混合式油罐測量系統(HTMS)的安裝與應用

呂東風

〔霍尼韋爾(中國)有限公司 上海 201203〕

混合式油罐測量系統(HTMS)的安裝與應用

呂東風

〔霍尼韋爾(中國)有限公司 上海 201203〕

簡要介紹了混合式油罐測量系統的發(fā)展歷程、系統結構、工作原理以及影響液位計量準確度的主要因素，重點介紹了該系統和高精度壓力變送器的安裝方法以及注意事項，為相關單位安裝和應用該系統提供了借鑒。

石油庫 油罐 混合式油罐測量系統(HTMS) 安裝 應用

1 儲罐測量系統概述

1.1 儲罐測量的兩種體系(體積體系,質量體系)

石油和液體石油產品的靜態(tài)測量和計量技術源于歐洲發(fā)達國家。根據液體的物理性質采用了較為方便和準確的體積計量方法。這種方法認為石油在計量時，它的標準密度在一定的時間里不會改變，被作為標準值考慮，通常被視為常數，所以計量交接時以標準體積進行，它的多少只與溫度的影響有關。石油交易的單位，通常被定義為“桶”。中國原油的進口買進和加油站油品的售出都是以體積進行。

質量計量和交接技術源于原蘇聯。在石油計量和交接時，利用質量守恒的原理，交接的單位定義為質量。這個方法不僅考慮了溫度影響，還同時考慮了密度的影響，從理論上比體積交接更加準確，但在密度的手工采樣上存在諸多導致誤差的因素，往往最終結果并不如人意。

1.2 HTMS混合式油罐測量系統的發(fā)展歷程

HTMS混合式油罐測量系統早在上世紀80 年代由Enraf 公司首先提出，并在荷蘭和前蘇聯有成功的應用，并取得了NMI 的計量認證，用于貿易交接和結算。而在中國這項技術的應用發(fā)展并不順利，其原因主要是：①液位計和壓力變送器的準確度不夠；②液位計和壓力變送器的安裝不符合相應標準要求；③手工液位計量和密度取樣不符合相應標準的要求；④液位和密度的現場比對不符合校準規(guī)范的要求。

自2014年開始，Enraf 公司根據在歐洲HTMS成功的應用技術和經驗，專門開發(fā)了專門用于HTMS應用的壓力變送器，把標準給定的密度最小測量高度從3.5 m，減低到1.5 m，甚至更低。在上海閔行某油庫的47號和49號儲油罐取得了上海計量院頒發(fā)的可以用于計量交接目的的校準證書。

1.3 HTMS混合式測量系統簡介

HIMS混合測量系統是集產品液位、溫度、密度、體積和質量測量的完整方案，它結合了高精度的伺服液位計、雷達液位計、高精度壓力變送器、多點平均溫度計技術的各種優(yōu)勢，是一種同時滿足體積交接和質量交接的完美解決方案, 該方案早在1990年即在NMI取得了計量認證用于貿易交接和結算。

該系統可提供計量交接級別的液位、體積和質量信息。整個系統包括了一臺從罐頂測量產品液位的高精度液位計和一臺安裝在罐底的高精度壓力變送器。如果產品是在密閉狀態(tài)下儲存的，那么就需要在罐頂安裝另一臺壓力變送器用于補償氣相產品的壓力。在溫度測量方面，可以選擇單點溫度計或者多點溫度計。壓力變送器可以直接連接到伺服液位計或者雷達液位計。所有的現場數據通過現場通訊總線傳輸到通訊接口單元完成計算，然后所有現場數據和計算結果進入庫存管理系統中進行顯示。

HTMS 系統提供了完整的產品庫存管理信息，它包括：①直接測量液位；②直接測量水位產品界位；③直接測量在當前溫度時的產品平均密度；④直接測量產品溫度；⑤實時計算視體積；⑥實時計算標準體積；⑦實時計算標準密度；⑧實時計算質量；⑨實時計算流量。

HTMS混合式油罐測量系統結構見圖1。

圖1 HTMS混合式油罐測量系統結構

1.4 HTMS的測量原理

HTMS測量原理見圖2。

圖2 HTMS混合法測量原理

HIMS密度計算公式：

其中：

ρt——真空中的液體計量密度，kg/m3；

L——ALG液位讀數，m；

Z——hb + ho，m；

Hb——變送器P1受力中心到混合法參照點之間的垂直距離，m；

Ho——從油罐下計量基準點到混合法參照點之間的垂直距離，m；

g——當地重力加速度，m/s2；

ht——變送器P1和P3膜片上的受力中心之間的垂直距離，m；

ρv——油罐內蒸汽密度，kg/m3；

ρa——環(huán)境大氣密度，kg/m3。

1.5 影響液位計測量準確度的因素

通過以上公式可以計算出真空中的液體計量密度ρt, 影響這一參數準確度的重要因素主要是液位測量高度L和壓力變送器的安裝高度Z。精確計算得知：液位高度誤差⊿L，或變送器高度的位移⊿Z，都將嚴重地影響混合密度的測量準確度，大約1kg/m3/ 1mm 。

