大型原油罐測(cè)量技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展趨勢(shì)

文/李戎戈

大型原油罐測(cè)量技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展趨勢(shì)

文/李戎戈

摘 要：近些年國(guó)內(nèi)大型儲(chǔ)油罐建設(shè)發(fā)展迅速，渤海灣、長(zhǎng)三角、珠三角等沿海一級(jí)油庫(kù)達(dá)到上百家，總庫(kù)容達(dá)到數(shù)千萬(wàn)立方。我國(guó)在油田開(kāi)采、煉油、貿(mào)易和倉(cāng)儲(chǔ)領(lǐng)域一直采用的質(zhì)量交接體制，決定了油罐的準(zhǔn)確測(cè)量非常重要，也是最容易產(chǎn)生爭(zhēng)議的原因。根據(jù)近年來(lái)新出現(xiàn)的測(cè)量?jī)x表和測(cè)量原理，本文介紹了目前包括人工檢尺、雷達(dá)液位儀側(cè)量、浮體式儀表測(cè)量、油水界面儀、伺服式液位測(cè)量?jī)x表、超聲波、激光液位儀等測(cè)量?jī)x表和方法，并定性分析了多種技術(shù)對(duì)不同油種計(jì)量的選用原則和發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：原油罐； 測(cè)量；應(yīng)用 ；趨勢(shì)

1.引言

大型原油儲(chǔ)罐是油田、煉廠、油庫(kù)和油品碼頭普遍需要的儲(chǔ)存設(shè)施，油罐測(cè)量就是對(duì)罐內(nèi)的液體介質(zhì)（原油、燃料油）測(cè)量其液位、溫度、密度等參數(shù)，并據(jù)此計(jì)算出液體體積和存儲(chǔ)質(zhì)量。貿(mào)易交接環(huán)節(jié)需要的測(cè)量精度要求很高。隨著近年來(lái)技術(shù)的進(jìn)步，我國(guó)原油儲(chǔ)罐測(cè)量技術(shù)在儀器選型、測(cè)量方法上進(jìn)步很快，逐步向自動(dòng)化、精確化方向發(fā)展，結(jié)構(gòu)上和功能上大量應(yīng)用了電控、單片機(jī)及電腦技術(shù)。根據(jù)用戶(hù)具體需要的不同和投資經(jīng)費(fèi)的多寡，選用適合的測(cè)量?jī)x器和技術(shù)，有利于原油罐使用達(dá)到最優(yōu)異的性?xún)r(jià)比。

針對(duì)原油罐測(cè)量，目前應(yīng)用較多的有雷達(dá)測(cè)量液位儀、伺服式液位測(cè)量?jī)x表、浮體式測(cè)量?jī)x表、超聲波液位測(cè)量?jī)x、油水界面儀還有運(yùn)用最為廣泛的人工檢尺。各種測(cè)量設(shè)備和測(cè)量技術(shù)基本都能滿(mǎn)足計(jì)量需要，但不同設(shè)備價(jià)格不同，使用側(cè)重點(diǎn)也有所區(qū)別，針對(duì)不同液體的測(cè)量精度也不一樣。一般選用測(cè)量?jī)x器要考慮幾個(gè)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(zhì)的特性等。

2.測(cè)量?jī)x器儀表

2.1雷達(dá)測(cè)量液位儀

雷達(dá)測(cè)量液位儀是近年在大型儲(chǔ)罐中較為常用的一種智能型測(cè)量?jī)x表，是一種新型的非接觸式液位測(cè)量?jī)x器，現(xiàn)在的雷達(dá)液位計(jì)通常采用了模塊化結(jié)構(gòu)和現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)[1]，并實(shí)現(xiàn)了全數(shù)字化處理，兼容性和開(kāi)放性良好。其原理是應(yīng)用雷達(dá)波入射到液面后反射回來(lái)，由天線接收回波。通過(guò)測(cè)量電磁波從發(fā)射到反射的時(shí)間差計(jì)算電磁波傳播的距離來(lái)測(cè)量液位。其使用特點(diǎn)是一次性投入高，但維護(hù)成本低，無(wú)需儀器與介質(zhì)接觸，工作可靠，故障率低，精度高、適應(yīng)范圍廣，尤其適合高粘度、高腐蝕性介質(zhì)的液位測(cè)量。但其只能安裝在油罐頂部，下方不能有遮擋，以免影響發(fā)射和接受，罐底一般還需安裝反射板。

國(guó)外品牌代表如美國(guó)艾默生、德國(guó)西門(mén)子、法國(guó)AUXITROL等公司的雷達(dá)測(cè)量液位儀均以性能穩(wěn)定、精度高著稱(chēng)，但價(jià)格較高。國(guó)內(nèi)廠家近些年雷達(dá)測(cè)量液位儀的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)技術(shù)提高很快，以上海、北京等地區(qū)為代表的廠家，雷達(dá)液位計(jì)的水平已接近國(guó)際先進(jìn)水平，價(jià)格較國(guó)外品牌便宜很多。

