探討油罐液位自動測量方法及其比較

摘要：液位測量技術經過不斷的發展，它的各種測量方法在工業生產中都有了自己的應用領域，并得到快速的進步。液位是油罐計量中的重要參數之一，因此需要對它進行準確的測定。

關鍵詞：油罐液位;測量技術;計量方法

近幾年來，原油儲罐自動計量技術越來越受到人們的普遍關注，由于計算機、光纖、超聲波、雷達、傳感器等高新技術不斷涌現，油罐液位自動計量已進入多功能、高精度的新階段。

筆者所在單位下屬的長山油庫，是儲量40萬立的綜合性石化產品的倉儲基地，始建于1976年，隨著油庫計量自動化的發展，在不同歷史時期，針對不同儲存品種的罐體安裝了不同類別的自動計量裝置。這篇文章詳細介紹了幾種常用的油罐測量技術，對這幾種油罐液位測量技術進行了比較，結果表明，每種測量技術各有不同的適用范圍，現場應用時應根據油品類型和現場實際情況，選用合適的測量技術。

一、油罐液位測量技術及應用

目前，隨著油罐液位測量技術的快速發展，測量方法和測量儀表類型也隨之增多。比較實用的油罐液位測量技術和方法有以下幾種，分別是人工檢尺、浮子鋼帶液位計、伺服式液位計、雷達液位計、靜壓式液位測量以及混合式計量管理系統等。

（1）人工檢尺

目前人工檢尺測量方法仍廣泛采用，并且作為其它液位計性能校驗的工具之一。缺點是勞動強度大，同時存在不安全因素。

（2）浮子鋼帶液位計

浮子（光導電子式）鋼帶液位計的準確度為10mm。由于滑輪、盤簧機構與機械計數器的摩擦力，這種液位計的可靠性較差，目前已經淘汰。

（3）伺服式液位計

伺服式液位計不僅可以測量液位，而且可以測量油水界位。在大于40 m測量上限的油罐上，一般可得到1 mm的準確度。較高的準確度和可靠性使之可用于大多數的液位計量，因而得到很多國家計量管理與關稅機構的認可。長山油庫的4只1000立方LPG貯罐上安裝了此類液位計，由于伺服裝置比較精密，容易在收料過程中因罐內劇烈環境而損壞，建議收料過程中應將伺服裝置人工控制升至最高位，待罐內物料液位穩定后再進行自動測量。

（4）雷達液位計

①測量原理。液位是由儲罐項部的天線發射的雷達信號測量的，雷達液位計無可動部件，雷達表使用微波，對液位的測量通常在10GHz附近。雷達信號被液體表面反射后，開線接收回波。由于信號頻率在改變，回波與信號發射瞬間相比，其頻率稍有不同。該頻率差正比于至液體的距離，并且可精確地計算。

②微波傳播不需要空氣介質，其傳播速率幾乎不受溫度變化的影響，雷達液位計完全適合高溫介質的物位測量。

③雷達液位計能在真空或受壓狀態下正常工作，真空狀態下微波傳播速率相對空氣狀態下僅變化0.029%。但當操作壓力達到某一范圍時，壓力所產生的誤差就不能忽視了。目前推出的雷達液位計產品，最高允許壓力為6.4 MPa。

④易揮發性氣體和惰性氣體對雷達液位計的測量均沒有影響，但液體介質的相對介電常數、液體的湍流狀態、氣泡大小等被測物料特性，將衰減微波信號，應引起足夠的重視。當介質的相對介電常數小到一定值時，雷達波的有效反射信號衰減過大，導致液位計無法正常工作，因此被測介質的相對介電常數必須大于產品所要求的最小值。

長山油庫103～106罐儲存的是原油，安裝了雷達微波液位計，針對原油選擇了配有拋物面天線的發射器頭，液位計的輸出采用TRL2現場總線，現場總線連接到現場通訊單元。數據從通訊單位按總線格式發送到主機。

（5）靜壓式液位測量法

靜壓測量法（H TG）是隨著高準確度智能數字式壓力變送器的問世而興起的，內置微處理器件可以對溫度影響和系統偏差給予補償，H TG系統的優點是可以對油罐進行連續質量測量，實用的H TG組合有以下幾種。

①一套簡單的HTG系統只包括一座罐底安裝的壓力變送器P1，總質量等于所測壓力乘以罐的截面積。

②在距P1一定高度的上方增加一臺壓力變送器P2，油品密度即可由壓差P1-P2得到，即

ρ=（P1-P2）/h，液位可由密度與P1計算：

L=P1/（P1-P2）h

式中 L———液位高度，m;

P1———罐底壓力，Pa;

