成品油儲(chǔ)備庫(kù)自動(dòng)計(jì)量系統(tǒng)誤差分析及對(duì)策

施維岳（中國(guó)石化銷售股份有限公司華北分公司，天津300384）

1 自動(dòng)計(jì)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(wú)法通過儀器儀表直接測(cè)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(cè)量計(jì)算得到。油庫(kù)自動(dòng)計(jì)量系統(tǒng)本質(zhì)上是對(duì)油罐液位測(cè)量技術(shù)、油品溫度測(cè)量技術(shù)、油罐靜壓測(cè)量技術(shù)的綜合應(yīng)用，再輔以計(jì)量軟件的運(yùn)算及數(shù)據(jù)處理功能，實(shí)現(xiàn)罐區(qū)油品自動(dòng)計(jì)量的目的。

油罐自動(dòng)計(jì)量系統(tǒng)測(cè)量方法主要是以下三種：

1.1 液位計(jì)測(cè)量法（LTG）

液位計(jì)法是依據(jù)儲(chǔ)罐上的液位計(jì)對(duì)儲(chǔ)罐內(nèi)液位進(jìn)行測(cè)量，根據(jù)測(cè)量到的液位參數(shù)查找對(duì)應(yīng)儲(chǔ)罐容積表進(jìn)而得到凈油體積，隨著技術(shù)進(jìn)步液位計(jì)系統(tǒng)也可開始測(cè)量油品溫度，但是油品密度必須由人工測(cè)量，經(jīng)運(yùn)算后方可得到油品質(zhì)量。

根據(jù)液位計(jì)的種類不同，其主要測(cè)量方法分為兩種：一種是直接對(duì)液位高度測(cè)量，如鋼帶浮子液位計(jì)；另一種是空高測(cè)量，如雷達(dá)液位計(jì)。兩種測(cè)量方法相較而言，后者會(huì)比前者的誤差要大，但前者可靠性偏低。

1.2 靜壓測(cè)量法（HTG）

靜壓測(cè)量法的測(cè)量基本思想是通過測(cè)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(jìn)行綜合計(jì)算，最后得到罐內(nèi)油品質(zhì)量等其他數(shù)據(jù)。靜壓測(cè)量法計(jì)量系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)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(jìn)行固定位置安裝，壓力變送器根據(jù)實(shí)際情況選擇一般安裝2-3 臺(tái)，HTG 測(cè)量系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是在連續(xù)測(cè)量罐內(nèi)油品質(zhì)量的同時(shí)還能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)罐內(nèi)壓力確保作業(yè)安全，缺點(diǎn)是油品溫度測(cè)量點(diǎn)位不足，油品密度測(cè)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(cè)量法（HIMS）

混合測(cè)量法是一種結(jié)合法，將液位計(jì)法與靜壓測(cè)量法綜合應(yīng)用，通過對(duì)油罐內(nèi)油品液位、溫度、壓力參數(shù)的直接精確測(cè)量，經(jīng)過綜合計(jì)算后得到罐內(nèi)油品平均密度、質(zhì)量等數(shù)據(jù)，達(dá)到替代人工實(shí)現(xiàn)自動(dòng)計(jì)量的目的。HIMS 系統(tǒng)測(cè)量精度較高，同時(shí)對(duì)運(yùn)行維護(hù)調(diào)試的要求也較高。

2 Enraf伺服液位計(jì)在自動(dòng)計(jì)量中的應(yīng)用

為實(shí)現(xiàn)油庫(kù)油品自動(dòng)計(jì)量交接，提高油庫(kù)運(yùn)行的自動(dòng)化水平，當(dāng)前成品油儲(chǔ)備庫(kù)的計(jì)量系統(tǒng)普遍采用的是混合測(cè)量法即HIMS 系統(tǒng)。Enraf 系列伺服液位計(jì)依靠其較高的測(cè)量精度、安全穩(wěn)定的系統(tǒng)運(yùn)行和眾多的成功應(yīng)用案例，目前已在我國(guó)成品油儲(chǔ)備庫(kù)內(nèi)大范圍應(yīng)用推廣。

