成品油儲備庫自動計量系統(tǒng)誤差分析及對策

施維岳（中國石化銷售股份有限公司華北分公司，天津300384）

1 自動計量系統(tǒng)基本原理

油罐內油品的精確質量及體積參數無法通過儀器儀表直接測量，需要通過油罐油高、油水界面、溫度、密度等基本參數的測量計算得到。油庫自動計量系統(tǒng)本質上是對油罐液位測量技術、油品溫度測量技術、油罐靜壓測量技術的綜合應用，再輔以計量軟件的運算及數據處理功能，實現(xiàn)罐區(qū)油品自動計量的目的。

油罐自動計量系統(tǒng)測量方法主要是以下三種：

1.1 液位計測量法（LTG）

液位計法是依據儲罐上的液位計對儲罐內液位進行測量，根據測量到的液位參數查找對應儲罐容積表進而得到凈油體積，隨著技術進步液位計系統(tǒng)也可開始測量油品溫度，但是油品密度必須由人工測量，經運算后方可得到油品質量。

根據液位計的種類不同，其主要測量方法分為兩種：一種是直接對液位高度測量，如鋼帶浮子液位計；另一種是空高測量，如雷達液位計。兩種測量方法相較而言，后者會比前者的誤差要大，但前者可靠性偏低。

1.2 靜壓測量法（HTG）

靜壓測量法的測量基本思想是通過測量油罐內油品的靜壓參數，結合罐內油品溫度參數進行綜合計算，最后得到罐內油品質量等其他數據。靜壓測量法計量系統(tǒng)現(xiàn)場設備主要是由高精度壓力變送器和溫度變送器組成，結合油罐高度進行固定位置安裝，壓力變送器根據實際情況選擇一般安裝2-3 臺，HTG 測量系統(tǒng)的優(yōu)點是在連續(xù)測量罐內油品質量的同時還能實時監(jiān)測罐內壓力確保作業(yè)安全，缺點是油品溫度測量點位不足，油品密度測量受油品液位及油品密度分層現(xiàn)象影響較大。

1.3 混合測量法（HIMS）

混合測量法是一種結合法，將液位計法與靜壓測量法綜合應用，通過對油罐內油品液位、溫度、壓力參數的直接精確測量，經過綜合計算后得到罐內油品平均密度、質量等數據，達到替代人工實現(xiàn)自動計量的目的。HIMS 系統(tǒng)測量精度較高，同時對運行維護調試的要求也較高。

2 Enraf伺服液位計在自動計量中的應用

為實現(xiàn)油庫油品自動計量交接，提高油庫運行的自動化水平，當前成品油儲備庫的計量系統(tǒng)普遍采用的是混合測量法即HIMS 系統(tǒng)。Enraf 系列伺服液位計依靠其較高的測量精度、安全穩(wěn)定的系統(tǒng)運行和眾多的成功應用案例，目前已在我國成品油儲備庫內大范圍應用推廣。

以某成品油儲備庫的應用為例，每座油罐裝有Honeywell公司Enraf 854XTG 伺服液位計一臺、16 點平均溫度計MTT SENSOR 864一套、距罐底板300mm處裝有Foxboro壓力變送器一臺，結合計量工作站共同組成混合法自動計量系統(tǒng)。每臺油罐Enraf 伺服液位計系統(tǒng)通過485 總線將數據信號傳送至CIU Prime 通訊接口。CIU Prime 將現(xiàn)場數據傳送至PLC 后，油罐的液位、溫度、密度數據在計量工作站中實時顯示。在實際使用中經過與大量人工測量數據比對，Enraf 伺服液位計使用效果如下：

