中国石化销售有限公司江苏江阴分公司 江苏江阴 214431
摘要：液位测量技术经过不断的发展,它的各种测量方法在工业生产中都有了自己的应用领域,并得到快速的进步。液位是油罐计量中的重要参数之一,因此需要对它进行准确的测定。
关键词：油罐液位；测量技术；计量方法
近几年来，原油储罐自动计量技术越来越受到人们的普遍关注,由于计算机、光纤、超声波、雷达、传感器等高新技术不断涌现,油罐液位自动计量已进入多功能、高精度的新阶段。
笔者所在单位下属的长山油库，是储量40万立的综合性石化产品的仓储基地，始建于1976年，随着油库计量自动化的发展，在不同历史时期，针对不同储存品种的罐体安装了不同类别的自动计量装置。这篇文章详细介绍了几种常用的油罐测量技术,对这几种油罐液位测量技术进行了比较,结果表明,每种测量技术各有不同的适用范围,现场应用时应根据油品类型和现场实际情况,选用合适的测量技术。
一、油罐液位测量技术及应用
目前，随着油罐液位测量技术的快速发展,测量方法和测量仪表类型也随之增多。比较实用的油罐液位测量技术和方法有以下几种，分别是人工检尺、浮子钢带液位计、伺服式液位计、雷达液位计、静压式液位测量以及混合式计量管理系统等。
（1）人工检尺
目前人工检尺测量方法仍广泛采用,并且作为其它液位计性能校验的工具之一。缺点是劳动强度大,同时存在不安全因素。
（2）浮子钢带液位计
浮子(光导电子式)钢带液位计的准确度为10mm。由于滑轮、盘簧机构与机械计数器的摩擦力,这种液位计的可靠性较差，目前已经淘汰。
（3）伺服式液位计
伺服式液位计不仅可以测量液位,而且可以测量油水界位。在大于40 m测量上限的油罐上,一般可得到1 mm的准确度。较高的准确度和可靠性使之可用于大多数的液位计量,因而得到很多国家计量管理与关税机构的认可。长山油库的4只1000立方LPG贮罐上安装了此类液位计，由于伺服装置比较精密，容易在收料过程中因罐内剧烈环境而损坏，建议收料过程中应将伺服装置人工控制升至最高位，待罐内物料液位稳定后再进行自动测量。
（4）雷达液位计
①测量原理。液位是由储罐项部的天线发射的雷达信号测量的，雷达液位计无可动部件,雷达表使用微波,对液位的测量通常在10GHz附近。雷达信号被液体表面反射后，开线接收回波。由于信号频率在改变，回波与信号发射瞬间相比，其频率稍有不同。该频率差正比于至液体的距离，并且可精确地计算。
②微波传播不需要空气介质,其传播速率几乎不受温度变化的影响,雷达液位计完全适合高温介质的物位测量。
③雷达液位计能在真空或受压状态下正常工作,真空状态下微波传播速率相对空气状态下仅变化0.029%。但当操作压力达到某一范围时,压力所产生的误差就不能忽视了。目前推出的雷达液位计产品,最高允许压力为6.4 MPa。
④易挥发性气体和惰性气体对雷达液位计的测量均没有影响,但液体介质的相对介电常数、液体的湍流状态、气泡大小等被测物料特性,将衰减微波信号,应引起足够的重视。当介质的相对介电常数小到一定值时,雷达波的有效反射信号衰减过大,导致液位计无法正常工作,因此被测介质的相对介电常数必须大于产品所要求的最小值。
长山油库103~106罐储存的是原油，安装了雷达微波液位计，针对原油选择了配有抛物面天线的发射器头，液位计的输出采用TRL2现场总线，现场总线连接到现场通讯单元。数据从通讯单位按总线格式发送到主机。
（5）静压式液位测量法
静压测量法(H TG)是随着高准确度智能数字式压力变送器的问世而兴起的,内置微处理器件可以对温度影响和系统偏差给予补偿,H TG系统的优点是可以对油罐进行连续质量测量,实用的H TG组合有以下几种。
①一套简单的HTG系统只包括一座罐底安装的压力变送器P1,总质量等于所测压力乘以罐的截面积。
②在距P1一定高度的上方增加一台压力变送器P2,油品密度即可由压差P1-P2得到,即
ρ=(P1-P2)/h,液位可由密度与P1计算:
L=P1/(P1-P2)h
式中 L———液位高度,m;
P1———罐底压力,Pa;
P2———高度h处的压力,Pa;
h———变送器P2距罐底的高度,m。
罐顶可增加一台压力变送器P3来消除蒸气压力对P1和P2的影响。
H T G法不适用于液化石油气等高压储罐,因为液位高度引起的静压变化相对于储罐压力十分微小,这将产生很大的测量误差。