以某成品油儲(chǔ)備庫(kù)的應(yīng)用為例，每座油罐裝有Honeywell公司Enraf 854XTG 伺服液位計(jì)一臺(tái)、16 點(diǎn)平均溫度計(jì)MTT SENSOR 864一套、距罐底板300mm處裝有Foxboro壓力變送器一臺(tái)，結(jié)合計(jì)量工作站共同組成混合法自動(dòng)計(jì)量系統(tǒng)。每臺(tái)油罐Enraf 伺服液位計(jì)系統(tǒng)通過485 總線將數(shù)據(jù)信號(hào)傳送至CIU Prime 通訊接口。CIU Prime 將現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)傳送至PLC 后，油罐的液位、溫度、密度數(shù)據(jù)在計(jì)量工作站中實(shí)時(shí)顯示。在實(shí)際使用中經(jīng)過與大量人工測(cè)量數(shù)據(jù)比對(duì)，Enraf 伺服液位計(jì)使用效果如下：

（1）油品溫度測(cè)量結(jié)果十分準(zhǔn)確，與人工測(cè)量結(jié)果一致。

（2）油罐液位測(cè)量結(jié)果經(jīng)人工反復(fù)標(biāo)定后基本準(zhǔn)確，可滿足油罐液位監(jiān)測(cè)要求。

（3）油品密度測(cè)量結(jié)果誤差較大，是造成油庫(kù)暫時(shí)無(wú)法全面實(shí)現(xiàn)精確自動(dòng)計(jì)量的主要原因。

（4）油罐內(nèi)油水界面的測(cè)量操作不方便且誤差較大。

目前油庫(kù)的計(jì)量系統(tǒng)仍處于半自動(dòng)化的應(yīng)用狀態(tài)，即油罐內(nèi)油品液位、溫度參數(shù)可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)計(jì)量，但是油品密度、水高參數(shù)仍需人工測(cè)量。

3 Enraf伺服液位計(jì)自動(dòng)計(jì)量誤差分析及對(duì)策

Enraf伺服液位計(jì)計(jì)量系統(tǒng)在實(shí)際使用中，油品密度的測(cè)量是最大短板，仍需頻繁人工手動(dòng)測(cè)量，油品密度誤差產(chǎn)生的主要原因及對(duì)策如下：

3.1 液位測(cè)量誤差分析及對(duì)策

Enraf伺服液位計(jì)的基本思路與空高測(cè)量一致，液位計(jì)置于罐頂通過伺服電機(jī)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(jì)最好安裝于導(dǎo)向管上，導(dǎo)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最穩(wěn)固的第一圈鋼板固定兩種方式。從實(shí)際應(yīng)用效果看，采用罐底固定方式在油罐低液位時(shí)與人工測(cè)量結(jié)果基本一致，高液位時(shí)測(cè)量結(jié)果誤差加大，因?yàn)槎鄶?shù)油庫(kù)油罐往往使用年限較長(zhǎng)在高液位時(shí)罐底板可能發(fā)生不同程度的形變，導(dǎo)致測(cè)量誤差，因此建議采用罐底最穩(wěn)固的第一圈鋼板固定方式為佳。

此外在對(duì)伺服液位計(jì)系統(tǒng)進(jìn)行液位參數(shù)修正時(shí)往往需要輸入人工檢尺數(shù)據(jù)，一方面要確保計(jì)量人員檢尺精準(zhǔn)，一方面還要保證人工檢尺基準(zhǔn)點(diǎn)的穩(wěn)定。老舊油罐應(yīng)增加罐壁檢尺板，以消除高液位時(shí)罐底板形變導(dǎo)致的人工測(cè)量誤差。

