油罐测量方法述评

摘要: 综述了包括人工测量及自动测量等国内外油罐测量方法,并对每一种测量方法进行了分析评价;提出改进油罐测量方法的若干想法,指出了油罐测量方法的发展趋势。

关键词: 油罐;测量;液位仪;自动化

一、油罐测量方法概述

油罐测量是炼油厂、油库、加油站等部门的一项重要工作,测量方法也是多种多样。从广义测量方法上可分为直接测量与间接测量。

通常,我们需要得到油罐中油品的体积或者是油品的质量。由于不能够通过高度测量直接计算出储油体积,因此体积的测量通过测量油罐的液位,借助国家认可的油罐容积表计算,误差一般为0.2%,容积表反映了油高与储油体积的关系式: ;油品质量的测量一般通过测量油品的压差来计算得到。

二、油罐测量方法简述

最早的油罐测量方式是利用带有刻度的浸入带尺或探测尺进行人工测量,现有人工量油尺、浮子钢带直读式、浮球式、磁翻球式液位计等。这些测量方法直观、可信度高、使用简单,并且造价低,但读数误差较大。目前该方法在全世界依然广泛使用,并且经常作为标检其它仪表的标准。

1930年左右出现了浮标尺液位仪,它在罐内采用大而重的浮标,以便产生足够的驱动力。浮标由一条缆绳与罐外的平衡块相连,平衡块带有一个指针,能沿着油罐的外壁移动,外壁上带有标尺较新式的浮标尺是由一条多孔钢带将浮标连接至一个恒转矩装置。多孔钢带通过一个链轮推动一个简单的机械计数器,该计数器的功能是作为现场显示器,在显示器上连接一个电子变送器。该液位仪典型的机械测量系统的精度一般在10mm范围内。此类液位仪由于机械摩擦因素的存在,可靠性比较差,但成本较低,使用仍然比较广泛。

静压式油罐液位仪(HTG)中所谓的“静压测量法”采用高精度的压力传感器,对油品压力进行精确测量,根据油罐的几何参数将其换算成质量,省去了测温度、测密度两个环节(对测质量而言),减少了系统误差和随机误差,因而可以获得很高的计量精度。HTG系统测量质量可达到0.5%的精度,但是测量液位的误差却达到40～60mm。

混合库存测量系统(HIMS)将现代液位测量技术与HTG结合在一起,综合了他们各自的优点。它使用现代的伺浮或雷达液位仪来准确测量液位,以便准确计算库存体积;同时,它又使用静压力测量变送器,准确测量整个液面高度的密度,用于计算质量。

油罐液位超声波测量方法很多,应用最广泛的是脉冲回波法。其基本原理是:超声波换能器由脉冲信号激励发出超声波,超声波通过介质传播到达液面,形成反射波,反射波再经介质传播返回到换能器,换能器把声信号转换成电信号,由二次仪表测出超声波从发射到接受所需的时间,再根据超声波在介质中传播的速度和换能器的安装高度,计算出液面高度。但是其精度较低,不适合高精度测量。国外产品的精度一般在0.1%～0.5%左右。

20世纪90年代出现浮子钢带式液位仪(VAREC2500),它将钢带的直线运动转换为码盘的角位移,通过测量码盘的角位移来获得液位值。

电容式测量仪是通过测量介质的介电常数,转换后得到液位参数。由于介电常数是含水率的函数,而含水率仅随深度变化,因此,介电常数也仅仅是随深度变化。所以过渡层中含水率与深度的关系是

其中,α是含水率, 是过渡层厚度, 是由过渡层上部与油层相接触处起并向过渡层内部计算的距离。

利用油气水介电常数的差别来确定各相界面相对于油罐的位置,从而使得计算油罐中储油量的方法简便,这种方法适合于测量罐中含水率为0～100%的任何情况。

光导电子液位仪是新型的测量装置,它利用重力平衡方式和光导测量原理进行液位自动测量。该液位仪由浮子、钢带、信息码带、重锤组成力平衡系统,液位信号可利用光电原理直接从信息码带上读取,信息码带上既有人眼读取的十进制刻度,也有光电读取的液位信息。码带上信号由液位变送器读取后,以数字方式直接传送给二次显示仪表。信息的读取变送没有经过任何机构转换或电量转换,取样精度高,且无变送误差,仪表的测量精度可达到 。

三、各种测量方法的比较

四、改进测量方法的一些想法

基于油品长期储存及其它原因,同一油罐内的油品在不同高度上,密度不是按比例增加的,会出现分层现象,而非线性分布,并且油罐储量是油高和油品密度的独立函数,再者油罐顶部是一个不稳定的参照点,因此我们应该采用双参数、高精度、由下而上的测量方法。

自动化测量一般使用传感器采集油罐的数据,传感器一般分为直接可以读取数据的和必须经过数据转换才能得到数据的两种类型,目前一般应用第二种传感器,因此,要提高测量的精度我们应该:1、减少二次仪表的误差。二次仪表引起的误差主要包括信号传输延时误差、信号处理误差和脉冲计数误差,一旦二次仪表设计完成,其硬件和软件引起的误差相对确定,其传输延时误差和信号处理误差可以通过计算或实时修正。减小脉冲计数误差的方法是采用高速计数器。2、着力研究传感器,使得它能够直接将测得的数据传入计算机数据库系统。

测量的智能化程度需进一步提高。将人工智能技术应用于油罐液位测量技术,可以实现装置的故障自动诊断、信号智能辨识、油品泄漏自动报警等功能,既提高了系统的稳定性和可靠性,又增加了液位计的功能。

总之,目前国内油罐储量测量系统存在着精度低、可靠性差、稳定性差的问题,不能满足实际的需要,因此油罐储量测量仍普遍采用人工测量方法。高可靠性、高精度的油罐储量测量系统是目前国内研究的难题,也具有非常好的研究价值。

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