大型原油罐測量技術應用與發展趨勢

文/李戎戈

大型原油罐測量技術應用與發展趨勢

文/李戎戈

摘 要：近些年國內大型儲油罐建設發展迅速，渤海灣、長三角、珠三角等沿海一級油庫達到上百家，總庫容達到數千萬立方。我國在油田開采、煉油、貿易和倉儲領域一直采用的質量交接體制，決定了油罐的準確測量非常重要，也是最容易產生爭議的原因。根據近年來新出現的測量儀表和測量原理，本文介紹了目前包括人工檢尺、雷達液位儀側量、浮體式儀表測量、油水界面儀、伺服式液位測量儀表、超聲波、激光液位儀等測量儀表和方法，并定性分析了多種技術對不同油種計量的選用原則和發展趨勢。

關鍵詞：原油罐； 測量；應用 ；趨勢

1.引言

大型原油儲罐是油田、煉廠、油庫和油品碼頭普遍需要的儲存設施，油罐測量就是對罐內的液體介質（原油、燃料油）測量其液位、溫度、密度等參數，并據此計算出液體體積和存儲質量。貿易交接環節需要的測量精度要求很高。隨著近年來技術的進步，我國原油儲罐測量技術在儀器選型、測量方法上進步很快，逐步向自動化、精確化方向發展，結構上和功能上大量應用了電控、單片機及電腦技術。根據用戶具體需要的不同和投資經費的多寡，選用適合的測量儀器和技術，有利于原油罐使用達到最優異的性價比。

針對原油罐測量，目前應用較多的有雷達測量液位儀、伺服式液位測量儀表、浮體式測量儀表、超聲波液位測量儀、油水界面儀還有運用最為廣泛的人工檢尺。各種測量設備和測量技術基本都能滿足計量需要，但不同設備價格不同，使用側重點也有所區別，針對不同液體的測量精度也不一樣。一般選用測量儀器要考慮幾個方面的因素。如罐型的大小、罐的用途、浮頂還是拱頂，液體介質的特性等。

2.測量儀器儀表

2.1雷達測量液位儀

雷達測量液位儀是近年在大型儲罐中較為常用的一種智能型測量儀表，是一種新型的非接觸式液位測量儀器，現在的雷達液位計通常采用了模塊化結構和現場總線技術[1]，并實現了全數字化處理，兼容性和開放性良好。其原理是應用雷達波入射到液面后反射回來，由天線接收回波。通過測量電磁波從發射到反射的時間差計算電磁波傳播的距離來測量液位。其使用特點是一次性投入高，但維護成本低，無需儀器與介質接觸，工作可靠，故障率低，精度高、適應范圍廣，尤其適合高粘度、高腐蝕性介質的液位測量。但其只能安裝在油罐頂部，下方不能有遮擋，以免影響發射和接受，罐底一般還需安裝反射板。

國外品牌代表如美國艾默生、德國西門子、法國AUXITROL等公司的雷達測量液位儀均以性能穩定、精度高著稱，但價格較高。國內廠家近些年雷達測量液位儀的設計和生產技術提高很快，以上海、北京等地區為代表的廠家，雷達液位計的水平已接近國際先進水平，價格較國外品牌便宜很多。

2.2 浮體式測量儀

這種測量液位的儀器發展較早，二十世紀三十年代就開始使用，因其價格低、操作簡單直觀，至今仍有一定的市場占有率。浮體式液位測量儀表分為浮筒式與浮子式。浮筒式利用機械滑輪組，通過一端鋼絲繩掛浮球，另一端掛重錘，通過浮球與重錘的運動距離達到液位測量的目的。由于鋼絲繩與滑輪間存在滑動摩擦力，可能導致回位誤差較大。浮子式通常由一根不銹鋼管和一個空心球組成。不銹鋼管內部裝有若干個彈簧繼電器，空心球內裝有一塊永久磁鐵，當空心球隨著液位上下運動時，空心球的運動被彈簧繼電器轉換為相應的液位[2]。

浮體式測量儀是一種接觸式的測量工具，容易受到液體介質的腐蝕，同時其傳動部件比較多，易發生機械故障，日常維護量大。對于投資有限的中、小型罐仍可考慮選用該液位計，但單體容積5萬方以上的油罐不宜采用，因為油罐越高，對安裝平行度、垂直度以及盤簧的質量要求也越高。

2.3 油水界面測量儀（UTI）

UTI油水界面測量儀是一種便攜式計量器具，通常采用掃描技術，動態分析介質中各種參數，利用高速單片機數字化處理測量數據，具有智能化、自校正的優點，可用于測量油罐等大型存儲容器或排輸管道內原油，化合物等油水界面。其在油田原油罐中對原油油位與水位的測量具有其它傳感器無可比擬的優越性。英文UTI我們分別是指ullage（空高），temperature（溫度），interface（界面）三個英文單詞的首個字母。油水界面測量儀自帶探頭，銅尺帶上有刻度，當探頭接觸到油面時，儀器會發出聲音，此時讀尺帶數據就可以測量出液面的位置。UTI的出現給原油計量帶來了極大的方便，特別是交接過程中可能出現的計量問題，如原油中明水含量過高，船舶油艙中的明水量等。

