利用紫金橋軟件實時檢測(黑化集團)純硝酸累計量

黑化集團（股份）有限公司（原黑龍江化工總廠）始建于1958年，是以煤為原料的中國大型Ⅰ綜合性煤化工企業。公司地處黑龍江省齊齊哈爾市富拉爾基區嫩江之畔，占地面積88.2萬平方米，建筑面積10.3萬平方米。1998年，黑化集團公司以優良資產出資組建黑化股份有限公司，同年9月22日黑化股份公司10000萬股股票，在上海證券交易所網上發行，11月4日，黑化股份公司股票在上海證券交易所上市。 2004年公司實現銷售收入13.7億元，出口創匯1700萬美元，是齊市地區出口創匯第一大戶，利稅1.1億元，銀行信用等級為A級，2005年在首屆對中國經濟社會發展貢獻突出企業1000強排行榜上位列828位。

化工企業一向是高污染源之一，因為黑化主要產品是硝酸氨等產品，原來在生產過程中產生的氮的氧化物會極大的污染周邊環境。2008年，國外一個企業通過拍賣方式購得減排配額，對黑化股份的生產線進行改造。此項目已經經過聯合國立項，現已經進入實施階段。聯合國要求對改造前后的污染物進行在線實時定量檢測，以確保改造能達到預期的效果。其中一個重要指標就是實時在線檢測純硝酸的產量。

因為工業硝酸中濃度不固定，而且對于不同濃度的產品有不同的密度，其密度和濃度的關系不是線性關系，而且還隨溫度的變化而變化。因此現在市面上并沒有一種儀器能在線實時檢測硝酸溶液中的純硝酸的產量。

我們也知道，通過質量流量計能在線檢測其體積流量，質量流量、溫度、壓力以及累計流量。但是工業硝酸溶液中還含有大量的水，所以它累計的只是溶液的累計量，而不是100％純硝酸的量。而且因為其密度和濃度不是一個恒定的值，其數據是一個實時變化的數值，所以采用質量流量*濃度并進行累計得到結果并不是其累計質量。

根據用戶的需求和現有的檢測手段，我們認為通過紫金橋軟件可以實現在線實時檢測純硝酸的產量。其原理如下：

首先用質量流量計檢測硝酸的密度，質量流量、溫度，然后利用上述物理量進行轉換計算，其具體公式是：

首先對檢測的密度通過溫度補償，把硝酸密度轉換成20攝氏度條件下的密度，然后通過分段線性化把密度轉換成濃度，用檢測的質量流量×濃度，得到就是純硝酸的瞬時流量。然后利用紫金橋的累計點功能，對瞬時流量進行累計，得到的就是純硝酸的累計量。

首先我們看一下溫度對密度的影響關系：

密度對溫度的補償：取60度的密度為1.44（估算），20度的密度為1.513（查表），從上圖可以看出，溫度對硝酸的密度的影響是線性關系，所以其密度的補償公式是：補償密度 = 測量密度 +0.001825*(溫度-20);補償系數計算方式是：(1.44 - 1.513)/(60-20) = -0.001825

通過密度查表換算得到濃度，經過分析得知，濃度和密度在小區間范圍內成線性關系，如果在上表范圍之內沒有的密度值，取最近的兩點做為線性化計算的端點。如：

測量密度為1.256，對應的上表沒有數據，最近的數據是1.253和1.259，相對應的濃度是41%和42%，按照線性化公式計算，濃度應該是：(0.42-0.41)*(1.256-1.253)/(1.259-1.253)+ 0.41 = 0.415

下圖是采用紫金橋軟件的分段線性化表：

注：以上數據來源：化學化工物性數據手冊無機卷。青島化工學院全國圖算學培訓中心組織編寫劉光啟馬連湘劉杰主編。化學工業出版社。2002年4月第1版

誤差分析：本算法本身存在誤差：

1，溫度對密度的影響轉換采用的是溫度對無水硝酸影響，如果不是無水硝酸，其轉換公司可能存在不一致的地方，因為未見相關資料，所以不知道其誤差影響有多大，60攝氏度的無水硝酸密度是通過圖觀察得出，存在一定誤差。

2，溫度和濃度的轉換是通過分段線性化轉換的，雖然我們采用了100段，但在實際的應用中，和實際的值還會存在一定的誤差。

綜合以上，我們認為，本系統存在一定的理論誤差，需要經過實際檢驗才能看是否測量準確。

我們把系統在現場試運行一段時間后，通過觀察我們得出和工藝的理論計算相比較，用紫金橋軟件測試出來的累計量和通過工藝計算的理論量基本相等，因此，該系統的理論誤差和測量誤差都是在可接受的范圍內。

此項目已經在現場正式投入運行，并且得到聯合國專家的認可。該項目主要用到了紫金橋的分段線性化和流量累計特殊功能來計算純硝酸累計量。