論石油密度的測量及影響要素

李 海

（茂名市質(zhì)量計(jì)量監(jiān)督檢測所，廣東 茂名 525000）

密度是物質(zhì)的一個(gè)重要物理常數(shù)，尤其是對有機(jī)化合物而言，根據(jù)其密度值，可以區(qū)分化學(xué)組成類似的化合物、鑒定液態(tài)化合物的純度，定量分析單一溶質(zhì)溶液的濃度。而測量石油的密度有各種各樣的方法，但大體分為兩大方面，即：一是導(dǎo)源密度基本原理公式的直接測量法；二是利用密度量與某些物理量關(guān)系的間接測量法。本文主要是間接測量法，間接測量法種類很多，較為成熟的方法有：振蕩管式密度計(jì)、浮子法、防爆超聲波密度儀、靜壓法、γ射線法、雙法蘭式差壓變送器法以及浸沒式金屬浮子數(shù)顯密度計(jì)等。

1 石油產(chǎn)品的密度檢測

石油產(chǎn)品液體密度檢測應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)方法為 GB/T1884－2000，其基本理論依據(jù)是阿基米德定律。盡管基本原理相同，但由于儀器技術(shù)手段不同，適用范圍不同，又有很多不同的測定方法。

1.1 振蕩管式密度計(jì)

振蕩管密度計(jì)的敏感元件是管式彈性體（振子）。當(dāng)被測介質(zhì)流經(jīng)密度計(jì)時(shí)，振子的自由震動(dòng)頻率隨介質(zhì)的密度而變化。當(dāng)液體密度增大時(shí)，振動(dòng)頻率下降。反之，當(dāng)液體密度減小，振動(dòng)頻率增加。因此，通過測量振子振動(dòng)頻率的變化，就可以間接的測量液體的密度。這種密度計(jì)測量的密度的范圍在0～3 000 kg/m3，產(chǎn)品測量精度可達(dá)±0.15 kg/m3。與傳統(tǒng)的玻璃浮子密度計(jì)的測量方式比較，具有樣品用量少、結(jié)果準(zhǔn)確、重復(fù)性好、沒有人為的讀數(shù)誤差的優(yōu)點(diǎn)。但是其價(jià)格昂貴，加上控溫和自動(dòng)清洗系統(tǒng)，一般費(fèi)用約3萬美元以上。

1.2 浮子法

本方法通過將浸在液體中的浮子位移和浮力變化，變換成各種電或機(jī)械檢測信號來測量液體密度。依據(jù)浮子浸在液體中的情況又可分為漂浮式和全浸式，其中漂浮式受環(huán)境溫度影響較大，精度、靈敏度較低。全浸式的浮子全部浸入被測液體，當(dāng)液體密度改變時(shí)，浮子受到的浮力隨之改變。全浸式較漂浮式受液體表面張力的影響小，浮子又位于溫度比較穩(wěn)定的待測液體中，測量精度較高?，F(xiàn)使用的全浸浮子式密度計(jì)在應(yīng)用中存在的主要問題是：①實(shí)時(shí)性差。②測量精度對油品流速敏感。加油和發(fā)油過程中管道中油品流速快，沒有一定的防護(hù)措施，浮子將處于極不穩(wěn)定的抖動(dòng)狀態(tài)，難以準(zhǔn)確讀數(shù)和采集信號。③會出現(xiàn)冒油現(xiàn)象。

1.3 防爆超聲波密度儀測量原理

該儀器利用超聲波在不同介質(zhì)中傳播速度不同這一原理，通過超聲波換能器在測量室內(nèi)發(fā)射及接受超聲波，然后檢測超聲波脈沖通過規(guī)定的聲程（超聲波傳播距離）所消耗的時(shí)間，最終通過預(yù)先確定的相關(guān)方程計(jì)算出油品的相應(yīng)密度值。超聲波測量方法有很多其他方法不可比擬的優(yōu)點(diǎn)：①測量精度高；②響應(yīng)時(shí)間短，可以方便實(shí)現(xiàn)無滯后的實(shí)時(shí)測量；③非接觸測量，性能穩(wěn)定可靠，對液體的物理化學(xué)性質(zhì)的適應(yīng)極強(qiáng)，如不怕酸堿等強(qiáng)腐蝕性液體等。

1.4 靜壓法

由于一定高度待測液柱的靜壓力與其密度成正比，通過對液柱的靜壓力的測量，就可以求出待測液體的密度，這是靜壓法的基本思想。常用的靜壓法密度計(jì)有固定液位的膜片式密度計(jì)和連續(xù)吹氣的液體靜力式密度計(jì)兩種。采用靜壓法測量液體密度計(jì)的優(yōu)點(diǎn)在于：①儀器的可動(dòng)部分不必浸入液體，所以可用它測量黏度大的和被空氣飽和的液體，而且這種測量無論對于打開的儲槽或封閉的儲槽都是有用的；②儀器的示值與液體的流速和表面張力無關(guān)。這類密度計(jì)在加油、發(fā)油中應(yīng)用的主要問題有：其一，如果滿足計(jì)量精度要求，其液柱要求很高，使其體積龐大且笨重；其二，密度測量受儀器結(jié)構(gòu)影響較大，測量誤差較大；其三，采用指針記錄，刻度標(biāo)定有困難。

1.5 γ射線法

γ射線法是一種非接觸的密度測量方法，它的敏感元件不放在被測介質(zhì)中，而是利用介質(zhì)對射線輻射的吸收作用來測量密度。因γ射線有很強(qiáng)的穿透能力，所以工業(yè)上用于密度測量的射線法密度計(jì)大多采用γ射線，主要適用于浸蝕性和高黏度的液體的密度測量。γ射線法測量密度的優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高、精度高、抗干擾能力強(qiáng)。其缺點(diǎn)是使用射線性物質(zhì)，使用場合受限制，一般不能安裝在人員常出現(xiàn)的現(xiàn)場加油、收發(fā)油系統(tǒng)中。

