成品油油罐混合法計量精度優化研究

易思安

[摘 要] 油品計量是油庫日常工作之一，在油庫經營管理中占有重要地位。傳統的人工檢尺計量在測液位、溫密度、采樣等環節均存在著不同程度的系統性誤差，而自動計量投入成本高，且精準度有待進一步提高。該文通過對成品油油罐混合法計量的原理、計算模型的探討，提出了可以通過對液位計調校、基準平臺對齊、濾波消除等儀表和精度算法調優，輔助密度差調優、液位計誤差補償和壓力變送器壓力排空等軟件調優，極大地提高計量精度，減少人為誤差及人員勞動強度，為生產與管理提供準確的數據。

[關鍵詞] 油罐計量；混合法；優化

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2017. 15. 086

[中圖分類號] U268.5 [文獻標識碼] A [文章編號] 1673 - 0194（2017）15- 0191- 04

1 前 言

油品計量是油庫日常工作之一，在油庫經營管理中占有重要地位，如果不能精確的計量，不僅無法準確地掌握油品的數量變化，而且還可能在收油和發油作業等貿易交接中出現混亂。傳統的人工檢尺計量勞動強度大，且在測量液位、溫密度、采樣、密度換算等環節均存在著不同程度的系統性誤差。為了準確地掌握儲油罐作業信息，國內外研究了眾多的儲油罐監測計量方法及裝置，在實際過程中各類測量方法都存在一定的系統誤差，影響計量的精準度。本文通過對成品油混合式油罐計量（HTMS）系統的原理、計算模型進行研究，進一步探討通過對儀表的校準、濾波算法的調校和優化，并通過軟件調優對密度、空壓等動態因素的優化等，提高油罐計量的精準度，為油庫生產和經營提供準確數據。

2 油罐自動計量的測量方法

油罐自動計量系統主要有三種測量方法，分別是液位計法、靜壓法和混合法。

（1）液位計法（ATG），主要用于體積交接的國家。ATG系統包括：ALG-自動液位計；ATT-自動溫度計。

（2）靜壓法（HTG），是指利用壓力或差壓變送器測量油品介質作用在罐底部靜壓的方法來測量儲罐內介質的質量的方法叫靜壓法。

（3）混合法（HTMS），是把 ATG 與 HTG 兩種系統混合成一種系統，具有以上兩種系統的全部功能。本文將重點探討混合法計量的原理、計算模型以及如何提高它的計量精準度。

混合法的基本原理：利用液位計測量得到液位H，壓力變送器得到液位H高度下的靜壓力值P，單點溫度計或多點平均溫度計測量得到介質的溫度，通過下面的公式可得到：

ρt（真空中）：在t溫度、液位H高度下的平均密度。

標準體積：V20=Vt×VCF20

VCF20：通過標準密度及溫度查GB 1885得到。

質量（真空中）：M=ρt×Vt

3 混合法自動計量計算模型分析

HTMS混合法計量計算中包含了ALG液位法計量計算的內容。ALG液位法的計量計算等同于HTMS混合法無法獲取底部壓力，或液位降至密度起算高度之下，標準密度計算時的情況。

3.1 毛計量體積計算公式

GOV=[（TOV-FW）×CTSh]±FRV

其中：

GOV是毛計量體積；TOV是來自自動液位計測量的液位查油罐容積表后獲得的總計量體積；FW是游離水體積；FRV對于浮頂罐，液位高于起浮高度時的排液體積；CTSh是油罐罐壁熱膨脹糾正。

3.2 油品計量密度（在真空中）計算公式

其中：

Dobs是真空中的液體計量密度；N是單位常數；L是ALG液位（實高）讀數；Z是hb+ho（P1變送器下跟部對油罐基準平臺）；hb是傳感器P1受力中心到混合參考點之間的垂直距離；ho是從油罐基準平臺到混合參考點之間的垂直距離；ht是傳感器P1和P3模片上的受力中心之間的垂直距離；Dv是油罐內蒸汽密度；Da是環境空氣密度。

按照不確定度理論的分析，Dobs需要液位L達到預定的密度起算高度hmin后才進行計算。當液位L在之下時，hmin系統計算或者使用液位下降到hmin時最后計算的標準密度，Dref或者使用用戶直接手工輸入的Dref。

3.3 油品質量（真空中）的計算公式

mv=GOV×Dobs

其中：

GOV是毛計量體積；Dobs為油品真空中的計量。

3.4 毛標準體積（GSV）

GSV=GOV×VCF

其中：

GOV是總觀測體積；

VCF是從GB/T 1885石油密度表中獲得的體積修正參數，也可從等效的API公式計算獲得。

3.5 油品在空氣中的表觀質量計算公式

ma=mv×（1-Da / Dv）

其中：Da是環境空氣密度，按1.1 kg/m3計算；Dobs是油品計量密度（真空中）。

4 計量精度優化處理的幾種方法

4.1 針對液位計的優化處理

4.1.1 液位計的精度周期校準

油罐變形存在兩種，彈性變形和塑性變形。油罐塑形變形導致的液位計測量誤差需要對液位計進行周期性的校準。另外，液位計本身因長期運行導致的精度漂移也需要對液位計進行周期性的校準。

