一種綜合計量系統在儲罐中的應用

柳永剛，孫偉，張大慶，楊玲

(1. 福斯特惠勒(河北)工程設計有限公司，石家莊 050061；2. 新地能源工程技術有限公司，石家莊 050051；3. 河北一然生物科技有限公司，石家莊 050800)

儲罐中介質分層、溫度分布不均等現象的存在，給準確測量帶來一定難度。隨著生產要求的不斷提高，罐區自動計量已進入多功能、高精度的新階段[1]。現行一般計量系統難以同時準確地測定介質液位、溫度等參數，亦無法可靠地實現綜合計量管理功能[2]。在某公司油品儲罐區計量設計中，采用了一種綜合計量系統，解決了采用一般計量設備檢測所存在的功能單一、計量精度不高、信號外傳困難等方面的問題。

1 系統測量原理

當前儲罐計量方法可分為液位法和靜壓法兩大類[3]。油品儲罐所采用的綜合計量系統屬廣義的靜壓法測量，應用了高精度壓力傳感技術、等浮力浮子引壓管技術、毛細管介質阻隔技術以及引壓管環境補償技術[4]。

綜合計量系統是根據液體靜壓計算公式、理想氣體狀態方程來測量液位、溫度等參數。將測壓點按間隔1 m來固定探測器，每個相鄰測壓點誤差小于0.1 mm。后采用特殊的取壓方法將測壓點的液體壓力傳送到高精度壓力變送器，將4～20 mA信號傳輸給可編程控制器(PLC)，控制軟件根據2個壓力傳感器的信號來切換微型電磁閥的開關，從而測量不同高度的相鄰2個測壓點的壓差，然后計算出液位、溫度、含水水位、密度和質量等參數。

2 系統構成及性能指標

該計量系統包括罐內探測器(現場檢測單元)和罐外裝置(信號處理單元)，系統結構如圖1所示。罐內探測器和罐外裝置通過取壓毛細管連接。

圖1 綜合計量系統結構示意

2.1 罐內探測器

罐內探測器采用不銹鋼結構，材質為316，無摩擦火花產生，使用壽命20 a以上。探測器安裝在DN200的管線內，不同位置安裝有測壓點、感溫包、取樣閥。

2.2 罐外裝置

罐外裝置由防爆控制箱和取樣控制臺組成，防爆儀表控制箱適用于爆炸性氣體環境的1～2區，危險氣體或蒸汽ⅡA～C，溫度組別在T1～T6范圍內。控制箱內安裝有PLC、顯示屏、高精度壓力變送器、絕壓變壓器、微型電磁閥等設備。

1) 可編程控制器(PLC)。控制器由中央處理單元(CPU)、I/O模塊、通信模塊、電源模塊等組成。輸入部分是變送器的4～20 mA的標準信號及控制指令；輸出部分是晶體管或繼電器和通信端口。控制程序指令是針對介質的特性、裝卸作業的細節、庫存管理目的及測量精度要求而編制的，具有很強的實用性、可靠性，以滿足全功能測量的要求。所有測量數據可現場顯示，也能夠通過信號電纜將所有測量參數遠程傳輸到控制室進行監控，滿足了貿易計量交接的要求。

2) 高精度壓力變送器。壓力變送器精度不低于±0.04% FS；變送器本體采用防腐蝕設計，適用于罐區周圍環境，在實際工況下可靠運行周期不低于10 a。

3) 絕壓變送器。絕壓變送器精度等級為±0.1%，遲滯不大于±0.01% FS，穩定性大于0.1%/a，溫度影響小于±0.1% FS。

4) 微型電磁閥。微型電磁閥為無泄漏閥門，采用24 V(DC)供電，具有體積小、功耗低等優點。

2.3 主要性能指標

該計量系統主要性能指標： 液位精度±1 mm，密度精度±5×10-4g/cm3(包括平均密度和每米平均密度)，水位精度±2 mm，多點溫度誤差不大于±0.2℃(包括平均溫度、每米點溫度)，取樣點高度誤差不大于±2 cm，高低液位報警誤差不大于±20 mm，罐頂氣相正壓過高、負壓過低報警誤差不大于±196 Pa，穩定性不低于0.1%/a[4]。

3 安裝與應用

3.1 安裝要求

3.1.1儲罐開孔

罐壁底部預留一個DN150，PN16法蘭連接管，與儲罐內取樣管連接。罐頂連接法蘭為DN200，PN16，距計量口2 m范圍內，距罐壁1 m。安裝要求如圖2所示。

3.1.2穿線管和保護軟管

穿線管和保護軟管采用DN50鍍鋅管，與罐壁間距為1 m。保護軟管連接取樣箱，再從取樣箱連接到儀表箱，用于保護測量毛細管。

圖2 安裝要求示意

3.1.3氮 氣

為了確保安全，使用0.3～0.8 MPa的氮氣作為驅動和傳壓氣體。氮氣由小型整裝式制氮機現場制取。氮氣從制氮機處用鍍鋅管引到罐壁開孔點1 m范圍內，再由不銹鋼軟管接至取樣控制箱和防爆儀表箱。

3.1.4電源和通信電纜

該計量系統需要外供直流電源，電源等級為(24±2.4)V(DC)，電源線規格為3×2.5 mm2，自儀表UPS出線，接到防爆儀表箱。電纜保護套管和防爆儀表箱通過防爆撓性管連接。基于方便控制室監控的要求，采用通信方式將綜合計量系統信號傳輸至控制室操作站，采用專用雙芯通信電纜。

3.2 應 用

該計量系統安裝完成后，經調試、聯運及投產運行的多次測試，都達到了精度要求，系統性能優良。

3.2.1功能齊全

能夠測量介質質量、液位、體積、多點溫度、平均溫度、密度、平均密度等參數并可以分層取樣。對高凝點介質在有凝固層的情況下，仍可對上述各參數進行精確測量。測得數據既能就地顯示，也能以通信方式連接到控制室進行遠程監控。

3.2.2準確度高

該系統應用于儲罐的精確計量中，較傳統雷達液位計計量、浮子液位計計量更加準確。對介質分層、含水不均勻等問題可做到分層計量，解決了三點計量帶來的誤差。根據介質混和、流動、擴散的特性，在PLC內置一套科學的計算方法，對測量數值進行有針對性的修正，使得計量精度明顯提高。

3.2.3安全性強

系統中電氣部分全部安裝在防爆控制箱內，并使用氮氣作為保護介質，確保系統無靜電積聚，提高了系統安全性能。

3.2.4操作簡單、方便

因采取直接測量參數，罐頂及其他部位無手動操作，大幅降低了勞動強度，確保雨雪大風等惡劣天氣下生產的正常運行。

4 結束語

該計量系統投用后，各項性能指標均達到設計要求。在相同的工況下，與同類產品相比，系統性價比較優。實際應用表明，計量系統具有運行穩定，安全性、準確度高，操作簡單等優點，特別適合多功能、高精度要求下的罐區自動計量與監控。

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