H T G系统的缺点是其密度测量是在一个接近罐底的有限范围内得出的。如果液位高于P2变送器,则可以得出密度的计算值,但液位低于P2,将得不到差压(通常液位在1.5～2.5 m)。另外,有一些油罐的罐底密度与上部密度不完全相同,这种密度分层现象对液位测量将产生很大的影响。在常压罐上,HTG系统对质量测量的不确定度大于0.05%。
长山油库的201~204罐是汽（柴）油罐，703~708罐是液体化工罐，采用现场总线式液位自动计量及监控，方案为HTG系统，每罐安装一台差压变送器、一只油温传感器和一台现场处理器，HTG系统结构如下图所示：
（6）混合式计量管理系统
混合式计量管理系统将现代化油罐液位测量技术与H TG技术结合起来。将压力测量与液位测量相结合可以提供一个全液位范围的真正的平均密度测量值,进而对质量进行测算。测量温度用来计算在参考温度下的标准体积和密度。伺服或雷达液位计可以直接与智能变送器通信,成为一个非常完善的计量系统,提供液面、油水界面、体积、质量、平均密度、平均温度以及蒸汽温度等参数。
二、油罐油量测量方法比较
在多数情况下,目前已有的雷达或伺服式液位计可以很容易地扩展为混合式计量管理系统。为了对不同的计量系统进行比较,现对各测量系统影响最终误差的各个参数进行分析。油品计量总的误差是各个单一参数误差的综合结果,例如安装的不稳定性造成的液位测量误差;油品温度分层造成的温度测量误差;变送器位置、风力、储罐带压造成的静压法(HTG)测量误差等。
油罐的实际形状受很多因素的影响,如果其中的一些影响是已知的并且是重复性的,可在计算机内进行补偿。若想得到最佳测量精度,一个稳定的测量平台是先决条件。定位管的使用是一项实用并已被接受的技术,现已在很多油罐(无论有无浮顶)上成功应用。在旧罐改造工程中,安装一个定位管是一项可取得高准确度的措施。
对于雷达液位计,定位管可保证仪表的机械稳定性。在高压储罐上,推荐使用带参考针的定位管,分别在定位管的上、中、下3个位置安装3枚参考针,储罐在使用中,可随时测3枚针的高度,以达到不开罐就能校验雷达表的目的。
温度是一个易被忽视的测量变量,准确的平均温度测量对于取得高准确度的油品计量是十分必要的。当油品温度出现分层现象时,单点温度测量是没有意义的。
在静压测量系统中,压力变送器P1要安装得尽可能低,但必须位于最高液位和沉淀物之上。研究表明,风力可对一个10 m高的罐产生最高0.2%的误差,对于很高操作压力的球罐或卧罐,需要特殊研制的量程比很大的变送器,因为静压变化相对于操作压力很小。
目前很多类型的油罐测量仪表可适用于不同类型的油罐,每一种测量技术各有优势,各种技术之间存在更多的互补性而不是孰优孰劣。现代化的雷达和伺服液位计已得到了很大改进,表现在几乎不需维护和无故障运行。
对于存量管理和贸易交接,如果需要测量的是质量,则静压法当属首选,但体积测量在世界范围内仍是一种重要的手段,体积测量与质量测量的结合将具有更大的优越性。标准化的现场总线能够在专用的油罐测量系统与其它系统的直接通信方面起决定性作用。然而,决不能因为追求总线的标准化而牺牲测量的准确度。
三、结束语
综上所述，文章中介绍的几种测量方法，比较有效和准确的,每一种都有自身的优点和不足。所以采用哪种方式测量液位,要根据实际情况来进行选择。油罐储油计量是油料业务中的一项重要组成部分,其目的在于正确测得储罐容积、内部存储液体介质的质量、油品含水率等实时监测液位的高低、对液位上下限进行报警,连续监视作业过程并进行调节,使液位保持在所要求的高度。实现对油罐的自动计量,达到测量的及时性、准确性和高效性的目的,不仅能满足平时的正常作业和应急保障,还可以减少工作人员的劳动强度,及时提供决策数据,提高油库自动化信息管理水平。
参考文献:
[1]沈雷.CM O S集成电路原理及应用.北京:光明日报出版社,1986.
[2]王家桢,王俊杰.传感器与变送器.北京:清华大学出版社,1996.
[3]周平等,吴明光,周春晖.变密度条件下的液位测量.仪器仪表学报,1998,19(2):168～172.
论文作者:季春
论文发表刊物:《基层建设》2015年6期供稿
论文发表时间:2015/9/7
标签：测量论文; 液位论文; 油罐论文; 液位计论文; 静压论文; 密度论文; 误差论文; 《基层建设》2015年6期供稿论文;