液位計的測量準確度由兩方面決定：第一，液位計的出廠標定準確度，這是由制造廠的制造水平和標定基準決定的。理論上，液位計的準確度不應隨量程增大而減小，更不能隨環(huán)境條件的變化而變化。工廠標定的準確度，屬于實驗室標準條件下標定出的結果，當液位計被安裝到罐頂現場時，其準確度則變?yōu)榱司C合各種影響因素下的測量準確度，它一定會比工廠標定證書上的水平差，偏差的程度將取決于液位計的安裝水平是否符合標準；當然，手工比對的誤差也被毫無疑問地帶入。第二，液位計安裝基準的位移水平。根據國標GB/T21451.3-2013和校準規(guī)范JJF 1440-2013，液位計需要每月進行比對，以確定液位計的準確度是否發(fā)生變化，實際上液位計本身的準確度在一年內會相對保持不變，但其測量基準則有可能因某種原因的影響有所變化。極端的情況是液位計在沒有安裝穩(wěn)液管的狀況下，液位計的基準無一例外地在液位變化和環(huán)境溫度變化時呈現大幅變化。 (我們可以通過量油口總高的變化做簡單的推斷，也可以用光學水準儀測量液位計法蘭高度觀察得到)

2 HTMS系統的安裝

2.1 符合標準的液位計安裝

液位計和手工量油穩(wěn)液管應以剛性聯接，并固定于第一節(jié)罐壁。建議安裝直徑為200 mm的穩(wěn)液管(導向管)，使得液位計獲得穩(wěn)定的測量基準。安裝中應做到：①不得在罐頂焊死做剛性固定；②穩(wěn)液管底部距罐底不超過30cm；③穩(wěn)液管必須兩側都開孔，建議直徑為25 ～ 50mm；④孔之間的距離不超過150mm；⑤穩(wěn)液管固定在罐壁下部，必須盡量避免穩(wěn)液管上下位移；⑥液位計和手工共用一個基準板。

穩(wěn)液管的安裝見圖3。

圖3 穩(wěn)液管的安裝

2.2 手工測量基準的要求和必要性

對于早期油罐計量技術，手工液位測量是極其重要的一環(huán)，除了測量者需要有計量員資格和穩(wěn)定的操作手法外，測量的基準則是決定能否得到可靠液位測量的重要條件。目前國內大部分的油罐手工液位測量采用實尺測量方法，投尺到罐底板，即便在罐底投尺點焊接了方板用以增加穩(wěn)定性，但罐底在受靜水壓力時的變形是大面積的變形，所以，大部分油罐罐底投尺基準都不可能逃脫基準跟隨靜水壓位移的命運。在API3.1B及國標中都建議要安裝離開罐底的投尺板，從圖3 中可以看到，手工穩(wěn)液管和液位計穩(wěn)液管剛性聯接，并固定于第一節(jié)罐壁，在手工穩(wěn)液管下部焊接一投尺板，我們可以這樣認為，不論是液位計還是手工投尺的基準都落在這塊投尺板的上表面，液位計和手工的測量基準沒有任何相對位移。只有在這種情況下，液位計的比對才被真正的建立起來。

對于液位計現場比對最好的方法是：利用三用電子量油尺，它可以測量空高、實高和各點的溫度，相比較普通量油尺而言，它具有測量精度高，穩(wěn)定性好。無液位爬升的誤差，(通常普通量油尺的爬升誤差大約為：汽油7mm，柴油3mm)。

3 高精度壓力變送器的選擇及安裝

目前國際上唯一能對整個立式罐油品平均密度進行準確測量的只有HTMS混合式油罐測量系統。即根據ISO15169-2003標準中混合法系統(HTMS系統)的要求，采用在立式罐底部安裝一臺高精度的壓力變送器，根據圖2及測量原理的說明，我們知道，當液位居于高液位時， HTMS的密度準確度表現很好，但當液位降低到3 m以下，甚至更低時，HTMS混合密度的準確度將大幅下降，原因主要是：根據ρ=P/H的微分關系可以看到：1mm 液位的偏差的影響在小量程里所占比例變大，對密度準確度的影響顯著提高；另外，普通壓變的線性度或準確度在低量程時會明顯變差，所以，要想提高HTMS密度在低液位的準確度，需要提高壓變在低量程的線性度和準確度。HoneywellEnarf 在深入研究和理解這一原理后，開發(fā)出一款專門用于HTMS的壓變-STD825，下面是一組10臺STD825的工廠標定報告，當液位< 3050mm (120”),其線性度精度好于 0.002%，10臺 STD825在3 m以下小量程范圍內表現十分突出。正是我們所期待的變送器。在上海某油庫的HTMS 系統的校準測試中，由上海市計量測試技術研究院對47號和49號罐的HTMS混合式油罐測量系統進行了校準測試，并出具了校準報告，用于貿易交接和結算目的。

HTMS混合密度的意義在于，它永遠都是測量罐內垂直方向上的平均密度，比較罐上手工密度三點采樣來說具有更好的代表性，特別是油品密度在罐內不均勻分布時，它的優(yōu)勢更加明顯。今天壓變的制造技術已經更加趨于完善，其線性度可以在10年內保持不變，如果我們的液位計的準確度能夠有較好的保證的話，HTMS混合密度將會是十分理想的測量方式。

4 結論

HTMS混合式油罐測量系統是集成了國際各大石油公司和設備專業(yè)廠家專家的理論和實踐，經過大量的理論研究和現場試驗得到的科學而準確的方法，經過在上海某油庫兩座油罐的具體應用，初步掌握了從儀表的選型、安裝、調試、誤差分析和操作等技術要點。試驗結果證明，這一技術完全可以代替?zhèn)鹘y的油罐手工計量方式，推動罐區(qū)自動化和信息化、智能化實現的進程。

2017-05-22。

呂東風(1960-)，男，大學本科， 黑龍江商學院，石油儲運自動化專業(yè) (現哈爾濱商業(yè)大學)， 負責霍尼韋爾智能化罐區(qū)業(yè)務(石油自動計量、罐區(qū)控制、罐區(qū)信息化等)。