（1）油品溫度測量結果十分準確，與人工測量結果一致。

（2）油罐液位測量結果經人工反復標定后基本準確，可滿足油罐液位監(jiān)測要求。

（3）油品密度測量結果誤差較大，是造成油庫暫時無法全面實現(xiàn)精確自動計量的主要原因。

（4）油罐內油水界面的測量操作不方便且誤差較大。

目前油庫的計量系統(tǒng)仍處于半自動化的應用狀態(tài)，即油罐內油品液位、溫度參數可實現(xiàn)自動計量，但是油品密度、水高參數仍需人工測量。

3 Enraf伺服液位計自動計量誤差分析及對策

Enraf伺服液位計計量系統(tǒng)在實際使用中，油品密度的測量是最大短板，仍需頻繁人工手動測量，油品密度誤差產生的主要原因及對策如下：

3.1 液位測量誤差分析及對策

Enraf伺服液位計的基本思路與空高測量一致，液位計置于罐頂通過伺服電機控制浮子隨罐內油品液面同升同降。為保證油罐參照高度的穩(wěn)定液位計最好安裝于導向管上，導向管與罐頂一般采用波紋管非剛性連接，支撐結構的剛性固定分罐底固定和罐底最穩(wěn)固的第一圈鋼板固定兩種方式。從實際應用效果看，采用罐底固定方式在油罐低液位時與人工測量結果基本一致，高液位時測量結果誤差加大，因為多數油庫油罐往往使用年限較長在高液位時罐底板可能發(fā)生不同程度的形變，導致測量誤差，因此建議采用罐底最穩(wěn)固的第一圈鋼板固定方式為佳。

此外在對伺服液位計系統(tǒng)進行液位參數修正時往往需要輸入人工檢尺數據，一方面要確保計量人員檢尺精準，一方面還要保證人工檢尺基準點的穩(wěn)定。老舊油罐應增加罐壁檢尺板，以消除高液位時罐底板形變導致的人工測量誤差。

3.2 油罐內氣相壓力造成的測量誤差

油罐內特別是拱頂罐內的氣相壓力會隨著油罐內氣體空間溫度的上升或收油作業(yè)時液面的升高而增大，隨著油罐內氣體空間溫度的降低或發(fā)油作業(yè)時液面降低而減小。此時油罐底部壓力傳感器測得的罐內介質壓力也會同步增大或減少，造成HTMS系統(tǒng)平均密度同步增大和減少[1]。油罐的罐頂壓力傳感器作用是監(jiān)控罐頂氣相壓力消除影響，在設計時如未考慮安裝，將會產生平均密度測量誤差。建議在具備條件的情況下，在油罐罐頂增加一塊高精度壓力變送器，一是可以將采集的氣相壓力信號傳送至計量系統(tǒng)內，通過算法消除因罐內氣相壓力產生的密度測量誤差；二是可以將罐頂壓力信號傳送至油庫SCADA 系統(tǒng)內，用于罐頂壓力監(jiān)控進行聯(lián)鎖保護，防止在霜凍天氣下進行發(fā)油作業(yè)時因呼吸閥失效造成油罐負壓抽癟。

3.3 HTMS系統(tǒng)本身固有缺陷造成的測量誤差

GB/T25964-2010中指出：當油品液位靠近底部壓力傳感器P1時，計算密度的不確定度會變得較大。這是因為隨著液位的降低，液位計測量液位的相對誤差隨液位的降低而逐漸增加，P1壓力變送器測量壓力的相對誤差也會逐漸增加。這就說明：當液位低于預定液位hmin時，HTMS提供的密度參數存在很高的不確定度，這是HTMS 系統(tǒng)的固有缺陷[1]。當液位在預定液位hmin以下時，如果油品密度保持相對一致可使用液位hmin時計算得到的數據代替，如果油品分層或有新油品進入油罐則需人工測量手動輸入數據。

3.4 壓力傳感器選型對密度測量誤差影響

壓力傳感器的精度對油罐自動計量系統(tǒng)的計量精度起著決定性的作用，油罐自動計量系統(tǒng)的壓力傳感器所測量的壓力誤差的絕對值應不大于60 Pa[2]，同時結合油罐選擇最佳使用量程和調校量程的壓力傳感器也是十分必要。油罐自動計量系統(tǒng)在安裝調試穩(wěn)定后，后期的檢修維護是保證系統(tǒng)精確運行的必要條件，特別是對壓力傳感器的周期性檢定，每年至少應保證檢驗調校1次，以保證設備的精確測量。

4 結語

為了實現(xiàn)成品油儲備庫計量自動化的目標，必需保證計量系統(tǒng)各組成設備施工安裝質量、設備精度等級以及大數據的比對調校，還要對老舊油罐進行完善改造，以滿足自動計量系統(tǒng)的要求。在控制油罐液位測量誤差的前提下，盡可能的保證密度測量精度，基本可實現(xiàn)油庫自動化計量效果。同時，也要清醒的意識到，油庫自動化計量是需要長時間與大量人工測量數據進行比對修正的過程，這不僅需要油庫計量人員的高度敬業(yè)及業(yè)務過硬，還需要油庫建立一支穩(wěn)定素質過硬的運行維護隊伍，以保證油庫計量系統(tǒng)的高效運行。