探究自動計量系統(tǒng)測量影響因素

摘? 要：在工業(yè)計量測量中自動計量系統(tǒng)作為解決計量準確度的方法大量應(yīng)用，但是由于在測量中多種影響測量誤差的情況存在，極大的影響了計量的準確度。本文通過計量基準點改造和密度替代兩種方式查找分析自動計量系統(tǒng)測量液位、密度、質(zhì)量的影響因素。

關(guān)鍵詞：混合法;取樣器;測量;基準點;改進

中圖分類號：TE863.1? ? 文獻標識碼：A ? ? ? 文章編號：1671-2064（2020）03-0000-00

0 引言

自動計量系統(tǒng)通過自動測溫儀、壓力變送器、混合處理器等設(shè)備集合處理，達到液位、密度、溫度、質(zhì)量等多種參數(shù)的綜合測量，可以實現(xiàn)油庫自動化庫存管理。但是自動計量系統(tǒng)在中石化銷售企業(yè)應(yīng)用卻不普遍，原因是伺服液位計在立式油罐中使用情況較差，主要體現(xiàn)在液位漂移頻繁、噸位與人工檢尺相差較大、密度和水位無法測準等問題，探索發(fā)現(xiàn)油品的液位、密度、質(zhì)量等測量影響因素并找到解決方法已成為油庫實現(xiàn)自動化管理的關(guān)鍵性、基礎(chǔ)性環(huán)節(jié)。

1 混合式油罐自動計量系統(tǒng)工作原理

庫區(qū)混合式油罐測量系先通過液位計直接測量油罐內(nèi)油品油高和水高，測溫儀測量油罐內(nèi)油品溫度，并通過壓力變送器測量油罐內(nèi)油品靜壓力，然后將所測得參數(shù)傳輸?shù)交旌咸幚砥髦凶罱K計算出油品密度、體積和質(zhì)量。筆者油庫使用的是荷蘭Enraf（恩拉福）854XTG伺服式液位計，基于浮力平衡的原理，由伺服電動機驅(qū)動體積較小的浮子，能準確地測出液位等參數(shù)。

1.1液位測量

當液面液位發(fā)生變化時，測量浮子的浸沒體其所受的浮力發(fā)生變化，檢制單元對測量值和設(shè)定值進行比較后發(fā)出命令啟動伺服電機，釋放浮子待浮子浮在液面上獲得新的力平衡力。浮子所探得的液位為空高，油品液位高度為H=Hc（參照高度）-Hk（空高）。

1.2? 溫度測量

筆者油庫采用進口的平均溫度傳感器，多點溫度計作為測量油溫的設(shè)備，為了保證溫度計測量的溫度與人工測量的溫度一致，平均溫度一般有6～12個測量點取平均值。

1.3? 質(zhì)量和密度測量

油品質(zhì)量是壓力變送器上下部油品質(zhì)量的和，壓力變送器上部油品質(zhì)量通過靜壓力法測得，利用壓力或壓差變送器測量油品作用在罐底部靜壓力的方法來測量儲罐內(nèi)介質(zhì)的質(zhì)量，而壓力變送器下部油品質(zhì)量要通過油品密度與壓力變送器下部油罐體積乘機計算，油品密度再通過當前壓力和液位轉(zhuǎn)化而來[1]。

2 混合式油罐自動計量系統(tǒng)誤差影響因素

2.1 液位測量的影響因素

伺服液位計測高基準點是罐頂?shù)膶蚬?，原理是由浮子下探測得空高，參照高度（Hc）與空高（Hk）的差為油品液位（H），檢空尺法：H=Hc-Hk;而人工檢尺的基準點是罐底的投尺板，檢實尺法：測量的液位高度即為人工測量實尺高。以筆者公司油庫為例，通過對油罐液位計與人工計量長達1年多的跟蹤比對，10個油罐396組比對數(shù)據(jù)，液位計和人工檢尺測得油品高度存在明顯差異，液位計與人工計量的液位差值均超過了《混合式油罐測量系統(tǒng)校準規(guī)范》中規(guī)定液位測量最大允許誤差。

液位計與人工測量油品液位高最大差值達0.086m，液位平均誤差最大0.082m。而《油庫自動計量應(yīng)用指導規(guī)范》中校準比對的技術(shù)指標要求液位測量最大允許誤差滿足±3mm，油庫油罐均最大誤差均超出該標準，下面以D-09-500油罐數(shù)據(jù)為例進行分析：

