DCS系统折线表功能处理电导率信号的应用

王坤坤 皮良年

（湖北大峪口化工有限责任公司 湖北省钟祥市 431910）

1 概述

在接触法制取硫酸的工艺中，通常采用98.3%硫酸作吸收剂，因其液面上水、三氧化硫、硫酸三者的蒸汽压最低，不易产生酸雾，故吸收效率最高。吸收酸浓低易产生酸雾，影响三氧化硫的吸收率，酸浓高会使硫酸过快达到饱和，影响吸收效果。特别是在开停车的过程中，硫酸浓度对三氧化硫气体的吸收率，非常影响尾气中硫化物的控制，进而会大幅提升环保费用。因此，硫酸浓度的控制，就显得格外重要。

2 折线表计算的优势

目前，通过电导率仪表检测硫酸酸浓是常用的检测方法之一。由于电导率和浓度、温度并非线性关系。传统电导率型酸浓分析仪表采用的是线性的结果输出方式。在使用过程中都需要设置一个温度范围，这个温度范围区间越小，显示的酸浓值误差越小，相反，这个温度区间范围越大，显示的硫酸浓度值误差越大。在生产过程中，当温度偏离设定的温度范围时，硫酸浓度显示的偏差会急剧增大，需要通过人工取样，手动滴定来确定硫酸浓度。

折线表的功能，可以很好解决这种问题。在浓度的相同时，一个电导率只能对应一个温度，根据此原理，可以得到一个温度—电导率折线表。同理，温度相同，一个电导率只能对应一个酸浓，同样得到一个浓度—电导率折线表。通过现场电导率仪表检测的电导率，先经过温度—电导率折线表，将当前测量的电导率修正到一个标准的温度下的电导率，再通过浓度—电导率折线表，计算出实时的硫酸浓度。由此实现温度变化范围在20℃-80℃，浓度变化在96%-100%的硫酸浓度在线连续测控。

3 折线表的取值原理

在浙大中控DCS 折线表功能块(FXY 模块)中，X 轴和Y 轴都是10 段，包括11 个点，输入从X[0]到X[10],对应输出为Y[0]到Y[10]，X 和Y 的取值均为半浮点型0-1 之间。通过该模块，用户可以对输入进行线性插值处理，线性化后输出。具体算法如下：

当输入X 落在X[i]和X[i+1]之间时

如果输入X 小于X[0],则输出Y 等于Y[0]

如果输入X 大于X[10]，输出Y 等于Y[10]。

图1

在编辑折线表之前，首先要确定一个基准的温度和浓度目标。当电导率的测量值，越趋近于基准目标时，计算误差就越趋近于0。在接触法制取硫酸的工艺中，通常采用98.3%硫酸作吸收剂，为了避免吸收过程中酸雾的产生，采用高温（70℃-80℃）吸收工艺，由于高浓度的硫酸在温度大于60℃时，电导率的波动幅度会迅速增大。综合考虑了影响吸收温度的各种因素，采取温度为60℃，浓度为98.3%硫酸电导率为参照目标。为了使计算的结果减小误差，需要设计两个温度电导率校正折线表。小于60℃的折线表和大于60℃小于80℃的折线表。

4 实际应用过程

4.1 制定折线表

设计吸收酸温度TIA_2407 量程为0-150℃。

设计吸收酸电导率AIC_2402 量程为333-40us/cm。

首先确定60℃时，硫酸浓度从96%-100%电导率的变化趋势，进行i 的取值。

根据下列的公式，即可计算出电导率X[0]到X[10]以及所对应的浓度Y[0]到Y[10]的值。

现场测量仪表的设置量程的不同，计算的X 值和Y 值会有所差异。

通过计算得到在60℃时，电导率和硫酸浓度折现表（表1）。

再根据硫酸浓度在98.3%时，温度对应的电导率变化，计算出当前测量的电导率，校正到60℃下电导率的系数。

在此，i 的取点位置，是根据单位时间内硫酸温度变化的速度，

表1：吸收酸浓折线表（60℃）

表2：小于60℃温度电导率折线表（98.3%）

表3：大于60℃温度电导率折线表（98.3%）

还有工艺需要控制的温度范围进行综合考虑。

当温度小于等于60℃，校正系数Y[i]的计算。

当温度大于等于60℃，校正系数Y[i]的计算。

通过计算得到硫酸浓度在98.3%时，温度小于60℃和大于60℃的对应电导率校正值表2 和表3。

4.2 逻辑功能块图

具体组态过程如下：

KS1：TIA_2407 温度小于等于60℃时，显示温度对应的电导率校正系数。自定义二字节半浮点型变量。

KS2：TIA_2407 温度大于等于60℃时，显示温度对应的电导率校正系数。自定义二字节半浮点型变量。

K1：TIA_2407 温度小于等于60℃时，校正得到的电导率系数。自定义二字节半浮点型变量。

K2：TIA_2407 温度大于等于60℃时，校正得到的电导率系数。自定义二字节半浮点型变量。

K：TIA_2407 温度小于60℃时，K=K1。温度大于等于60℃时K=K2。自定义二字节半浮点型变量。

AIC2402：计算所得到的当前温度下的硫酸浓度。自定义四字节浮点型变量。

首先对被测硫酸的温度高低，分别通过折线表FXY（04）和FXY（05）分别进行电导率补偿系数计算，得到温度小于60℃的电导率K1 和温度大于等于60℃的电导率K2。再通过比较模块（GE）和选择模块（SEL）的计算，当温度大于等于60℃时，输出K=K2，否则K=K1，得到当前的电导率。最后经过电导率对应的浓度折线表FXY(06)，计算出当前的硫酸浓度AIC2402。

如图1 所示，在流程图画面中引用通过DCS 组态计算后的AIC2402，即可实现温度变化范围在20℃-80℃，浓度变化在96%-100%的硫酸浓度在线连续测控。根据所计算的浓度，也可以引用在自动控制PID 功能模块，作为自动控制的被控制量（PV）。来实现硫酸浓度的自动控制调节。

5 总结

在湖北大峪口化工有限责任公司的硫酸生产部，采用折线表处理硫酸浓度电导率信号显示浓度值以来，运行正常、稳定、准确。为装置实现长周期的稳定运行和节能减排做出了突出贡献。同时也大大减少了仪表人员对现场仪表的检修频次。