P2———高度h處的壓力，Pa;

h———變送器P2距罐底的高度，m。

罐頂可增加一臺壓力變送器P3來消除蒸氣壓力對P1和P2的影響。

H T G法不適用于液化石油氣等高壓儲罐，因為液位高度引起的靜壓變化相對于儲罐壓力十分微小，這將產生很大的測量誤差。

H T G系統的缺點是其密度測量是在一個接近罐底的有限范圍內得出的。如果液位高于P2變送器，則可以得出密度的計算值，但液位低于P2，將得不到差壓（通常液位在1.5～2.5 m）。另外，有一些油罐的罐底密度與上部密度不完全相同，這種密度分層現象對液位測量將產生很大的影響。在常壓罐上，HTG系統對質量測量的不確定度大于0.05%。

長山油庫的201～204罐是汽（柴）油罐，703～708罐是液體化工罐，采用現場總線式液位自動計量及監控，方案為HTG系統，每罐安裝一臺差壓變送器、一只油溫傳感器和一臺現場處理器，HTG系統結構如下圖所示：

（6）混合式計量管理系統

混合式計量管理系統將現代化油罐液位測量技術與H TG技術結合起來。將壓力測量與液位測量相結合可以提供一個全液位范圍的真正的平均密度測量值，進而對質量進行測算。測量溫度用來計算在參考溫度下的標準體積和密度。伺服或雷達液位計可以直接與智能變送器通信，成為一個非常完善的計量系統，提供液面、油水界面、體積、質量、平均密度、平均溫度以及蒸汽溫度等參數。

二、油罐油量測量方法比較

在多數情況下，目前已有的雷達或伺服式液位計可以很容易地擴展為混合式計量管理系統。為了對不同的計量系統進行比較，現對各測量系統影響最終誤差的各個參數進行分析。油品計量總的誤差是各個單一參數誤差的綜合結果，例如安裝的不穩定性造成的液位測量誤差;油品溫度分層造成的溫度測量誤差;變送器位置、風力、儲罐帶壓造成的靜壓法（HTG）測量誤差等。

油罐的實際形狀受很多因素的影響，如果其中的一些影響是已知的并且是重復性的，可在計算機內進行補償。若想得到最佳測量精度，一個穩定的測量平臺是先決條件。定位管的使用是一項實用并已被接受的技術，現已在很多油罐（無論有無浮頂）上成功應用。在舊罐改造工程中，安裝一個定位管是一項可取得高準確度的措施。

對于雷達液位計，定位管可保證儀表的機械穩定性。在高壓儲罐上，推薦使用帶參考針的定位管，分別在定位管的上、中、下3個位置安裝3枚參考針，儲罐在使用中，可隨時測3枚針的高度，以達到不開罐就能校驗雷達表的目的。

溫度是一個易被忽視的測量變量，準確的平均溫度測量對于取得高準確度的油品計量是十分必要的。當油品溫度出現分層現象時，單點溫度測量是沒有意義的。

在靜壓測量系統中，壓力變送器P1要安裝得盡可能低，但必須位于最高液位和沉淀物之上。研究表明，風力可對一個10 m高的罐產生最高0.2%的誤差，對于很高操作壓力的球罐或臥罐，需要特殊研制的量程比很大的變送器，因為靜壓變化相對于操作壓力很小。

目前很多類型的油罐測量儀表可適用于不同類型的油罐，每一種測量技術各有優勢，各種技術之間存在更多的互補性而不是孰優孰劣。現代化的雷達和伺服液位計已得到了很大改進，表現在幾乎不需維護和無故障運行。

對于存量管理和貿易交接，如果需要測量的是質量，則靜壓法當屬首選，但體積測量在世界范圍內仍是一種重要的手段，體積測量與質量測量的結合將具有更大的優越性。標準化的現場總線能夠在專用的油罐測量系統與其它系統的直接通信方面起決定性作用。然而，決不能因為追求總線的標準化而犧牲測量的準確度。

三、結束語

綜上所述，文章中介紹的幾種測量方法，比較有效和準確的，每一種都有自身的優點和不足。所以采用哪種方式測量液位，要根據實際情況來進行選擇。油罐儲油計量是油料業務中的一項重要組成部分，其目的在于正確測得儲罐容積、內部存儲液體介質的質量、油品含水率等實時監測液位的高低、對液位上下限進行報警，連續監視作業過程并進行調節，使液位保持在所要求的高度。實現對油罐的自動計量，達到測量的及時性、準確性和高效性的目的，不僅能滿足平時的正常作業和應急保障，還可以減少工作人員的勞動強度，及時提供決策數據，提高油庫自動化信息管理水平。

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