9號油罐共比對了38組數(shù)據(jù)，液位平均差值為0.0059m，液位最大測量差值為0.01m;人工計量口平均變化差為0.007m，人工計量口最大變化差為0.022m。液位低6m以下時，液位計與人工測量誤差相對較大達0.009m，超過技術(shù)標準0.006m，通過數(shù)據(jù)可以看到液位計與人工計量在液位和質(zhì)量比對數(shù)據(jù)并不理想，分析造成液位測量不準確的原因來自油罐罐底變形和油罐存油高度對管壁的影響。

2.1.1計量基準點變化對液位測量的影響

筆者油庫的油罐均由外浮頂原油罐改造的特大型成品油罐，由于受鋼浮船（重量大于200噸以上）限制，浮船的導向管位于油罐兩側(cè)，一根導向管用于人工計量（計量口），另一根用作伺服液位計。其計量基準點為罐底投尺板;伺服液位計通過浮子測油品液面高度來計算實高，由于導向管安裝的差異、測量基準點的不同、測量方法不同，油罐罐底的變形對測量液位值影響頗大，尤其是卸收油品時，油罐絕大部分是低液位狀態(tài)下收油，當油品液位達到一定高度或裝滿油品后，會因底板變形產(chǎn)生計量結(jié)果不準，特別是油罐容量較大，以9號罐為例直徑60m，兩側(cè)罐底變形更加程度不同，從實測罐總高與參照高度比較，油面越低，實測罐總高接近參照高度，罐底板出現(xiàn)反彈;油面到了一定的高度，罐底板凹陷，并穩(wěn)定在某種狀態(tài)不動[2]。在收發(fā)油過程中，油罐兩側(cè)的罐底變形導致計量基準點存在明顯差異，計量基準點的變形不僅影響人工計量的測量數(shù)據(jù)，也造成液位計設(shè)定的參照高度與實際測量時參照高度不同，兩者比對數(shù)據(jù)差距更大。下面介紹造成罐底變形的影響因素[3]：

（1）液體靜壓力對罐壁的影響。油罐檢測給出的容量表和底量表是空罐狀態(tài)下的容積值，檢測是在設(shè)定油罐內(nèi)部規(guī)則下檢定的，但在實際使用中到油罐在不同的油高程度下，液體靜壓力對油罐壁的作用不同，引起罐體鋼板膨脹造成每圈板直徑增大的程度也不同，靜水壓造成罐底變形量以及罐壁變形導致罐頂沉降量是不一樣的，通過油罐對計量基準點測量比對試驗發(fā)現(xiàn)，不同液位計的安裝基準發(fā)生的位移最大超過10mm。

（2）液體靜壓力對罐底的影響。油罐檢定后出具的罐底容積表是空罐狀態(tài)。在實際計量作業(yè)中，由于油罐底板受液體靜壓力發(fā)生形變的不同，各油罐的變化也不盡相同，而油罐檢定規(guī)程中沒有給出不同液位高度下底量容積實際變化的修正方法。立式油罐在工程建設(shè)中，由于底板焊接時的應(yīng)力及油罐圈板對底板重力的影響，油罐空罐時底板為表面凹凸不平、不規(guī)則的幾何體，但總趨勢是底板凸起，中部高，周圍低。當油罐收油時，隨著液位的不斷升高，罐底開始下沉，當液位在2.3m左右時，其罐底形狀變化可以看出，底板從空罐狀態(tài)的凸起，變成了不平的凹陷。

2.1.2計量基準點改進后對液位測量的影響

油庫液位計和人工計量口安裝位置的偏差，基準點和測量方法的不同，使其收受罐底變形的影響嚴重，解決計量基準點受罐底變形影響是重要任務(wù)，筆者油庫通過對人工計量基準點和液位計計量基準點的改造這一突破性舉措解決了液位測量差距大這一問題，改造后人工投尺板與液位計檢尺板在同一水平線，兩者計量基準相同、兩者參照高度相同，投尺板均是與導向管下方引出支架焊接，此法有效的解決了罐底變形對液位測量的影響。

改造后對同一油罐--9號罐進行31組比對，液位計與人工計量測得油品液位比對數(shù)據(jù)有了明顯好轉(zhuǎn)，兩者比對平均液位高度差值為0.0007m，最大液位差為0.003m;隨著罐內(nèi)油品液位高度的不斷變化，人工計量基準點差值不便，均為0.003m，這說明改造后的計量基準點不再受油罐罐底變形的影響，計量數(shù)據(jù)穩(wěn)定;而液位計與人工計量比對數(shù)據(jù)均達到《油庫自動計量應(yīng)用指導規(guī)范》中校準比對技術(shù)指標的要求，液位測量最大允許誤差小于±3mm，且兩者液位差值趨于0，最大誤差優(yōu)于改造前0.01m，平均誤差優(yōu)于改造前0.0052m，改造前后差率88.1%。

