伺服電子密度計(jì)混合式儲罐自動計(jì)量系統(tǒng)的應(yīng)用

繆偉華

〔中國石化湖南石油分公司 湖南長沙 410003〕

目前國外油品貿(mào)易交接的計(jì)量主要采用標(biāo)準(zhǔn)體積，即以石油產(chǎn)品在標(biāo)準(zhǔn)溫度下的體積為計(jì)量單位進(jìn)行貿(mào)易，避免了因溫度不同而引起的貿(mào)易糾紛，但是沒有考慮因密度不同引起的差異。而國內(nèi)交接計(jì)量主要借鑒了前蘇聯(lián)的交接體系，采用質(zhì)量交接。

1 國內(nèi)成品油儲罐自動計(jì)量的現(xiàn)狀

2011年國家質(zhì)檢總局提出了采用液位計(jì)、溫度計(jì)和壓力變送器等測量油罐內(nèi)油品的體積、溫度、密度和質(zhì)量的混合式油罐測量方法，并發(fā)布了國家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T25964—2010)。國內(nèi)大部分油庫油罐改造時也參照了該方案，以伺服液位計(jì)為主體搭載壓力變送器和多點(diǎn)平均溫度計(jì)的方法進(jìn)行混合計(jì)量，可實(shí)現(xiàn)儲罐油品液位、溫度、密度、水位的自動測量。

經(jīng)過多年的應(yīng)用與比對測試，該系統(tǒng)測量的液位、溫度精度能滿足油庫工作需求，也可滿足管理部門對油庫自動液位計(jì)所測液位和溫度的精度要求；而密度測量由間接推算得到，液位在3 m以下時測得的密度值誤差較大，不能很好地滿足庫存管理的要求，導(dǎo)致油庫一直無法實(shí)現(xiàn)密度的精準(zhǔn)測量，完成計(jì)量交接。目前油品密度測量仍以人工計(jì)量為主。人工計(jì)量存在操作人員工作強(qiáng)度大、效率低的情況，也時常因密度原因?qū)е聰?shù)質(zhì)量糾紛，無法真正實(shí)現(xiàn)油庫計(jì)量自動化，而制約油罐自動計(jì)量技術(shù)發(fā)展的瓶頸就在于密度的準(zhǔn)確測量。

2 油罐混合式測量系統(tǒng)的不足

近年來油庫普遍采用混合式計(jì)量法進(jìn)行計(jì)量。密度測量的核心設(shè)備是差壓變送器。差壓變送器通過所測壓力值換算為儲罐油品平均密度。由于差壓變送器自身允差的影響，在液位低、油品壓力較小的情況下，差壓變送器導(dǎo)致的測量偏差較大，液位在3.5 m以下，基本無法準(zhǔn)確測量密度。表1為油品密度、體積和質(zhì)量測量精度實(shí)例。

表1 密度、體積、質(zhì)量的測量精度

混合式計(jì)量方式經(jīng)過十幾年的實(shí)際應(yīng)用，最終因?yàn)闊o法測量單點(diǎn)密度、油品密度分層，低液位測量不準(zhǔn)確，只能提供單一的平均密度等原因?qū)е伦詣佑?jì)量系統(tǒng)無法真正應(yīng)用于生產(chǎn)運(yùn)營，失去了油庫自動計(jì)量管理系統(tǒng)的真正價(jià)值。

3 伺服在線密度計(jì)混合式儲罐自動計(jì)量系統(tǒng)的探索

解決油罐中油品密度的測量，特別是低液位時密度的測量是解決油罐自動計(jì)量的關(guān)鍵，特別是將現(xiàn)有的油罐液位儀系統(tǒng)進(jìn)行深化應(yīng)用，節(jié)約研發(fā)費(fèi)用，推進(jìn)精細(xì)化管理，實(shí)現(xiàn)儲罐油品計(jì)量管理的自動化是本文探索的方向。

目前，油庫在用的便攜式電子密度計(jì)能準(zhǔn)確地測量油罐中油品的標(biāo)準(zhǔn)密度和油溫，如果將電子密度計(jì)安裝在油罐上并進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，就能測量到準(zhǔn)確的密度和油溫，結(jié)合油罐原有液位儀系統(tǒng)測量的液位就可實(shí)現(xiàn)油罐自動計(jì)量。按照這種探索思路，本文在長沙某油庫進(jìn)行了試驗(yàn)，在油罐不清罐、不動火、不需要重新布線的前提下，在該油庫的2號、6號和12號油罐罐頂安裝了電子密度計(jì)，開發(fā)了遠(yuǎn)程控制和操作平臺，完成了儲罐自動計(jì)量系統(tǒng)的安裝。

伺服在線密度計(jì)混合式儲罐自動計(jì)量系統(tǒng)由伺服液位計(jì)(原有)和伺服在線密度計(jì)組成，以伺服液位計(jì)測量液位、水位，以伺服密度計(jì)傳感器測量溫度、密度，最終通過管理平臺的管理軟件換算儲罐油品體積、質(zhì)量等信息。對這一計(jì)量系統(tǒng)在油庫經(jīng)過近半年的試用和改進(jìn)，現(xiàn)已實(shí)現(xiàn)了對儲罐油品液位、溫度、密度、水位的高精度在線采集和計(jì)量，測試結(jié)果符合自動計(jì)量的精度要求。液位、溫度和標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)密度測量的精度差值趨勢分別見圖1、圖2和圖3。

