瓦斯利用CDM項目計量系統設計與分析

張丁丁

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

瓦斯利用CDM項目計量系統設計與分析

張丁丁1,2

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

根據淮南礦區瓦斯利用CDM項目實際情況,簡要分析了一種流量監測與計量技術。

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締約方聯合開展二氧化碳等溫室氣體減排項目。這些項目產生的減排數額可以被附件1締約方作為履行他們所承諾的限排或減排量。對發達國家而言,CDM提供了一種靈活的履約機制;而對于發展中國家,通過CDM項目可以獲得部分資金援助和先進技術。但是,CDM只能作為全球減排和技術轉讓的手段之一。實現真正意義上的減排和技術轉讓還需要發達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,將監測點測量到的數據傳輸到監控室中的計算機上,自動計算出標況甲烷瞬時質量流量并做累計計算,最終在計算機上顯示出從計量系統正式投入工作到目前已利用的標況下甲烷總質量,為CDM的碳指標排放提供真實可靠的數據依據。電子自動監控系統取樣的時間間隔為0.5秒。每小時做一次書面文檔記錄并存檔。數據記錄要保存到合適的永久性媒體中且保存9年。

淮南礦區瓦斯利用CDM項目主要分瓦斯發電與瓦斯民用。瓦斯發電CDM項目的計量系統相對簡單,因為瞬時流量比較穩定且流量值較大容易監測,即使波動也是在一個小范圍內。瓦斯民用CDM項目,由于居民用氣的實際情況決定計量系統相對困難。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。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行準確計量的要求。

圖2 三管計量平面圖

以下主要介紹淮南礦區瓦斯民用CDM項目計量系統。

3 計量系統設計與分析

3.1 計量系統硬件設計

在計量系統設計中,是否準確的測量瓦斯氣瞬時流量是最關鍵的。流量傳感器普遍存在的一個問題:在大管徑情況下,當瞬時流量較低時,測量不準確甚至測量不到。為解決此問題,采取在不同流量范圍內使用分管段進行測量,如圖2所示,即三管計量。三管段進氣側安裝三個手動閥(常開狀態,檢修流量傳感器時與電動閥同時關閉),出氣側安裝三個電動閥(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的自動打開或關閉。當F≥500m3/h時,V2先打開,V1再關閉;當F<400m3/h時,V1先打開,V2再關閉(這里沒有取F<500m3/h,是為了避免當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F≥2500m3/h時,V3先打開,V2再關閉;當F<1200m3/h時,V2先打開,V3再關閉。當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F<6000m3/h時,V2關閉。以上控制均是自動完成。

3.2 計量系統軟件設計

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況下已利用甲烷的總質量。在PLC上將標況下已利用甲烷的總質量做完累計計算后上傳至計算機并顯示出來。實際應用中,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,當總流量值較大時與較小的瞬時流量相加會產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,先將小數累加成大數,大數再做累加計算,從而將累計誤差降到最低。具體的實現方法: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項目對數據記錄的要求是能夠反映出記錄的累計值是持續變化,所以當前時刻的累計流量(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)的中斷時間設置成500ms,在0B35中調用此FB,輸出得到的即是當前時刻的累計流量。

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

式中 T——工況溫度,℃

P——工況壓力,KPa

C——瓦斯濃度,%

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況下已利用的甲烷總質量。

[1] 王巖.利用清潔發展機制促進淮南礦區煤層氣利用[J].中國煤層氣,2005.

[2] 廖常初.S7-300/400PLC應用技術[M].北京:機械工業出版社,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集團瓦斯利用分公司,目前安徽理工大學計算機學院工程院士在讀。

(責任編輯 黃 嵐)