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    利用紫金桥软件实时检测纯硝酸累计量

      黑化集团(股份)有限公司(原黑龙江化工总厂)始建于1958年,是以煤为原料的中国大型Ⅰ综合性煤化工企业。公司地处黑龙江省齐齐哈尔市富拉尔基区嫩江之畔,占地面积88.2万平方米,建筑面积10.3万平方米。1998年,黑化集团公司以优良资产出资组建黑化股份有限公司,同年9月22日黑化股份公司10000万股股票,在上海证券交易所网上发行,11月4日,黑化股份公司股票在上海证券交易所上市。2004年公司实现销售收入13.7亿元,出口创汇1700万美元,是齐市地区出口创汇第一大户,利税1.1亿元,银行信用等级为A级,2005年在首届对中国经济社会发展贡献突出企业1000强排行榜上位列828位。
      化工企业一向是高污染源之一,因为黑化主要产品是硝酸氨等产品,原来在生产过程中产生的氮的氧化物会极大的污染周边环境。2008年,国外一个企业通过拍卖方式购得减排配额,对黑化股份的生产线进行改造。此项目已经经过联合国立项,现已经进入实施阶段。联合国要求对改造前后的污染物进行在线实时定量检测,以确保改造能达到预期的效果。其中一个重要指标就是实时在线检测纯硝酸的产量。
      因为工业硝酸中浓度不固定,而且对于不同浓度的产品有不同的密度,其密度和浓度的关系不是线性关系,而且还随温度的变化而变化。因此现在市面上并没有一种仪器能在线实时检测硝酸溶液中的纯硝酸的产量。
      我们也知道,通过质量流量计能在线检测其体积流量,质量流量、温度、压力以及累计流量。但是工业硝酸溶液中还含有大量的水,所以它累计的只是溶液的累计量,而不是100%纯硝酸的量。而且因为其密度和浓度不是一个恒定的值,其数据是一个实时变化的数值,所以采用质量流量*浓度并进行累计得到结果并不是其累计质量。
      根据用户的需求和现有的检测手段,我们认为通过紫金桥软件可以实现在线实时检测纯硝酸的产量。其原理如下:
      首先用质量流量计检测硝酸的密度,质量流量、温度,然后利用上述物理量进行转换计算,其具体公式是:

      首先对检测的密度通过温度补偿,把硝酸密度转换成20摄氏度条件下的密度,然后通过分段线性化把密度转换成浓度,用检测的质量流量×浓度,得到就是纯硝酸的瞬时流量。然后利用紫金桥的累计点功能,对瞬时流量进行累计,得到的就是纯硝酸的累计量。
      首先我们看一下温度对密度的影响关系:

      密度对温度的补偿:取60度的密度为1.44(估算),20度的密度为1.513(查表),从上图可以看出,温度对硝酸的密度的影响是线性关系,所以其密度的补偿公式是:补偿密度 = 测量密度 +0.001825*(温度-20);补偿系数计算方式是:(1.44 - 1.513)/(60-20) = -0.001825


      通过密度查表换算得到浓度,经过分析得知,浓度和密度在小区间范围内成线性关系,如果在上表范围之内没有的密度值,取最近的两点做为线性化计算的端点。如:
       测量密度为1.256,对应的上表没有数据,最近的数据是1.253和1.259,相对应的浓度是41%和42%,按照线性化公式计算,浓度应该是:(0.42-0.41)*(1.256-1.253)/(1.259-1.253)+ 0.41 = 0.415
      下图是采用紫金桥软件的分段线性化表:


      注:以上数据来源:化学化工物性数据手册无机卷。青岛化工学院全国图算学培训中心组织编写刘光启马连湘刘杰主编。化学工业出版社。2002年4月第1版
      误差分析:本算法本身存在误差:
      1,温度对密度的影响转换采用的是温度对无水硝酸影响,如果不是无水硝酸,其转换公司可能存在不一致的地方,因为未见相关资料,所以不知道其误差影响有多大,60摄氏度的无水硝酸密度是通过图观察得出,存在一定误差。
      2,温度和浓度的转换是通过分段线性化转换的,虽然我们采用了100段,但在实际的应用中,和实际的值还会存在一定的误差。
      综合以上,我们认为,本系统存在一定的理论误差,需要经过实际检验才能看是否测量准确。
      我们把系统在现场试运行一段时间后,通过观察我们得出和工艺的理论计算相比较,用紫金桥软件测试出来的累计量和通过工艺计算的理论量基本相等,因此,该系统的理论误差和测量误差都是在可接受的范围内。
      此项目已经在现场正式投入运行,并且得到联合国专家的认可。该项目主要用到了紫金桥的分段线性化和流量累计特殊功能来计算纯硝酸累计量。