伺服電子密度計(jì)混合式儲(chǔ)罐自動(dòng)計(jì)量系統(tǒng)的應(yīng)用

繆偉華

〔中國(guó)石化湖南石油分公司 湖南長(zhǎng)沙 410003〕

目前國(guó)外油品貿(mào)易交接的計(jì)量主要采用標(biāo)準(zhǔn)體積，即以石油產(chǎn)品在標(biāo)準(zhǔn)溫度下的體積為計(jì)量單位進(jìn)行貿(mào)易，避免了因溫度不同而引起的貿(mào)易糾紛，但是沒(méi)有考慮因密度不同引起的差異。而國(guó)內(nèi)交接計(jì)量主要借鑒了前蘇聯(lián)的交接體系，采用質(zhì)量交接。

1 國(guó)內(nèi)成品油儲(chǔ)罐自動(dòng)計(jì)量的現(xiàn)狀

2011年國(guó)家質(zhì)檢總局提出了采用液位計(jì)、溫度計(jì)和壓力變送器等測(cè)量油罐內(nèi)油品的體積、溫度、密度和質(zhì)量的混合式油罐測(cè)量方法，并發(fā)布了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T25964—2010)。國(guó)內(nèi)大部分油庫(kù)油罐改造時(shí)也參照了該方案，以伺服液位計(jì)為主體搭載壓力變送器和多點(diǎn)平均溫度計(jì)的方法進(jìn)行混合計(jì)量，可實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)罐油品液位、溫度、密度、水位的自動(dòng)測(cè)量。

經(jīng)過(guò)多年的應(yīng)用與比對(duì)測(cè)試，該系統(tǒng)測(cè)量的液位、溫度精度能滿足油庫(kù)工作需求，也可滿足管理部門對(duì)油庫(kù)自動(dòng)液位計(jì)所測(cè)液位和溫度的精度要求；而密度測(cè)量由間接推算得到，液位在3 m以下時(shí)測(cè)得的密度值誤差較大，不能很好地滿足庫(kù)存管理的要求，導(dǎo)致油庫(kù)一直無(wú)法實(shí)現(xiàn)密度的精準(zhǔn)測(cè)量，完成計(jì)量交接。目前油品密度測(cè)量仍以人工計(jì)量為主。人工計(jì)量存在操作人員工作強(qiáng)度大、效率低的情況，也時(shí)常因密度原因?qū)е聰?shù)質(zhì)量糾紛，無(wú)法真正實(shí)現(xiàn)油庫(kù)計(jì)量自動(dòng)化，而制約油罐自動(dòng)計(jì)量技術(shù)發(fā)展的瓶頸就在于密度的準(zhǔn)確測(cè)量。

2 油罐混合式測(cè)量系統(tǒng)的不足

近年來(lái)油庫(kù)普遍采用混合式計(jì)量法進(jìn)行計(jì)量。密度測(cè)量的核心設(shè)備是差壓變送器。差壓變送器通過(guò)所測(cè)壓力值換算為儲(chǔ)罐油品平均密度。由于差壓變送器自身允差的影響，在液位低、油品壓力較小的情況下，差壓變送器導(dǎo)致的測(cè)量偏差較大，液位在3.5 m以下，基本無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)量密度。表1為油品密度、體積和質(zhì)量測(cè)量精度實(shí)例。

表1 密度、體積、質(zhì)量的測(cè)量精度

混合式計(jì)量方式經(jīng)過(guò)十幾年的實(shí)際應(yīng)用，最終因?yàn)闊o(wú)法測(cè)量單點(diǎn)密度、油品密度分層，低液位測(cè)量不準(zhǔn)確，只能提供單一的平均密度等原因?qū)е伦詣?dòng)計(jì)量系統(tǒng)無(wú)法真正應(yīng)用于生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)，失去了油庫(kù)自動(dòng)計(jì)量管理系統(tǒng)的真正價(jià)值。

