探討油罐液位自動(dòng)測(cè)量方法及其比較

摘要：液位測(cè)量技術(shù)經(jīng)過不斷的發(fā)展，它的各種測(cè)量方法在工業(yè)生產(chǎn)中都有了自己的應(yīng)用領(lǐng)域，并得到快速的進(jìn)步。液位是油罐計(jì)量中的重要參數(shù)之一，因此需要對(duì)它進(jìn)行準(zhǔn)確的測(cè)定。

關(guān)鍵詞：油罐液位;測(cè)量技術(shù);計(jì)量方法

近幾年來，原油儲(chǔ)罐自動(dòng)計(jì)量技術(shù)越來越受到人們的普遍關(guān)注，由于計(jì)算機(jī)、光纖、超聲波、雷達(dá)、傳感器等高新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，油罐液位自動(dòng)計(jì)量已進(jìn)入多功能、高精度的新階段。

筆者所在單位下屬的長(zhǎng)山油庫(kù)，是儲(chǔ)量40萬立的綜合性石化產(chǎn)品的倉(cāng)儲(chǔ)基地，始建于1976年，隨著油庫(kù)計(jì)量自動(dòng)化的發(fā)展，在不同歷史時(shí)期，針對(duì)不同儲(chǔ)存品種的罐體安裝了不同類別的自動(dòng)計(jì)量裝置。這篇文章詳細(xì)介紹了幾種常用的油罐測(cè)量技術(shù)，對(duì)這幾種油罐液位測(cè)量技術(shù)進(jìn)行了比較，結(jié)果表明，每種測(cè)量技術(shù)各有不同的適用范圍，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用時(shí)應(yīng)根據(jù)油品類型和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，選用合適的測(cè)量技術(shù)。

一、油罐液位測(cè)量技術(shù)及應(yīng)用

目前，隨著油罐液位測(cè)量技術(shù)的快速發(fā)展，測(cè)量方法和測(cè)量?jī)x表類型也隨之增多。比較實(shí)用的油罐液位測(cè)量技術(shù)和方法有以下幾種，分別是人工檢尺、浮子鋼帶液位計(jì)、伺服式液位計(jì)、雷達(dá)液位計(jì)、靜壓式液位測(cè)量以及混合式計(jì)量管理系統(tǒng)等。

（1）人工檢尺

目前人工檢尺測(cè)量方法仍廣泛采用，并且作為其它液位計(jì)性能校驗(yàn)的工具之一。缺點(diǎn)是勞動(dòng)強(qiáng)度大，同時(shí)存在不安全因素。

（2）浮子鋼帶液位計(jì)

浮子（光導(dǎo)電子式）鋼帶液位計(jì)的準(zhǔn)確度為10mm。由于滑輪、盤簧機(jī)構(gòu)與機(jī)械計(jì)數(shù)器的摩擦力，這種液位計(jì)的可靠性較差，目前已經(jīng)淘汰。

（3）伺服式液位計(jì)

伺服式液位計(jì)不僅可以測(cè)量液位，而且可以測(cè)量油水界位。在大于40 m測(cè)量上限的油罐上，一般可得到1 mm的準(zhǔn)確度。較高的準(zhǔn)確度和可靠性使之可用于大多數(shù)的液位計(jì)量，因而得到很多國(guó)家計(jì)量管理與關(guān)稅機(jī)構(gòu)的認(rèn)可。長(zhǎng)山油庫(kù)的4只1000立方LPG貯罐上安裝了此類液位計(jì)，由于伺服裝置比較精密，容易在收料過程中因罐內(nèi)劇烈環(huán)境而損壞，建議收料過程中應(yīng)將伺服裝置人工控制升至最高位，待罐內(nèi)物料液位穩(wěn)定后再進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量。

（4）雷達(dá)液位計(jì)

①測(cè)量原理。液位是由儲(chǔ)罐項(xiàng)部的天線發(fā)射的雷達(dá)信號(hào)測(cè)量的，雷達(dá)液位計(jì)無可動(dòng)部件，雷達(dá)表使用微波，對(duì)液位的測(cè)量通常在10GHz附近。雷達(dá)信號(hào)被液體表面反射后，開線接收回波。由于信號(hào)頻率在改變，回波與信號(hào)發(fā)射瞬間相比，其頻率稍有不同。該頻率差正比于至液體的距離，并且可精確地計(jì)算。

②微波傳播不需要空氣介質(zhì)，其傳播速率幾乎不受溫度變化的影響，雷達(dá)液位計(jì)完全適合高溫介質(zhì)的物位測(cè)量。

③雷達(dá)液位計(jì)能在真空或受壓狀態(tài)下正常工作，真空狀態(tài)下微波傳播速率相對(duì)空氣狀態(tài)下僅變化0.029%。但當(dāng)操作壓力達(dá)到某一范圍時(shí)，壓力所產(chǎn)生的誤差就不能忽視了。目前推出的雷達(dá)液位計(jì)產(chǎn)品，最高允許壓力為6.4 MPa。

