3/(0.5s)

ρ——甲烷密度,kg/m3

將MS用上述流量累計的方法即可得到標(biāo)況下已利用的甲烷總質(zhì)量。

[1] 王巖.利用清潔發(fā)展機制促進(jìn)淮南礦區(qū)煤層氣利用[J].中國煤層氣,2005.

[2] 廖常初.S7-300/400PLC應(yīng)用技術(shù)[M].北京:機械工業(yè)出版社,2005.

Design and Analysis of Measurement System in CMM CDM Utilization

Zhang Dingding
(1.Anhui University Of Science&Technology,Anhui 232001;2.Huainan Coal Mining Group Co.,Ltd.,Anhui 232001)

張丁丁,男,工程師,工作單位安徽淮南礦業(yè)集團瓦斯利用分公司,目前安徽理工大學(xué)計算機學(xué)院工程院士在讀。

(責(zé)任編輯 黃 嵐)