1.6 浸沒式金屬浮子數(shù)顯密度計(jì)

浸沒式金屬浮子數(shù)顯密度計(jì)原理是浸在液體里的金屬浮子受到被測樣品的浮力，通過高靈敏傳感器，經(jīng)過有效換算，可在顯示屏上直接顯示被測液體的密度值，另一傳感探頭同時(shí)測定樣品的溫度。其原理和玻璃浮子密度計(jì)相同。該密度計(jì)主要有以下特點(diǎn)：①無人員操作誤差。由于是數(shù)字顯示，消除了人眼讀數(shù)帶來的誤差；②量程寬，不需要更換浮子即可完成樣品的測量，玻璃浮子密度計(jì)是由10根不同量程的密度計(jì)組成的；③攜帶方面，不易損壞；④精度高，分析測定速度快。

2 溫度對石油密度測量的影響

我們知道密度計(jì)的工作原理是基于阿基米德定律，就是密度計(jì)在液體中平衡時(shí)，密度計(jì)所排開的液體重量等于密度計(jì)本身的重量。漂浮在液體中的密度計(jì)是根據(jù)它所浸沒的體積（或者說刻度位置）知其液體密度的，而實(shí)際使用中的密度計(jì)是在標(biāo)準(zhǔn)溫度（20 ℃）下刻劃的。在實(shí)際工作中，特別是在生產(chǎn)現(xiàn)場用密度計(jì)測量，被測液體的溫度有相當(dāng)?shù)淖儎?dòng)范圍，這時(shí)的密度計(jì)的體積已不是它標(biāo)準(zhǔn)溫度下的體積，因此，在密度計(jì)刻度上所得到的數(shù)值也不是測定溫度下液體的實(shí)際密度值，這只能稱為密度計(jì)示值，要從密度計(jì)示值得到在測定溫度下液體的實(shí)際密度，就必須對密度計(jì)示值加以溫度影響的修正。如果不作溫度的修正，會因密度的原因給消費(fèi)者造成損失；同樣的道理，如果高于標(biāo)準(zhǔn)溫度而不作溫度修正，就會給企業(yè)帶來經(jīng)濟(jì)損失。

在石油產(chǎn)品密度測量工作中，由于溫度的修正工作很重要，因此在使用密度計(jì)時(shí)，為了使密度計(jì)能夠反映被測石油產(chǎn)品真實(shí)密度，必須要進(jìn)行溫度修正。有密度換算表的一定要查密度換算表，沒有密度換算表的一定要進(jìn)行溫度修正計(jì)算，只有這樣，才能保證石油產(chǎn)品貿(mào)易中的密度計(jì)量的準(zhǔn)確性，維護(hù)貿(mào)易雙方的合法權(quán)益。

3 對毛細(xì)常數(shù)的修正

在檢定玻璃浮計(jì)工作中發(fā)現(xiàn)這樣的情況：有些人認(rèn)為檢定石油密度計(jì)時(shí)，在酒精水溶液這一段，毛細(xì)常數(shù)影響量不大，可以不做毛細(xì)常數(shù)修正。但事實(shí)上并不盡然。筆者做了統(tǒng)計(jì)計(jì)算，發(fā)現(xiàn)在不同范圍，毛細(xì)常數(shù)修正影響量是不一致的。二等石油密度計(jì)和工作用石油密度計(jì)的毛細(xì)常數(shù)修正影響量也是不一致的。檢定工作中一定要加以重視。

毛細(xì)現(xiàn)象是將玻璃浮計(jì)浸入液體中時(shí)，與其液面接觸處液體表層發(fā)生某種彎曲，環(huán)繞著浮計(jì)干管周圍形成液體上升現(xiàn)象，這是由于存在于液體中的表面壓力和表面張力的作用。不同液體，毛細(xì)作用常數(shù)是不一樣的。當(dāng)同一玻璃浮計(jì)浸沒于相同密度但毛細(xì)作用常數(shù)不同的兩種液體中，浮計(jì)讀數(shù)是不一樣的。因此。在檢定工作中，進(jìn)行毛細(xì)常數(shù)修正是基于檢定用液與實(shí)際使用溶液不一致的原因，將玻璃浮計(jì)修正到實(shí)際使用液。對于石油密度計(jì)而言，在（0.81～0.95）g/cm3這一段，檢定時(shí)是用酒精水溶液，而實(shí)際使用時(shí)是在石油產(chǎn)品混合液中，因此，要將毛細(xì)常數(shù)修正到石油產(chǎn)品混合液，在（0.96～1.01）g/m3這一段，檢定時(shí)是用硫酸氫乙酯溶液，而實(shí)際使用的是石油產(chǎn)品混合液，因此也要將毛細(xì)常數(shù)修正到石油產(chǎn)品混合液中。

4 結(jié)束語

總之，密度是原油的一項(xiàng)最基本而重要的性質(zhì)參數(shù)，與各類油品的計(jì)量、管輸、貿(mào)易結(jié)算均有重要的聯(lián)系，因而無論從技術(shù)還是從經(jīng)濟(jì)方面來看，對油品的密度測量方法進(jìn)行探討是十分有必要的。

1 孫建紅、楊璐.諧振式燃油密度測量系統(tǒng)中振動(dòng)筒的頻率特性分析［J］.南京理工大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2008（01）

2 劉煒?biāo)?原油水分和密度測定誤差分析［J］.遼寧化工，2010（05）