黑化集團(tuán)（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(guó)大型Ⅰ綜合性煤化工企業(yè)。公司地處黑龍江省齊齊哈爾市富拉爾基區(qū)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(tuán)公司以優(yōu)良資產(chǎn)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(wǎng)上發(fā)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(shí)現(xiàn)銷售收入13.7億元，出口創(chuàng)匯1700萬美元，是齊市地區(qū)出口創(chuàng)匯第一大戶，利稅1.1億元，銀行信用等級(jí)為A級(jí)，2005年在首屆對(duì)中國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展貢獻(xiàn)突出企業(yè)1000強(qiáng)排行榜上位列828位。
化工企業(yè)一向是高污染源之一，因?yàn)楹诨饕a(chǎn)品是硝酸氨等產(chǎn)品，原來在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的氮的氧化物會(huì)極大的污染周邊環(huán)境。2008年，國(guó)外一個(gè)企業(yè)通過拍賣方式購(gòu)得減排配額，對(duì)黑化股份的生產(chǎn)線進(jìn)行改造。此項(xiàng)目已經(jīng)經(jīng)過聯(lián)合國(guó)立項(xiàng)，現(xiàn)已經(jīng)進(jìn)入實(shí)施階段。聯(lián)合國(guó)要求對(duì)改造前后的污染物進(jìn)行在線實(shí)時(shí)定量檢測(cè)，以確保改造能達(dá)到預(yù)期的效果。其中一個(gè)重要指標(biāo)就是實(shí)時(shí)在線檢測(cè)純硝酸的產(chǎn)量。
因?yàn)楣I(yè)硝酸中濃度不固定，而且對(duì)于不同濃度的產(chǎn)品有不同的密度，其密度和濃度的關(guān)系不是線性關(guān)系，而且還隨溫度的變化而變化。因此現(xiàn)在市面上并沒有一種儀器能在線實(shí)時(shí)檢測(cè)硝酸溶液中的純硝酸的產(chǎn)量。
我們也知道，通過質(zhì)量流量計(jì)能在線檢測(cè)其體積流量，質(zhì)量流量、溫度、壓力以及累計(jì)流量。但是工業(yè)硝酸溶液中還含有大量的水，所以它累計(jì)的只是溶液的累計(jì)量，而不是100％純硝酸的量。而且因?yàn)槠涿芏群蜐舛炔皇且粋€(gè)恒定的值，其數(shù)據(jù)是一個(gè)實(shí)時(shí)變化的數(shù)值，所以采用質(zhì)量流量*濃度并進(jìn)行累計(jì)得到結(jié)果并不是其累計(jì)質(zhì)量。
根據(jù)用戶的需求和現(xiàn)有的檢測(cè)手段，我們認(rèn)為通過紫金橋軟件可以實(shí)現(xiàn)在線實(shí)時(shí)檢測(cè)純硝酸的產(chǎn)量。其原理如下：
首先用質(zhì)量流量計(jì)檢測(cè)硝酸的密度，質(zhì)量流量、溫度，然后利用上述物理量進(jìn)行轉(zhuǎn)換計(jì)算，其具體公式是：
首先對(duì)檢測(cè)的密度通過溫度補(bǔ)償，把硝酸密度轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換成濃度，用檢測(cè)的質(zhì)量流量×濃度，得到就是純硝酸的瞬時(shí)流量。然后利用紫金橋的累計(jì)點(diǎn)功能，對(duì)瞬時(shí)流量進(jìn)行累計(jì)，得到的就是純硝酸的累計(jì)量。
首先我們看一下溫度對(duì)密度的影響關(guān)系：
密度對(duì)溫度的補(bǔ)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(duì)硝酸的密度的影響是線性關(guān)系，所以其密度的補(bǔ)償公式是：補(bǔ)償密度 = 測(cè)量密度 +0.001825*(溫度-20);補(bǔ)償系數(shù)計(jì)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(jīng)過分析得知，濃度和密度在小區(qū)間范圍內(nèi)成線性關(guān)系，如果在上表范圍之內(nèi)沒有的密度值，取最近的兩點(diǎn)做為線性化計(jì)算的端點(diǎn)。如：
測(cè)量密度為1.256，對(duì)應(yīng)的上表沒有數(shù)據(jù)，最近的數(shù)據(jù)是1.253和1.259，相對(duì)應(yīng)的濃度是41%和42%，按照線性化公式計(jì)算，濃度應(yīng)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(shù)據(jù)來源：化學(xué)化工物性數(shù)據(jù)手冊(cè)無機(jī)卷。青島化工學(xué)院全國(guó)圖算學(xué)培訓(xùn)中心組織編寫劉光啟馬連湘劉杰主編。化學(xué)工業(yè)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(duì)密度的影響轉(zhuǎn)換采用的是溫度對(duì)無水硝酸影響，如果不是無水硝酸，其轉(zhuǎn)換公司可能存在不一致的地方，因?yàn)槲匆娤嚓P(guān)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(zhuǎn)換是通過分段線性化轉(zhuǎn)換的，雖然我們采用了100段，但在實(shí)際的應(yīng)用中，和實(shí)際的值還會(huì)存在一定的誤差。
綜合以上，我們認(rèn)為，本系統(tǒng)存在一定的理論誤差，需要經(jīng)過實(shí)際檢驗(yàn)才能看是否測(cè)量準(zhǔn)確。
我們把系統(tǒng)在現(xiàn)場(chǎng)試運(yùn)行一段時(shí)間后，通過觀察我們得出和工藝的理論計(jì)算相比較，用紫金橋軟件測(cè)試出來的累計(jì)量和通過工藝計(jì)算的理論量基本相等，因此，該系統(tǒng)的理論誤差和測(cè)量誤差都是在可接受的范圍內(nèi)。
此項(xiàng)目已經(jīng)在現(xiàn)場(chǎng)正式投入運(yùn)行，并且得到聯(lián)合國(guó)專家的認(rèn)可。該項(xiàng)目主要用到了紫金橋的分段線性化和流量累計(jì)特殊功能來計(jì)算純硝酸累計(jì)量。