2.2 浮體式測(cè)量?jī)x

這種測(cè)量液位的儀器發(fā)展較早，二十世紀(jì)三十年代就開(kāi)始使用，因其價(jià)格低、操作簡(jiǎn)單直觀，至今仍有一定的市場(chǎng)占有率。浮體式液位測(cè)量?jī)x表分為浮筒式與浮子式。浮筒式利用機(jī)械滑輪組，通過(guò)一端鋼絲繩掛浮球，另一端掛重錘，通過(guò)浮球與重錘的運(yùn)動(dòng)距離達(dá)到液位測(cè)量的目的。由于鋼絲繩與滑輪間存在滑動(dòng)摩擦力，可能導(dǎo)致回位誤差較大。浮子式通常由一根不銹鋼管和一個(gè)空心球組成。不銹鋼管內(nèi)部裝有若干個(gè)彈簧繼電器，空心球內(nèi)裝有一塊永久磁鐵，當(dāng)空心球隨著液位上下運(yùn)動(dòng)時(shí)，空心球的運(yùn)動(dòng)被彈簧繼電器轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的液位[2]。

浮體式測(cè)量?jī)x是一種接觸式的測(cè)量工具，容易受到液體介質(zhì)的腐蝕，同時(shí)其傳動(dòng)部件比較多，易發(fā)生機(jī)械故障，日常維護(hù)量大。對(duì)于投資有限的中、小型罐仍可考慮選用該液位計(jì)，但單體容積5萬(wàn)方以上的油罐不宜采用，因?yàn)橛凸拊礁撸瑢?duì)安裝平行度、垂直度以及盤(pán)簧的質(zhì)量要求也越高。

2.3 油水界面測(cè)量?jī)x（UTI）

UTI油水界面測(cè)量?jī)x是一種便攜式計(jì)量器具，通常采用掃描技術(shù)，動(dòng)態(tài)分析介質(zhì)中各種參數(shù)，利用高速單片機(jī)數(shù)字化處理測(cè)量數(shù)據(jù)，具有智能化、自校正的優(yōu)點(diǎn)，可用于測(cè)量油罐等大型存儲(chǔ)容器或排輸管道內(nèi)原油，化合物等油水界面。其在油田原油罐中對(duì)原油油位與水位的測(cè)量具有其它傳感器無(wú)可比擬的優(yōu)越性。英文UTI我們分別是指ullage（空高），temperature（溫度），interface（界面）三個(gè)英文單詞的首個(gè)字母。油水界面測(cè)量?jī)x自帶探頭，銅尺帶上有刻度，當(dāng)探頭接觸到油面時(shí)，儀器會(huì)發(fā)出聲音，此時(shí)讀尺帶數(shù)據(jù)就可以測(cè)量出液面的位置。UTI的出現(xiàn)給原油計(jì)量帶來(lái)了極大的方便，特別是交接過(guò)程中可能出現(xiàn)的計(jì)量問(wèn)題，如原油中明水含量過(guò)高，船舶油艙中的明水量等。

目前國(guó)內(nèi)使用的通常是進(jìn)口油水界面儀，如韓國(guó)TKT、美國(guó)MMC等廠家。國(guó)內(nèi)生產(chǎn)該測(cè)量設(shè)備的廠家較少，普遍存在精度較差，溫度補(bǔ)償計(jì)算做得不好等問(wèn)題。油水界面儀優(yōu)點(diǎn)是便攜、適合各種惡劣的環(huán)境，精度高，計(jì)量油品的同時(shí)還可以計(jì)算明水的含量。缺點(diǎn)是價(jià)格較高，受人為觀測(cè)影響。

2.4 伺服式液位測(cè)量?jī)x表

伺服式測(cè)量液位計(jì)是一種高精度的儲(chǔ)罐液位設(shè)備，是一種多功能測(cè)量?jī)x表。它采用浮力平衡原理，既可以測(cè)量液位也可以測(cè)量界面、密度和罐底。伺服式測(cè)量液位是用一臺(tái)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)體積較小的浮子，使浮子隨液位或介質(zhì)面變化，浮子作用于細(xì)鋼絲上的重力在外輪鼓的磁鐵上產(chǎn)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(dǎo)致內(nèi)磁鐵上的電磁傳感器(霍爾元件)的輸出電壓信號(hào)發(fā)生變化。其電壓值與儲(chǔ)存于CPU中的參考電壓相比較，當(dāng)浮子的位置平衡時(shí)，其差值為零。當(dāng)被測(cè)介質(zhì)液位變化時(shí)，使得浮子浮力發(fā)生改變。其結(jié)果是磁耦力矩被改變，使得帶有溫度補(bǔ)償?shù)幕魻栐妮敵鲭妷喊l(fā)生變化。該電壓值與CPU中的參考電壓的差值驅(qū)動(dòng)伺服電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，調(diào)整浮子上下移動(dòng)重新達(dá)到平衡點(diǎn)，從而得到液位等數(shù)據(jù)。這種測(cè)量?jī)x表幾乎不存在機(jī)械傳動(dòng)裝置，通過(guò)與計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)，數(shù)據(jù)運(yùn)算很快，測(cè)量精度非常高，伺服電機(jī)靈敏度可達(dá)到0.1mm，測(cè)量精度可達(dá)0.7mm[3]。伺服式測(cè)量液位計(jì)價(jià)格高、目前國(guó)內(nèi)用戶(hù)使用不多。