4.1.2 液位計基準平臺處理

為了保證手工投尺基準和液位計基準的統一，要將兩個基準平臺關聯起來，最好將兩個平臺的鋼板高度保持一致。

4.1.3 液位計系統誤差的補償

如果油罐的彈性變形存在一定規律，可以通過計算單元對液位計的測量值進行分段補償。

4.2 針對壓力變送器的優化處理endprint

壓力變送器除進行定期的量程校準、零點校準、阻尼系數外，還需在安裝基準點和設備運行進行優化。

4.2.1 安裝基準點的處理

根據GB/T 25964-2010《石油和液體石油產品采用混合式油罐測量系統測量立式圓筒油罐內油品體積、密度和質量的方法》8.2.2的要求，應將將油罐的混合法參照點在靠近壓力變送器的引壓件位置，標記在油罐外壁上。做到HTMS基準（罐外標記）、手工投尺基準和液位計基準三基準統一，消除因基準不統一造成的誤差。

4.2.2 加裝防雨罩

對于地處南方和沿江靠海的油庫，雨天較多，為了防止壓力變送器接線腔進水導致的接線端子腐蝕，要為壓力變送器增加防雨罩。

4.3 針對計算單元的優化處理

4.3.1 密度計算方法的優化

根據GB/T 25964-2010石油和液體石油產品采用混合式油罐測量系統測量立式圓筒油罐內油品體積、密度和質量的方法》，計算單元采用HTMS混合法進行計算時，密度計量的不確定度取決于罐上液位計和壓力變送器的精度，且受限于罐內液位的高度，液位必須大于密度起算高度后，密度計量的不確定度才能達到相應的要求。

考慮到油罐內油品會存在密度分層的情況，如果可以在計算中使用分段測量的分層密度數據，可以大大提高質量計量的精度。一般情況下課分別取罐內1/6，1/2和5/6三個油樣，當罐內油品分層嚴重時，需每米取樣。

采用手工取樣或自動取樣獲取的分層標準密度，由靜壓法計算質量、液位計法計算體積。計量計算基本過程按照GB/T 19779-2005《石油和液體石油產品油量計算靜態計量》、GB/T 18273-2000《石油及液體石油產品—立式罐內油量的直接靜態測量法（HTG質量測量法）》和GB/T1885-1998《石油計量表》。油品體積計算根據液位計測量的液位查罐容積表獲得；壓力變送器死區以下的質量按照分層密度的底部密度值進行計算；壓力變送器以上的質量計算與密度無關，根據靜壓法PS/g獲得。

4.3.2 計量儀表系統性誤差的補償

經過長期比對液位計測量與手工投尺（使用高精度的電子量油尺量尺作為測量真值），并記錄比對數據。如果經過數據分析，能得到規律性的測量誤差，那證明油罐存在規律性的彈性變形。我們可以擬合液位計測量的誤差曲線，并將其輸入計算單元，進行液位計測量值的誤差補償。

同理，可以進行溫度測量值的誤差補償。

4.4 針對軟件的優化處理

解決了因油罐變形、儀表誤差和濾波干擾等影響計量精度的硬件和精度算法調優外，考慮到溫度、密度、空高壓力等各類動態因素的影響，借助軟件系統對計量精度進行優化，也是有效的方法。

4.4.1 密度測量優化

考慮到密度的不確定度，軟件中增加手工密度取樣或自動密度取樣，并將密度下傳給現場處理器的功能。包括每米標密、手工取樣標密、取樣方式、取樣高度和密度起高點提示的配置

4.4.2 增加液位計誤差補償

通過原始數據的積累，可以生成液位計誤差補償的擬合曲線，并可以通過液位計誤差補償窗口輸入至計算單元中，以提高液位計測量精度。補償方式可以有兩種，一是三階前線補償，二是每米分段補償。

4.4.3 增加壓力變送器排空操作提示

當油罐出油液位降至壓力變送器安裝高度之下后，壓變的引壓口內進入空氣；當油罐再次進油后，引壓口會憋壓，造成壓力測量的誤差。為了防止此類問題發生，在軟件中增加壓力變送器排空操作提示功能。

5 結 論

綜上所述，成品油油罐混合法計量可通過可以通過對液位計調校、基準平臺對齊、濾波消除等儀表進行優化，輔助密度差調優、密度起高點提示、壓力變送器壓力排空和液位計誤差補償等軟件優化，極大地提高計量精度，減少人為誤差及人員勞動強度，為生產與管理提供準確的數據。

主要參考文獻

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