目前國內使用的通常是進口油水界面儀，如韓國TKT、美國MMC等廠家。國內生產該測量設備的廠家較少，普遍存在精度較差，溫度補償計算做得不好等問題。油水界面儀優點是便攜、適合各種惡劣的環境，精度高，計量油品的同時還可以計算明水的含量。缺點是價格較高，受人為觀測影響。

2.4 伺服式液位測量儀表

伺服式測量液位計是一種高精度的儲罐液位設備，是一種多功能測量儀表。它采用浮力平衡原理，既可以測量液位也可以測量界面、密度和罐底。伺服式測量液位是用一臺伺服電機驅動體積較小的浮子，使浮子隨液位或介質面變化，浮子作用于細鋼絲上的重力在外輪鼓的磁鐵上產生力矩，從而引起磁通量的變化。輪鼓組件間的磁通量變化導致內磁鐵上的電磁傳感器(霍爾元件)的輸出電壓信號發生變化。其電壓值與儲存于CPU中的參考電壓相比較，當浮子的位置平衡時，其差值為零。當被測介質液位變化時，使得浮子浮力發生改變。其結果是磁耦力矩被改變，使得帶有溫度補償的霍爾元件的輸出電壓發生變化。該電壓值與CPU中的參考電壓的差值驅動伺服電動機轉動，調整浮子上下移動重新達到平衡點，從而得到液位等數據。這種測量儀表幾乎不存在機械傳動裝置，通過與計算機聯網，數據運算很快，測量精度非常高，伺服電機靈敏度可達到0.1mm，測量精度可達0.7mm[3]。伺服式測量液位計價格高、目前國內用戶使用不多。

2.5 超聲波、激光測量液位儀

超聲波、激光測量液位儀的工作原理基本一致，它們都屬于非接觸式測量液位儀，精度高、維護簡單。即由傳感器發射超聲波或激光照射被測物（液）面，通過接收反射波、光，將從發射至接收到波、光的時間換算成液位。超聲波液位儀帶有一個功能很強的智能回波分析軟件，可以將攪拌器產生的干擾過濾出來，能識別多重回波，分析信號強度和環境溫度等有關信息。超聲波測量儀一般精度能達到2mm，但精度容易受到環境影響[4]。

激光的光束是很窄的，利用儀器中的光學系統轉換成約20mm寬的光束，光速遇到被測界面，產生反射，即使被測界面很粗糙，漫反射光也能被傳感器接收。激光液位儀適用于開口小的容器內液位的測量，激光測量儀對高溫、高黏度的測量對象也適用。

2.6 人工測量檢尺

人工測量檢仍是當前應用廣泛的一種測量方法。也是目前法定檢查和商業檢查用來核定油品數量的標準手段。人工檢尺利用計量員通過浸入式刻度銅尺測量并讀取記錄液位，取樣測量油溫和密度，通過對比罐容表得到儲油罐所儲液體體積，換算后得到重量。人工液位測量的精確度一般認為是使用的刻度鋼尺精度加上2mm的人為讀數誤差。

人工測量檢尺作為一種成本低，數據精確，誤差小，可信度高的測量方法，其缺點也很明顯，如受人為影響大，不同計量員對銅錘接觸油罐底部判斷的不同可能會得到不同的數據。大型儲罐的高度都在15米以上，加上計量員連續上罐多，勞動強度大，如果人受到身體疾病等狀況的影響，有人身安全事故的發生的可能性。

3.油罐測量技術的選用原則和發展趨勢

針對文中不同測量儀器和方法，給出精度和適宜測量不同介質選用原則的比較表格。

4.結語

隨著儲油罐測量技術的大力發展，越來越多的新技術、新測量儀器得到應用，測量儀器多樣化趨勢將繼續存在。接觸式測量方法和非接觸式測量方法成為兩種發展方向，兩種方向各有優劣，而采用數字化接口，利用單片機或與微機相連，數據接入油庫的整體自動化控制系統是油罐測量的發展趨勢。總體而言，接觸式測量儀器精度高、安裝操作方便，適合投資成本嚴格受限的儲油罐測量；非接觸式測量儀器，一次投入大，且無需定期維修和重新標定，不易受液體腐蝕等外界因素干擾。綜合考量非接觸式測量儀器是未來測量技術的發展趨勢。

參考文獻

[1] 任開春，涂亞慶;大罐液位儀的現狀和發展趨勢[J]自動化儀表，2001．6．27～30

[2] 郭光臣．石油設計與管理[M]山東：石油大學出版社 1991

[3] 李冬梅．國內外液位計量儀表技術發展動向[J]儀器儀表用戶，2002，9(3)5～7

[4] 齊永生，宋生奎，涂亞慶．石油工程建設，1001-2206(2006)04-0001-03

作者單位：（中海油進出口公司）