3 伺服在線密度計(jì)混合式儲(chǔ)罐自動(dòng)計(jì)量系統(tǒng)的探索

解決油罐中油品密度的測(cè)量，特別是低液位時(shí)密度的測(cè)量是解決油罐自動(dòng)計(jì)量的關(guān)鍵，特別是將現(xiàn)有的油罐液位儀系統(tǒng)進(jìn)行深化應(yīng)用，節(jié)約研發(fā)費(fèi)用，推進(jìn)精細(xì)化管理，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)罐油品計(jì)量管理的自動(dòng)化是本文探索的方向。

目前，油庫(kù)在用的便攜式電子密度計(jì)能準(zhǔn)確地測(cè)量油罐中油品的標(biāo)準(zhǔn)密度和油溫，如果將電子密度計(jì)安裝在油罐上并進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，就能測(cè)量到準(zhǔn)確的密度和油溫，結(jié)合油罐原有液位儀系統(tǒng)測(cè)量的液位就可實(shí)現(xiàn)油罐自動(dòng)計(jì)量。按照這種探索思路，本文在長(zhǎng)沙某油庫(kù)進(jìn)行了試驗(yàn)，在油罐不清罐、不動(dòng)火、不需要重新布線的前提下，在該油庫(kù)的2號(hào)、6號(hào)和12號(hào)油罐罐頂安裝了電子密度計(jì)，開發(fā)了遠(yuǎn)程控制和操作平臺(tái)，完成了儲(chǔ)罐自動(dòng)計(jì)量系統(tǒng)的安裝。

伺服在線密度計(jì)混合式儲(chǔ)罐自動(dòng)計(jì)量系統(tǒng)由伺服液位計(jì)(原有)和伺服在線密度計(jì)組成，以伺服液位計(jì)測(cè)量液位、水位，以伺服密度計(jì)傳感器測(cè)量溫度、密度，最終通過(guò)管理平臺(tái)的管理軟件換算儲(chǔ)罐油品體積、質(zhì)量等信息。對(duì)這一計(jì)量系統(tǒng)在油庫(kù)經(jīng)過(guò)近半年的試用和改進(jìn)，現(xiàn)已實(shí)現(xiàn)了對(duì)儲(chǔ)罐油品液位、溫度、密度、水位的高精度在線采集和計(jì)量，測(cè)試結(jié)果符合自動(dòng)計(jì)量的精度要求。液位、溫度和標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)密度測(cè)量的精度差值趨勢(shì)分別見圖1、圖2和圖3。

圖1液位測(cè)量精度差值趨勢(shì)

由圖1可見，自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)所測(cè)液位與人工測(cè)量的偏差基本上都在±3 mm以內(nèi)，在分析的200組數(shù)據(jù)中有4組偏差為4 mm，算數(shù)平均值為0.63 mm。

圖2溫度測(cè)量精度差值趨勢(shì)

由圖2可見，溫度與人工測(cè)量的偏差基本上都在±0.3℃以內(nèi)，算數(shù)平均值為0.1℃。

圖3標(biāo)準(zhǔn)密度測(cè)量精度差值趨勢(shì)

由圖3可見，計(jì)量系統(tǒng)所測(cè)標(biāo)準(zhǔn)密度與人工偏差基本上都在±0.5 kg/m3以內(nèi)，在分析的數(shù)據(jù)中95%以上數(shù)據(jù)都在±0.3kg/m3以內(nèi)，算數(shù)平均值為0.084kg/m3。

總之，從現(xiàn)場(chǎng)對(duì)比數(shù)據(jù)可以看出，與人工測(cè)量相比，液位偏差在±3 mm以內(nèi)，密度偏差在±0.5 kg/m3以內(nèi)，溫度偏差在±0.2 ℃左右，質(zhì)量數(shù)據(jù)對(duì)比偏差(圖略)基本都在千分之一以內(nèi)，在分析的數(shù)據(jù)中85%都在萬(wàn)分之五以內(nèi)。

