油罐測量方法述評

摘要: 綜述了包括人工測量及自動測量等國內外油罐測量方法，并對每一種測量方法進行了分析評價;提出改進油罐測量方法的若干想法，指出了油罐測量方法的發展趨勢。

關鍵詞: 油罐;測量;液位儀;自動化

一、油罐測量方法概述

油罐測量是煉油廠、油庫、加油站等部門的一項重要工作，測量方法也是多種多樣。從廣義測量方法上可分為直接測量與間接測量。

通常，我們需要得到油罐中油品的體積或者是油品的質量。由于不能夠通過高度測量直接計算出儲油體積，因此體積的測量通過測量油罐的液位，借助國家認可的油罐容積表計算，誤差一般為0.2%，容積表反映了油高與儲油體積的關系式: ;油品質量的測量一般通過測量油品的壓差來計算得到。

二、油罐測量方法簡述

最早的油罐測量方式是利用帶有刻度的浸入帶尺或探測尺進行人工測量，現有人工量油尺、浮子鋼帶直讀式、浮球式、磁翻球式液位計等。這些測量方法直觀、可信度高、使用簡單，并且造價低，但讀數誤差較大。目前該方法在全世界依然廣泛使用，并且經常作為標檢其它儀表的標準。

1930年左右出現了浮標尺液位儀，它在罐內采用大而重的浮標，以便產生足夠的驅動力。浮標由一條纜繩與罐外的平衡塊相連，平衡塊帶有一個指針，能沿著油罐的外壁移動，外壁上帶有標尺較新式的浮標尺是由一條多孔鋼帶將浮標連接至一個恒轉矩裝置。多孔鋼帶通過一個鏈輪推動一個簡單的機械計數器，該計數器的功能是作為現場顯示器，在顯示器上連接一個電子變送器。該液位儀典型的機械測量系統的精度一般在10mm范圍內。此類液位儀由于機械摩擦因素的存在，可靠性比較差，但成本較低，使用仍然比較廣泛。

靜壓式油罐液位儀(HTG)中所謂的“靜壓測量法”采用高精度的壓力傳感器，對油品壓力進行精確測量，根據油罐的幾何參數將其換算成質量，省去了測溫度、測密度兩個環節(對測質量而言)，減少了系統誤差和隨機誤差，因而可以獲得很高的計量精度。HTG系統測量質量可達到0.5%的精度，但是測量液位的誤差卻達到40～60mm。

混合庫存測量系統(HIMS)將現代液位測量技術與HTG結合在一起，綜合了他們各自的優點。它使用現代的伺浮或雷達液位儀來準確測量液位，以便準確計算庫存體積;同時，它又使用靜壓力測量變送器，準確測量整個液面高度的密度，用于計算質量。

油罐液位超聲波測量方法很多，應用最廣泛的是脈沖回波法。其基本原理是:超聲波換能器由脈沖信號激勵發出超聲波，超聲波通過介質傳播到達液面，形成反射波，反射波再經介質傳播返回到換能器，換能器把聲信號轉換成電信號，由二次儀表測出超聲波從發射到接受所需的時間，再根據超聲波在介質中傳播的速度和換能器的安裝高度，計算出液面高度。但是其精度較低，不適合高精度測量。國外產品的精度一般在0.1%～0.5%左右。

20世紀90年代出現浮子鋼帶式液位儀(VAREC2500)，它將鋼帶的直線運動轉換為碼盤的角位移，通過測量碼盤的角位移來獲得液位值。

電容式測量儀是通過測量介質的介電常數，轉換后得到液位參數。由于介電常數是含水率的函數，而含水率僅隨深度變化，因此，介電常數也僅僅是隨深度變化。所以過渡層中含水率與深度的關系是

其中，α是含水率， 是過渡層厚度， 是由過渡層上部與油層相接觸處起并向過渡層內部計算的距離。

利用油氣水介電常數的差別來確定各相界面相對于油罐的位置，從而使得計算油罐中儲油量的方法簡便，這種方法適合于測量罐中含水率為0～100%的任何情況。

光導電子液位儀是新型的測量裝置，它利用重力平衡方式和光導測量原理進行液位自動測量。該液位儀由浮子、鋼帶、信息碼帶、重錘組成力平衡系統，液位信號可利用光電原理直接從信息碼帶上讀取，信息碼帶上既有人眼讀取的十進制刻度，也有光電讀取的液位信息。碼帶上信號由液位變送器讀取后，以數字方式直接傳送給二次顯示儀表。信息的讀取變送沒有經過任何機構轉換或電量轉換，取樣精度高，且無變送誤差，儀表的測量精度可達到 。

三、各種測量方法的比較

四、改進測量方法的一些想法

基于油品長期儲存及其它原因，同一油罐內的油品在不同高度上，密度不是按比例增加的，會出現分層現象，而非線性分布，并且油罐儲量是油高和油品密度的獨立函數，再者油罐頂部是一個不穩定的參照點，因此我們應該采用雙參數、高精度、由下而上的測量方法。

自動化測量一般使用傳感器采集油罐的數據，傳感器一般分為直接可以讀取數據的和必須經過數據轉換才能得到數據的兩種類型，目前一般應用第二種傳感器，因此，要提高測量的精度我們應該:1、減少二次儀表的誤差。二次儀表引起的誤差主要包括信號傳輸延時誤差、信號處理誤差和脈沖計數誤差，一旦二次儀表設計完成，其硬件和軟件引起的誤差相對確定，其傳輸延時誤差和信號處理誤差可以通過計算或實時修正。減小脈沖計數誤差的方法是采用高速計數器。2、著力研究傳感器，使得它能夠直接將測得的數據傳入計算機數據庫系統。

測量的智能化程度需進一步提高。將人工智能技術應用于油罐液位測量技術，可以實現裝置的故障自動診斷、信號智能辨識、油品泄漏自動報警等功能，既提高了系統的穩定性和可靠性，又增加了液位計的功能。

總之，目前國內油罐儲量測量系統存在著精度低、可靠性差、穩定性差的問題，不能滿足實際的需要，因此油罐儲量測量仍普遍采用人工測量方法。高可靠性、高精度的油罐儲量測量系統是目前國內研究的難題，也具有非常好的研究價值。

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