成品油儲備庫自動計量系統(tǒng)誤差分析及對策

上海自動化儀表有限公司介紹了油庫自動計量系統(tǒng)應用的基本原理，然后介紹了Enraf伺服液位計在自動計量系統(tǒng)中的應用效果，非常后重點進行了Enraf伺服液位計自動計量系統(tǒng)誤差分析并提出了對應的解決措施。

1 自動計量系統(tǒng)基本原理

油罐內(nèi)油品的精確質(zhì)量及體積參數(shù)無法通過儀器儀表直接測量，需要通過油罐油高、油水界面、溫度、密度等基本參數(shù)的測量計算得到。油庫自動計量系統(tǒng)本質(zhì)上是對油罐液位測量技術(shù)、油品溫度測量技術(shù)、油罐靜壓測量技術(shù)的綜合應用，再輔以計量軟件的運算及數(shù)據(jù)處理功能，實現(xiàn)罐區(qū)油品自動計量的目的。油罐自動計量系統(tǒng)測量方法主要是以下三種：

1.1 液位計測量法（LTG）

液位計法是依據(jù)儲罐上的液位計對儲罐內(nèi)液位進行測量，根據(jù)測量到的液位參數(shù)查找對應儲罐容積表進而得到凈油體積，隨著技術(shù)進步液位計系統(tǒng)也可開始測量油品溫度，但是油品密度必須由人工測量，經(jīng)運算后方可得到油品質(zhì)量。根據(jù)液位計的種類不同，其主要測量方法分為兩種：一種是直接對液位高度測量，如鋼帶浮子液位計；另一種是空高測量，如雷達液位計。兩種測量方法相較而言，后者會比前者的誤差要大，但前者可靠性偏低。

1.2 靜壓測量法（HTG）

靜壓測量法的測量基本思想是通過測量油罐內(nèi)油品的靜壓參數(shù)，結(jié)合罐內(nèi)油品溫度參數(shù)進行綜合計算，非常后得到罐內(nèi)油品質(zhì)量等其他數(shù)據(jù)。靜壓測量法計量系統(tǒng)現(xiàn)場設備主要是由高精度壓力變送器和溫度變送器組成，結(jié)合油罐高度進行固定位置安裝，壓力變送器根據(jù)實際情況選擇一般安裝2-3臺，HTG測量系統(tǒng)的優(yōu)點是在連續(xù)測量罐內(nèi)油品質(zhì)量的同時還能實時監(jiān)測罐內(nèi)壓力確保作業(yè)安全，缺點是油品溫度測量點位不足，油品密度測量受油品液位及油品密度分層現(xiàn)象影響較大。

1.3 混合測量法（HIMS）

混合測量法是一種結(jié)合法，將液位計法與靜壓測量法綜合應用，通過對油罐內(nèi)油品液位、溫度、壓力參數(shù)的直接精確測量，經(jīng)過綜合計算后得到罐內(nèi)油品平均密度、質(zhì)量等數(shù)據(jù)，達到替代人工實現(xiàn)自動計量的目的。HIMS系統(tǒng)測量精度較高，同時對運行維護調(diào)試的要求也較高。

2 Enraf伺服液位計在自動計量中的應用

為實現(xiàn)油庫油品自動計量交接，提高油庫運行的自動化水平，當前成品油儲備庫的計量系統(tǒng)普遍采用的是混合測量法即HIMS系統(tǒng)。Enraf系列伺服液位計依靠其較高的測量精度、安全穩(wěn)定的系統(tǒng)運行和眾多的成功應用案例，目前已在我國成品油儲備庫內(nèi)大范圍應用推廣。

以某成品油儲備庫的應用為例，每座油罐裝有 Honeywell公司 Enraf 854XTG 伺服液位計一臺、16 點平均溫度計MTTSENSOR 864一套、距罐底板300mm處裝有SC3051壓力變送器一臺，結(jié)合計量工作站共同組成混合法自動計量系統(tǒng)。每臺油罐 Enraf 伺服液位計系統(tǒng)通過 485 總線將數(shù)據(jù)信號傳送至 CIUPrime 通訊接口。CIU Prime將現(xiàn)場數(shù)據(jù)傳送至PLC后，油罐的液位、溫度、密度數(shù)據(jù)在計量工作站中實時顯示。在實際使用中經(jīng)過與大量人工測量數(shù)據(jù)比對，Enraf 伺服液位計使用效果如下：

（1）油品溫度測量結(jié)果十分準確，與人工測量結(jié)果一致。

（2）油罐液位測量結(jié)果經(jīng)人工反復標定后基本準確，可滿足油罐液位監(jiān)測要求。

（3）油品密度測量結(jié)果誤差較大，是造成油庫暫時無法全面實現(xiàn)精確自動計量的主要原因。

（4）油罐內(nèi)油水界面的測量操作不方便且誤差較大。目前油庫的計量系統(tǒng)仍處于半自動化的應用狀態(tài)，即油罐內(nèi)油品液位、溫度參數(shù)可實現(xiàn)自動計量，但是油品密度、水高參數(shù)仍需人工測量。