4 伺服在線電子密度計(jì)混合式測(cè)量系統(tǒng)的升級(jí)方案

鑒此，本文本著安全、節(jié)約、簡(jiǎn)易、實(shí)用的原則，對(duì)在用的油庫(kù)混合測(cè)量系統(tǒng)提出了整改方案：

一是油庫(kù)現(xiàn)在用伺服液位設(shè)備液位測(cè)量達(dá)到需求，無(wú)法精準(zhǔn)測(cè)量密度。

解決思路：在確保安全和不影響油庫(kù)正常生產(chǎn)，并且不清罐、不動(dòng)火的前提下，通過(guò)法蘭連接，在計(jì)量口上安裝量油轉(zhuǎn)接器和伺服在線密度計(jì)(可滿足手工檢尺、取樣和伺服密度計(jì)自動(dòng)計(jì)量需要)。伺服密度計(jì)電源與現(xiàn)有液位計(jì)共用，信號(hào)線可利用原液位計(jì)預(yù)留線(如果沒(méi)有預(yù)留信號(hào)線，每個(gè)儲(chǔ)罐只需要敷設(shè)一根信號(hào)線到中控室)、中控室安裝新版儲(chǔ)罐自動(dòng)計(jì)量軟件，可同時(shí)集成現(xiàn)有伺服液位計(jì)液位信息與伺服密度計(jì)的溫度、密度信息，同時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)端口開放，可接入油庫(kù)PLC系統(tǒng)。

二是原有液位計(jì)安裝時(shí)間早，已達(dá)到使用年限，無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)量液位、溫度、密度信息。

解決思路：在確保油庫(kù)安全和不影響正常生產(chǎn)，并且不清罐、不動(dòng)火、不重新布線的前提下，可直接在伺服液位計(jì)安裝口更換新的伺服液位計(jì)，通過(guò)法蘭連接，在計(jì)量口上安裝量油轉(zhuǎn)接器和伺服在線密度計(jì)(可滿足手工檢尺、取樣和伺服密度計(jì)自動(dòng)計(jì)量需要)。原有伺服液位計(jì)的電源、信號(hào)線利舊，伺服密度計(jì)的電源、信號(hào)線直接接入液位計(jì)接線盒內(nèi)，在中控室安裝管理軟件，顯示整個(gè)庫(kù)區(qū)的儲(chǔ)罐計(jì)量信息，并可集成到油庫(kù)PLC系統(tǒng)，最終實(shí)現(xiàn)庫(kù)區(qū)儲(chǔ)罐自動(dòng)計(jì)量系統(tǒng)的改造。

5 伺服在線電子密度計(jì)解決的問(wèn)題

一是罐內(nèi)油品平均密度的測(cè)量。根據(jù)計(jì)算需要通過(guò)設(shè)置測(cè)量點(diǎn)數(shù)和間距采集罐內(nèi)不同液位的油品密度和溫度，取平均數(shù)，計(jì)算出油罐平均密度，可用于油品質(zhì)量計(jì)算。

二是罐內(nèi)油品密度的定點(diǎn)測(cè)量。根據(jù)計(jì)量需要通過(guò)指令測(cè)量指定液位的油品密度和溫度，可準(zhǔn)確確定油品密度分層點(diǎn)。

三是發(fā)油密度監(jiān)控。伺服密度計(jì)傳感器平時(shí)處于罐底，可用于對(duì)發(fā)油密度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，如傳感器經(jīng)過(guò)法定計(jì)量檢定機(jī)構(gòu)校準(zhǔn)，則可用于發(fā)油密度的采集，解決了發(fā)油密度不準(zhǔn)難題。

四是實(shí)時(shí)測(cè)量底部油品密度，實(shí)現(xiàn)實(shí)際密度發(fā)油。

6 安裝完成后最終實(shí)現(xiàn)目標(biāo)

(1)實(shí)現(xiàn)了儲(chǔ)罐計(jì)量系統(tǒng)自動(dòng)化、減輕員工勞動(dòng)強(qiáng)度 。(2)采取了利舊的方式，實(shí)現(xiàn)了油罐自動(dòng)計(jì)量，節(jié)約了改造成本。(3)最終實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程在線盤點(diǎn)計(jì)量 。(4)可以給管理部門實(shí)時(shí)提供油罐儲(chǔ)油情況。

7 結(jié)束語(yǔ)

伺服在線電子密度計(jì)混合式自動(dòng)計(jì)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)不但用于油庫(kù)儲(chǔ)量管理，終極目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)油品的貿(mào)易交接、遠(yuǎn)程在線自動(dòng)盤點(diǎn)。