通過對計量基準點改造前后的數(shù)據(jù)分析，可以看出計量基準點的對液位測量影響之大，通過改造后的數(shù)據(jù)可以看出計量基準點改造是成功的。

2.2密度測量的影響因素

間接測量值的誤差應(yīng)是直接測得量及其誤差的函數(shù)，故稱這種間接測量的誤差為函數(shù)誤差。研究函數(shù)誤差的內(nèi)容，實質(zhì)上就是研究誤差的傳遞問題，而對于這種具有確定關(guān)系的誤差計算，也稱之為誤差合成[4]。

在混合法計量過程中，密度測量就是間接測量值ρt =P/（ g×H） ，伺服液位計所測密度由壓力、液位兩個參數(shù)決定。

即

其中，P1為油罐底部壓力，P2為油罐頂部蒸汽壓力，H為油罐內(nèi)油品液位高度，根據(jù)誤差合成理論可得視密度ρ的系統(tǒng)誤差為：

即

密度受油品高度、壓力的影響誤差更加明顯，單個直接測量值的誤差對間接測量值的誤差影響是依賴于誤差傳遞系數(shù)，因此罐內(nèi)油高越高，誤差傳遞系數(shù)越小，從表3.4油罐比對數(shù)據(jù)可以看到，兩者密度差最大差3.9kg/m3 ，平均誤差為1.03kg/m3，液位的是否決定了密度的精準度。

2.3 質(zhì)量測量的影響因素

2.3.1液位對質(zhì)量測量的影響

油品質(zhì)量m（油品）=P/（ g×H）+P×S/g，油品質(zhì)量為間接測量值，受壓力、液位影響。從表2.4中可以看出，計量基準點改造前液位計與人工計量比對罐存量差率最大達0.39%，超過《油庫自動計量應(yīng)用指導規(guī)范》中規(guī)定校準質(zhì)量測量結(jié)果最大允許誤差≤±0.2%這一技術(shù)指標。

2.3.2 密度對油品質(zhì)量測量的影響

油品液位低于3.5m時油品質(zhì)量測量結(jié)果也不理想，這是由于在液位計測3.5m以下的油品密度準確性差。采用取樣器人工測油品密度，將測得密度ρt輸入伺服液位計計量系統(tǒng)中來計算死量區(qū)油品質(zhì)量， m（油品）=m2（死區(qū)）+m1（可測區(qū)）=V死區(qū)×ρt+P1×S/g，可測區(qū)質(zhì)量仍由壓力和截面積求出，測得的油品質(zhì)量差也從之前比對表2.5中的0.36%下降到表2.5中的0.15%（3.5米以下），且每一組比對數(shù)據(jù)的油品質(zhì)量差率均小于《油庫自動計量應(yīng)用指導規(guī)范》中規(guī)定校準質(zhì)量測量結(jié)果最大允許誤差±0.2%這一技術(shù)指標，這說明密度的準確測量最液位計油品質(zhì)量測量起關(guān)鍵作用。

3結(jié)語

經(jīng)分析，液位計與人工計量比對差值偏差較大、以及密度測量不準的原因罐底投尺板的變形，最終造成油品質(zhì)量測量的不準確性，無法用于成品油油罐庫存管理。在實際生產(chǎn)作業(yè)中，要控制好計量基準點的安裝，避免罐底變形造成的影響，同時也要考慮響其測量精度的諸多誤差因素，準確分析誤差來源，消除或減少誤差干擾是油罐自動計量系統(tǒng)有效應(yīng)用的關(guān)鍵;在計量系統(tǒng)設(shè)計和安裝郭總中一定要充分了解各類系統(tǒng)的特點和配置，根據(jù)測量對象、測量條件和測量要求等實際情況，關(guān)注計量基準點確定、儀表設(shè)備安裝、維護保養(yǎng)。

參考文獻

[1]魏進祥，劉文剛.用靜壓法測量立式油罐內(nèi)油品質(zhì)量的標準化研究[J].石油商技，2004.22（2）：29-32.

[2]張其悅，趙祥，李均峰等.油罐自動測量技術(shù)與應(yīng)用[M].北京：科學技術(shù)文獻出版社，2005.

[3]孫國鋒，張永國.混合法油罐計量系統(tǒng)的應(yīng)用與檢定[J].油氣儲運，1998，17（8）：49-50.

[4]費業(yè)泰.誤差理論與數(shù)據(jù)處理[M].北京：機械工業(yè)出版社，2004.

收稿日期：2020-01-07

作者簡介：姬紅茹（1987—），女，黑龍江大慶，碩士研究生，中級工程師，研究方向：計量管理。