④易揮發(fā)性氣體和惰性氣體對(duì)雷達(dá)液位計(jì)的測(cè)量均沒有影響，但液體介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)、液體的湍流狀態(tài)、氣泡大小等被測(cè)物料特性，將衰減微波信號(hào)，應(yīng)引起足夠的重視。當(dāng)介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)小到一定值時(shí)，雷達(dá)波的有效反射信號(hào)衰減過大，導(dǎo)致液位計(jì)無法正常工作，因此被測(cè)介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)必須大于產(chǎn)品所要求的最小值。

長(zhǎng)山油庫(kù)103～106罐儲(chǔ)存的是原油，安裝了雷達(dá)微波液位計(jì)，針對(duì)原油選擇了配有拋物面天線的發(fā)射器頭，液位計(jì)的輸出采用TRL2現(xiàn)場(chǎng)總線，現(xiàn)場(chǎng)總線連接到現(xiàn)場(chǎng)通訊單元。數(shù)據(jù)從通訊單位按總線格式發(fā)送到主機(jī)。

（5）靜壓式液位測(cè)量法

靜壓測(cè)量法（H TG）是隨著高準(zhǔn)確度智能數(shù)字式壓力變送器的問世而興起的，內(nèi)置微處理器件可以對(duì)溫度影響和系統(tǒng)偏差給予補(bǔ)償，H TG系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是可以對(duì)油罐進(jìn)行連續(xù)質(zhì)量測(cè)量，實(shí)用的H TG組合有以下幾種。

①一套簡(jiǎn)單的HTG系統(tǒng)只包括一座罐底安裝的壓力變送器P1，總質(zhì)量等于所測(cè)壓力乘以罐的截面積。

②在距P1一定高度的上方增加一臺(tái)壓力變送器P2，油品密度即可由壓差P1-P2得到，即

ρ=（P1-P2）/h，液位可由密度與P1計(jì)算：

L=P1/（P1-P2）h

式中 L———液位高度，m;

P1———罐底壓力，Pa;

P2———高度h處的壓力，Pa;

h———變送器P2距罐底的高度，m。

罐頂可增加一臺(tái)壓力變送器P3來消除蒸氣壓力對(duì)P1和P2的影響。

H T G法不適用于液化石油氣等高壓儲(chǔ)罐，因?yàn)橐何桓叨纫鸬撵o壓變化相對(duì)于儲(chǔ)罐壓力十分微小，這將產(chǎn)生很大的測(cè)量誤差。

H T G系統(tǒng)的缺點(diǎn)是其密度測(cè)量是在一個(gè)接近罐底的有限范圍內(nèi)得出的。如果液位高于P2變送器，則可以得出密度的計(jì)算值，但液位低于P2，將得不到差壓（通常液位在1.5～2.5 m）。另外，有一些油罐的罐底密度與上部密度不完全相同，這種密度分層現(xiàn)象對(duì)液位測(cè)量將產(chǎn)生很大的影響。在常壓罐上，HTG系統(tǒng)對(duì)質(zhì)量測(cè)量的不確定度大于0.05%。

長(zhǎng)山油庫(kù)的201～204罐是汽（柴）油罐，703～708罐是液體化工罐，采用現(xiàn)場(chǎng)總線式液位自動(dòng)計(jì)量及監(jiān)控，方案為HTG系統(tǒng)，每罐安裝一臺(tái)差壓變送器、一只油溫傳感器和一臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)處理器，HTG系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖所示：

（6）混合式計(jì)量管理系統(tǒng)

混合式計(jì)量管理系統(tǒng)將現(xiàn)代化油罐液位測(cè)量技術(shù)與H TG技術(shù)結(jié)合起來。將壓力測(cè)量與液位測(cè)量相結(jié)合可以提供一個(gè)全液位范圍的真正的平均密度測(cè)量值，進(jìn)而對(duì)質(zhì)量進(jìn)行測(cè)算。測(cè)量溫度用來計(jì)算在參考溫度下的標(biāo)準(zhǔn)體積和密度。伺服或雷達(dá)液位計(jì)可以直接與智能變送器通信，成為一個(gè)非常完善的計(jì)量系統(tǒng)，提供液面、油水界面、體積、質(zhì)量、平均密度、平均溫度以及蒸汽溫度等參數(shù)。