3.2 油罐內(nèi)氣相壓力造成的測(cè)量誤差

油罐內(nèi)特別是拱頂罐內(nèi)的氣相壓力會(huì)隨著油罐內(nèi)氣體空間溫度的上升或收油作業(yè)時(shí)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(shí)液面降低而減小。此時(shí)油罐底部壓力傳感器測(cè)得的罐內(nèi)介質(zhì)壓力也會(huì)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(shè)計(jì)時(shí)如未考慮安裝，將會(huì)產(chǎn)生平均密度測(cè)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(hào)傳送至計(jì)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(cè)量誤差；二是可以將罐頂壓力信號(hào)傳送至油庫(kù)SCADA 系統(tǒng)內(nèi)，用于罐頂壓力監(jiān)控進(jìn)行聯(lián)鎖保護(hù)，防止在霜凍天氣下進(jìn)行發(fā)油作業(yè)時(shí)因呼吸閥失效造成油罐負(fù)壓抽癟。

3.3 HTMS系統(tǒng)本身固有缺陷造成的測(cè)量誤差

GB/T25964-2010中指出：當(dāng)油品液位靠近底部壓力傳感器P1時(shí)，計(jì)算密度的不確定度會(huì)變得較大。這是因?yàn)殡S著液位的降低，液位計(jì)測(cè)量液位的相對(duì)誤差隨液位的降低而逐漸增加，P1壓力變送器測(cè)量壓力的相對(duì)誤差也會(huì)逐漸增加。這就說(shuō)明：當(dāng)液位低于預(yù)定液位hmin時(shí)，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(dāng)液位在預(yù)定液位hmin以下時(shí)，如果油品密度保持相對(duì)一致可使用液位hmin時(shí)計(jì)算得到的數(shù)據(jù)代替，如果油品分層或有新油品進(jìn)入油罐則需人工測(cè)量手動(dòng)輸入數(shù)據(jù)。

3.4 壓力傳感器選型對(duì)密度測(cè)量誤差影響

壓力傳感器的精度對(duì)油罐自動(dòng)計(jì)量系統(tǒng)的計(jì)量精度起著決定性的作用，油罐自動(dòng)計(jì)量系統(tǒng)的壓力傳感器所測(cè)量的壓力誤差的絕對(duì)值應(yīng)不大于60 Pa[2]，同時(shí)結(jié)合油罐選擇最佳使用量程和調(diào)校量程的壓力傳感器也是十分必要。油罐自動(dòng)計(jì)量系統(tǒng)在安裝調(diào)試穩(wěn)定后，后期的檢修維護(hù)是保證系統(tǒng)精確運(yùn)行的必要條件，特別是對(duì)壓力傳感器的周期性檢定，每年至少應(yīng)保證檢驗(yàn)調(diào)校1次，以保證設(shè)備的精確測(cè)量。

4 結(jié)語(yǔ)

為了實(shí)現(xiàn)成品油儲(chǔ)備庫(kù)計(jì)量自動(dòng)化的目標(biāo)，必需保證計(jì)量系統(tǒng)各組成設(shè)備施工安裝質(zhì)量、設(shè)備精度等級(jí)以及大數(shù)據(jù)的比對(duì)調(diào)校，還要對(duì)老舊油罐進(jìn)行完善改造，以滿足自動(dòng)計(jì)量系統(tǒng)的要求。在控制油罐液位測(cè)量誤差的前提下，盡可能的保證密度測(cè)量精度，基本可實(shí)現(xiàn)油庫(kù)自動(dòng)化計(jì)量效果。同時(shí)，也要清醒的意識(shí)到，油庫(kù)自動(dòng)化計(jì)量是需要長(zhǎng)時(shí)間與大量人工測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)修正的過程，這不僅需要油庫(kù)計(jì)量人員的高度敬業(yè)及業(yè)務(wù)過硬，還需要油庫(kù)建立一支穩(wěn)定素質(zhì)過硬的運(yùn)行維護(hù)隊(duì)伍，以保證油庫(kù)計(jì)量系統(tǒng)的高效運(yùn)行。