圖1液位測量精度差值趨勢

由圖1可見，自動測量系統(tǒng)所測液位與人工測量的偏差基本上都在±3 mm以內(nèi)，在分析的200組數(shù)據(jù)中有4組偏差為4 mm，算數(shù)平均值為0.63 mm。

圖2溫度測量精度差值趨勢

由圖2可見，溫度與人工測量的偏差基本上都在±0.3℃以內(nèi)，算數(shù)平均值為0.1℃。

圖3標(biāo)準(zhǔn)密度測量精度差值趨勢

由圖3可見，計(jì)量系統(tǒng)所測標(biāo)準(zhǔn)密度與人工偏差基本上都在±0.5 kg/m3以內(nèi)，在分析的數(shù)據(jù)中95%以上數(shù)據(jù)都在±0.3kg/m3以內(nèi)，算數(shù)平均值為0.084kg/m3。

總之，從現(xiàn)場對比數(shù)據(jù)可以看出，與人工測量相比，液位偏差在±3 mm以內(nèi)，密度偏差在±0.5 kg/m3以內(nèi)，溫度偏差在±0.2 ℃左右，質(zhì)量數(shù)據(jù)對比偏差(圖略)基本都在千分之一以內(nèi)，在分析的數(shù)據(jù)中85%都在萬分之五以內(nèi)。

4 伺服在線電子密度計(jì)混合式測量系統(tǒng)的升級方案

鑒此，本文本著安全、節(jié)約、簡易、實(shí)用的原則，對在用的油庫混合測量系統(tǒng)提出了整改方案：

一是油庫現(xiàn)在用伺服液位設(shè)備液位測量達(dá)到需求，無法精準(zhǔn)測量密度。

解決思路：在確保安全和不影響油庫正常生產(chǎn)，并且不清罐、不動火的前提下，通過法蘭連接，在計(jì)量口上安裝量油轉(zhuǎn)接器和伺服在線密度計(jì)(可滿足手工檢尺、取樣和伺服密度計(jì)自動計(jì)量需要)。伺服密度計(jì)電源與現(xiàn)有液位計(jì)共用，信號線可利用原液位計(jì)預(yù)留線(如果沒有預(yù)留信號線，每個儲罐只需要敷設(shè)一根信號線到中控室)、中控室安裝新版儲罐自動計(jì)量軟件，可同時集成現(xiàn)有伺服液位計(jì)液位信息與伺服密度計(jì)的溫度、密度信息，同時數(shù)據(jù)庫端口開放，可接入油庫PLC系統(tǒng)。

二是原有液位計(jì)安裝時間早，已達(dá)到使用年限，無法準(zhǔn)確測量液位、溫度、密度信息。

解決思路：在確保油庫安全和不影響正常生產(chǎn)，并且不清罐、不動火、不重新布線的前提下，可直接在伺服液位計(jì)安裝口更換新的伺服液位計(jì)，通過法蘭連接，在計(jì)量口上安裝量油轉(zhuǎn)接器和伺服在線密度計(jì)(可滿足手工檢尺、取樣和伺服密度計(jì)自動計(jì)量需要)。原有伺服液位計(jì)的電源、信號線利舊，伺服密度計(jì)的電源、信號線直接接入液位計(jì)接線盒內(nèi)，在中控室安裝管理軟件，顯示整個庫區(qū)的儲罐計(jì)量信息，并可集成到油庫PLC系統(tǒng)，最終實(shí)現(xiàn)庫區(qū)儲罐自動計(jì)量系統(tǒng)的改造。

5 伺服在線電子密度計(jì)解決的問題

一是罐內(nèi)油品平均密度的測量。根據(jù)計(jì)算需要通過設(shè)置測量點(diǎn)數(shù)和間距采集罐內(nèi)不同液位的油品密度和溫度，取平均數(shù)，計(jì)算出油罐平均密度，可用于油品質(zhì)量計(jì)算。

二是罐內(nèi)油品密度的定點(diǎn)測量。根據(jù)計(jì)量需要通過指令測量指定液位的油品密度和溫度，可準(zhǔn)確確定油品密度分層點(diǎn)。

三是發(fā)油密度監(jiān)控。伺服密度計(jì)傳感器平時處于罐底，可用于對發(fā)油密度進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，如傳感器經(jīng)過法定計(jì)量檢定機(jī)構(gòu)校準(zhǔn)，則可用于發(fā)油密度的采集，解決了發(fā)油密度不準(zhǔn)難題。

四是實(shí)時測量底部油品密度，實(shí)現(xiàn)實(shí)際密度發(fā)油。

6 安裝完成后最終實(shí)現(xiàn)目標(biāo)

(1)實(shí)現(xiàn)了儲罐計(jì)量系統(tǒng)自動化、減輕員工勞動強(qiáng)度 。(2)采取了利舊的方式，實(shí)現(xiàn)了油罐自動計(jì)量，節(jié)約了改造成本。(3)最終實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程在線盤點(diǎn)計(jì)量 。(4)可以給管理部門實(shí)時提供油罐儲油情況。

7 結(jié)束語

伺服在線電子密度計(jì)混合式自動計(jì)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)不但用于油庫儲量管理，終極目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)油品的貿(mào)易交接、遠(yuǎn)程在線自動盤點(diǎn)。