二、油罐油量測(cè)量方法比較

在多數(shù)情況下，目前已有的雷達(dá)或伺服式液位計(jì)可以很容易地?cái)U(kuò)展為混合式計(jì)量管理系統(tǒng)。為了對(duì)不同的計(jì)量系統(tǒng)進(jìn)行比較，現(xiàn)對(duì)各測(cè)量系統(tǒng)影響最終誤差的各個(gè)參數(shù)進(jìn)行分析。油品計(jì)量總的誤差是各個(gè)單一參數(shù)誤差的綜合結(jié)果，例如安裝的不穩(wěn)定性造成的液位測(cè)量誤差;油品溫度分層造成的溫度測(cè)量誤差;變送器位置、風(fēng)力、儲(chǔ)罐帶壓造成的靜壓法（HTG）測(cè)量誤差等。

油罐的實(shí)際形狀受很多因素的影響，如果其中的一些影響是已知的并且是重復(fù)性的，可在計(jì)算機(jī)內(nèi)進(jìn)行補(bǔ)償。若想得到最佳測(cè)量精度，一個(gè)穩(wěn)定的測(cè)量平臺(tái)是先決條件。定位管的使用是一項(xiàng)實(shí)用并已被接受的技術(shù)，現(xiàn)已在很多油罐（無論有無浮頂）上成功應(yīng)用。在舊罐改造工程中，安裝一個(gè)定位管是一項(xiàng)可取得高準(zhǔn)確度的措施。

對(duì)于雷達(dá)液位計(jì)，定位管可保證儀表的機(jī)械穩(wěn)定性。在高壓儲(chǔ)罐上，推薦使用帶參考針的定位管，分別在定位管的上、中、下3個(gè)位置安裝3枚參考針，儲(chǔ)罐在使用中，可隨時(shí)測(cè)3枚針的高度，以達(dá)到不開罐就能校驗(yàn)雷達(dá)表的目的。

溫度是一個(gè)易被忽視的測(cè)量變量，準(zhǔn)確的平均溫度測(cè)量對(duì)于取得高準(zhǔn)確度的油品計(jì)量是十分必要的。當(dāng)油品溫度出現(xiàn)分層現(xiàn)象時(shí)，單點(diǎn)溫度測(cè)量是沒有意義的。

在靜壓測(cè)量系統(tǒng)中，壓力變送器P1要安裝得盡可能低，但必須位于最高液位和沉淀物之上。研究表明，風(fēng)力可對(duì)一個(gè)10 m高的罐產(chǎn)生最高0.2%的誤差，對(duì)于很高操作壓力的球罐或臥罐，需要特殊研制的量程比很大的變送器，因?yàn)殪o壓變化相對(duì)于操作壓力很小。

目前很多類型的油罐測(cè)量?jī)x表可適用于不同類型的油罐，每一種測(cè)量技術(shù)各有優(yōu)勢(shì)，各種技術(shù)之間存在更多的互補(bǔ)性而不是孰優(yōu)孰劣。現(xiàn)代化的雷達(dá)和伺服液位計(jì)已得到了很大改進(jìn)，表現(xiàn)在幾乎不需維護(hù)和無故障運(yùn)行。

對(duì)于存量管理和貿(mào)易交接，如果需要測(cè)量的是質(zhì)量，則靜壓法當(dāng)屬首選，但體積測(cè)量在世界范圍內(nèi)仍是一種重要的手段，體積測(cè)量與質(zhì)量測(cè)量的結(jié)合將具有更大的優(yōu)越性。標(biāo)準(zhǔn)化的現(xiàn)場(chǎng)總線能夠在專用的油罐測(cè)量系統(tǒng)與其它系統(tǒng)的直接通信方面起決定性作用。然而，決不能因?yàn)樽非罂偩€的標(biāo)準(zhǔn)化而犧牲測(cè)量的準(zhǔn)確度。

三、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，文章中介紹的幾種測(cè)量方法，比較有效和準(zhǔn)確的，每一種都有自身的優(yōu)點(diǎn)和不足。所以采用哪種方式測(cè)量液位，要根據(jù)實(shí)際情況來進(jìn)行選擇。油罐儲(chǔ)油計(jì)量是油料業(yè)務(wù)中的一項(xiàng)重要組成部分，其目的在于正確測(cè)得儲(chǔ)罐容積、內(nèi)部存儲(chǔ)液體介質(zhì)的質(zhì)量、油品含水率等實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)液位的高低、對(duì)液位上下限進(jìn)行報(bào)警，連續(xù)監(jiān)視作業(yè)過程并進(jìn)行調(diào)節(jié)，使液位保持在所要求的高度。實(shí)現(xiàn)對(duì)油罐的自動(dòng)計(jì)量，達(dá)到測(cè)量的及時(shí)性、準(zhǔn)確性和高效性的目的，不僅能滿足平時(shí)的正常作業(yè)和應(yīng)急保障，還可以減少工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，及時(shí)提供決策數(shù)據(jù)，提高油庫(kù)自動(dòng)化信息管理水平。

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