2.5 超聲波、激光測(cè)量液位儀

超聲波、激光測(cè)量液位儀的工作原理基本一致，它們都屬于非接觸式測(cè)量液位儀，精度高、維護(hù)簡(jiǎn)單。即由傳感器發(fā)射超聲波或激光照射被測(cè)物（液）面，通過(guò)接收反射波、光，將從發(fā)射至接收到波、光的時(shí)間換算成液位。超聲波液位儀帶有一個(gè)功能很強(qiáng)的智能回波分析軟件，可以將攪拌器產(chǎn)生的干擾過(guò)濾出來(lái)，能識(shí)別多重回波，分析信號(hào)強(qiáng)度和環(huán)境溫度等有關(guān)信息。超聲波測(cè)量?jī)x一般精度能達(dá)到2mm，但精度容易受到環(huán)境影響[4]。

激光的光束是很窄的，利用儀器中的光學(xué)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成約20mm寬的光束，光速遇到被測(cè)界面，產(chǎn)生反射，即使被測(cè)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(kāi)口小的容器內(nèi)液位的測(cè)量，激光測(cè)量?jī)x對(duì)高溫、高黏度的測(cè)量對(duì)象也適用。

2.6 人工測(cè)量檢尺

人工測(cè)量檢仍是當(dāng)前應(yīng)用廣泛的一種測(cè)量方法。也是目前法定檢查和商業(yè)檢查用來(lái)核定油品數(shù)量的標(biāo)準(zhǔn)手段。人工檢尺利用計(jì)量員通過(guò)浸入式刻度銅尺測(cè)量并讀取記錄液位，取樣測(cè)量油溫和密度，通過(guò)對(duì)比罐容表得到儲(chǔ)油罐所儲(chǔ)液體體積，換算后得到重量。人工液位測(cè)量的精確度一般認(rèn)為是使用的刻度鋼尺精度加上2mm的人為讀數(shù)誤差。

人工測(cè)量檢尺作為一種成本低，數(shù)據(jù)精確，誤差小，可信度高的測(cè)量方法，其缺點(diǎn)也很明顯，如受人為影響大，不同計(jì)量員對(duì)銅錘接觸油罐底部判斷的不同可能會(huì)得到不同的數(shù)據(jù)。大型儲(chǔ)罐的高度都在15米以上，加上計(jì)量員連續(xù)上罐多，勞動(dòng)強(qiáng)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(fā)生的可能性。

3.油罐測(cè)量技術(shù)的選用原則和發(fā)展趨勢(shì)

針對(duì)文中不同測(cè)量?jī)x器和方法，給出精度和適宜測(cè)量不同介質(zhì)選用原則的比較表格。

4.結(jié)語(yǔ)

隨著儲(chǔ)油罐測(cè)量技術(shù)的大力發(fā)展，越來(lái)越多的新技術(shù)、新測(cè)量?jī)x器得到應(yīng)用，測(cè)量?jī)x器多樣化趨勢(shì)將繼續(xù)存在。接觸式測(cè)量方法和非接觸式測(cè)量方法成為兩種發(fā)展方向，兩種方向各有優(yōu)劣，而采用數(shù)字化接口，利用單片機(jī)或與微機(jī)相連，數(shù)據(jù)接入油庫(kù)的整體自動(dòng)化控制系統(tǒng)是油罐測(cè)量的發(fā)展趨勢(shì)。總體而言，接觸式測(cè)量?jī)x器精度高、安裝操作方便，適合投資成本嚴(yán)格受限的儲(chǔ)油罐測(cè)量；非接觸式測(cè)量?jī)x器，一次投入大，且無(wú)需定期維修和重新標(biāo)定，不易受液體腐蝕等外界因素干擾。綜合考量非接觸式測(cè)量?jī)x器是未來(lái)測(cè)量技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。

參考文獻(xiàn)

[1] 任開(kāi)春，涂亞慶;大罐液位儀的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)[J]自動(dòng)化儀表，2001．6．27～30

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[3] 李冬梅．國(guó)內(nèi)外液位計(jì)量?jī)x表技術(shù)發(fā)展動(dòng)向[J]儀器儀表用戶(hù)，2002，9(3)5～7

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

作者單位：（中海油進(jìn)出口公司）