3 Enraf伺服液位計自動計量誤差分析及對策

Enraf伺服液位計計量系統(tǒng)在實際使用中，油品密度的測量是非常大短板，仍需頻繁人工手動測量，油品密度誤差產(chǎn)生的主要原因及對策如下：

3.1 液位測量誤差分析及對策

Enraf伺服液位計的基本思路與空高測量一致，液位計置于罐頂通過伺服電機控制浮子隨罐內(nèi)油品液面同升同降。為保證油罐參照高度的穩(wěn)定液位計非常好安裝于導向管上，導向管與罐頂一般采用波紋管非剛性連接，支撐結(jié)構(gòu)的剛性固定分罐底固定和罐底非常穩(wěn)固的非常好圈鋼板固定兩種方式。從實際應用效果看，采用罐底固定方式在油罐低液位時與人工測量結(jié)果基本一致，高液位時測量結(jié)果誤差加大，因為多數(shù)油庫油罐往往使用年限較長在高液位時罐底板可能發(fā)生不同程度的形變，導致測量誤差，因此建議采用罐底非常穩(wěn)固的非常好圈鋼板固定方式為佳。

此外在對伺服液位計系統(tǒng)進行液位參數(shù)修正時往往需要輸入人工檢尺數(shù)據(jù)，一方面要確保計量人員檢尺精準，一方面還要保證人工檢尺基準點的穩(wěn)定。老舊油罐應增加罐壁檢尺板，以消除高液位時罐底板形變導致的人工測量誤差。

3.2 油罐內(nèi)氣相壓力造成的測量誤差

油罐內(nèi)特別是拱頂罐內(nèi)的氣相壓力會隨著油罐內(nèi)氣體空間溫度的上升或收油作業(yè)時液面的升高而增大，隨著油罐內(nèi)氣體空間溫度的降低或發(fā)油作業(yè)時液面降低而減小。此時油罐底部壓力傳感器測得的罐內(nèi)介質(zhì)壓力也會同步增大或減少，造 成HTMS系統(tǒng)平均密度同步增大和減少[1]。油罐的罐頂壓力傳感器作用是監(jiān)控罐頂氣相壓力消除影響，在設計時如未考慮安裝，將會產(chǎn)生平均密度測量誤差。建議在具備條件的情況下，在油罐罐頂增加一塊高精度壓力變送器，一是可以將采集的氣相壓力信號傳送至計量系統(tǒng)內(nèi)，通過算法消除因罐內(nèi)氣相壓力產(chǎn)生的密度測量誤差；二是可以將罐頂壓力信號傳送至油庫SCADA系統(tǒng)內(nèi)，用于罐頂壓力監(jiān)控進行聯(lián)鎖保護，防止在霜凍天氣下進行發(fā)油作業(yè)時因呼吸閥失效造成油罐負壓抽癟。

3.3 HTMS系統(tǒng)本身固有缺陷造成的測量誤差

GB/T25964-2010中指出：當油品液位靠近底部壓力傳感器P1時，計算密度的不確定度會變得較大。這是因為隨著液位的降低，液位計測量液位的相對誤差隨液位的降低而逐漸增加， P1壓力變送器測量壓力的相對誤差也會逐漸增加。這就說明：當液位低于預定液位hmin時，HTMS提供的密度參數(shù)存在很高的不確定度，這是 HTMS 系統(tǒng)的固有缺陷[1]。當液位在預定液位hmin以下時，如果油品密度保持相對一致可使用液位hmin時計算得到的數(shù)據(jù)代替，如果油品分層或有新油品進入油罐則需人工測量手動輸入數(shù)據(jù)。

3.4 壓力傳感器選型對密度測量誤差影響

壓力傳感器的精度對油罐自動計量系統(tǒng)的計量精度起著決定性的作用，油罐自動計量系統(tǒng)的壓力傳感器所測量的壓力誤差的絕對值應不大于60 Pa[2]，同時結(jié)合油罐選擇非常佳使用量程和調(diào)校量程的壓力傳感器也是十分必要。油罐自動計量系統(tǒng)在安裝調(diào)試穩(wěn)定后,后期的檢修維護是保證系統(tǒng)精確運行的必要條件，特別是對壓力傳感器的周期性檢定，每年至少應保證檢驗調(diào)校1次，以保證設備的精確測量。

4、結(jié)語

為了實現(xiàn)成品油儲備庫計量自動化的目標，必需保證計量系統(tǒng)各組成設備施工安裝質(zhì)量、設備精度等級以及大數(shù)據(jù)的比對調(diào)校，還要對老舊油罐進行完善改造，以滿足自動計量系統(tǒng)的要求。在控制油罐液位測量誤差的前提下，盡可能的保證密度測量精度，基本可實現(xiàn)油庫自動化計量效果。同時，也要清醒的意識到，油庫自動化計量是需要長時間與大量人工測量數(shù)據(jù)進行比對修正的過程，上海自動化儀表有限公司這不僅需要油庫計量人員的高度敬業(yè)及業(yè)務過硬，還需要油庫建立一支穩(wěn)定素質(zhì)過硬的運行維護隊伍，以保證油庫計量系統(tǒng)的高效運行。