儲(chǔ)液罐計(jì)量檢尺的安全技術(shù)分析

劉　濤　馬國新　張雄輝　宋忠義

摘要：目前在儲(chǔ)液罐人工計(jì)量檢尺操作中存在一些安全隱患，文章針對(duì)其安全技術(shù)問題，進(jìn)行了理論分析并提出改進(jìn)建議，此外還就油品乳化液含水量與其導(dǎo)電率的關(guān)系及實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行了分析研究。

關(guān)鍵詞：儲(chǔ)液罐；人工計(jì)量檢尺；量油尺檢尺法；安全隱患

中圖分類號(hào)：TU991文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-2374（2009）07-0009-02

目前量油尺檢尺法存在一些弊端，對(duì)油水混合層厚度也不能定量檢測(cè)，由于油品或含油污水儲(chǔ)罐內(nèi)上部空間一般都存有易燃易爆氣體，而使用電流表或萬用表計(jì)量檢尺測(cè)量游離水高度時(shí)可能會(huì)產(chǎn)生火花，本文根據(jù)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定和相關(guān)理論，結(jié)合實(shí)際調(diào)查情況進(jìn)行安全技術(shù)分析和探索。

一、油品儲(chǔ)罐液位人工檢尺操作

目前普遍使用的量油尺一般為測(cè)深鋼卷尺，應(yīng)符合GB13236技術(shù)要求。量油尺由手柄、尺架、鋼卷尺帶、尺鉈（銅錘）等組成。其中尺鉈有0.7kg的輕型和1.6kg的重型兩種，前者用于測(cè)量低黏度油品，后者用于測(cè)量高黏度或罐底有明顯沉淀物的油品。量油尺結(jié)構(gòu)如圖1所示：

液位人工計(jì)量檢尺應(yīng)參照國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T13894－92《石油和液體石油產(chǎn)品液位測(cè)量法》（手工法）進(jìn)行，一般對(duì)于罐底部沒有沉淀物時(shí)用直接測(cè)量油高的方法；對(duì)于罐底部有障礙物或沉淀物或很黏稠的油品時(shí)用間接測(cè)量空距的方法。目前油田一般常用測(cè)量空距的方法檢尺。

測(cè)量油離水高度國標(biāo)推薦了三種方法：一是用檢水尺和示水膏或示水紙法；二是用測(cè)深量油尺法；三是取樣器法。

由于含水原油普遍存在油水乳化混合層，以上三種非電式檢尺方法實(shí)際上都很少采用，目前原油集輸油生產(chǎn)企業(yè)普遍采用加電方式配合量油尺的電流表或萬用表指示法來測(cè)量罐內(nèi)油離水高度，而光電式量油尺是發(fā)展趨勢(shì)，但尚未普及。這些液位測(cè)量操作方法目前沒有相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，尤其是在安全防爆性方面更是缺乏權(quán)威認(rèn)定。下面重點(diǎn)對(duì)加電式量油尺操作安全技術(shù)進(jìn)行分析研究。

二、使用電流表或萬用表人工檢尺操作

操作者站在大罐量油口旁邊，手持量油尺，將電流表或萬用表一根引線夾子夾在量油尺架上，另一根引線夾子夾在大罐量油口上，搖動(dòng)鋼卷尺帶使尺鉈下降，尺鉈在油層中電流表或萬用表指針不偏轉(zhuǎn)，當(dāng)尺鉈接觸到低含水油層時(shí)，表指針開始偏轉(zhuǎn)，當(dāng)尺鉈接觸到高含水油層時(shí)，表指針偏轉(zhuǎn)到較大值，一般電流表電流達(dá)到60mA或電阻值明顯變小時(shí)即認(rèn)為完全進(jìn)入水層，此時(shí)量油尺與大罐量油口平齊的刻度即為大罐游離水空高。測(cè)量電路原理如圖2所示：

使用100mA電流表法用一節(jié)1.5V干電池作電源檢尺時(shí)，一般情況下電流達(dá)到60mA就認(rèn)為是水層，即通過罐內(nèi)游離水和罐體的檢測(cè)電流為60mA，但在上罐檢尺操作中當(dāng)油尺鉈完全進(jìn)入污水層時(shí)實(shí)際電流要超過100mA，電流表指針經(jīng)常會(huì)偏轉(zhuǎn)到極限而被擋住，檢測(cè)實(shí)際電流高達(dá)200mA，其能量P為：

P＝UI＝1.5×0.2＝0.3W＝0.3J

式中：U——電源電壓，單位：伏特；I——通過罐內(nèi)介質(zhì)和罐體的電流，單位：安培。

而使用萬用表（以MF500型為例）時(shí)，低阻檔電池為1.5V，高阻擋為9V電池，前者電流也要超過100mA，后者電流雖然不大但電壓較高。

三、量油尺光電指示儀檢尺操作

量油尺光電指示儀目前尚無成熟產(chǎn)品被廣泛應(yīng)用，但已有可靠實(shí)驗(yàn)產(chǎn)品出現(xiàn)。由于油品儲(chǔ)罐內(nèi)一般都含有易燃易爆氣體，其安全防爆性至關(guān)重要，因此電路的首要設(shè)計(jì)原則就是要保證安全防爆性能。光電指示儀和量油尺在大罐上配合使用，首先其電路為閉路連接，沒有觸點(diǎn)開關(guān)，所以也就不會(huì)產(chǎn)生電火花。其次光電指示儀電路主回路電流僅為5mA，安全防爆性能是能夠達(dá)到要求的。

使用量油尺光電指示儀通過罐內(nèi)游離水和罐體的檢測(cè)電流的大小可以根據(jù)電路進(jìn)行分析如下：

通過罐內(nèi)游離水和罐體的檢測(cè)電流即為經(jīng)過復(fù)合晶體三極管放大電路的取樣電流i，選取復(fù)合晶體三極管的放大倍數(shù)分別為β1＝30、β2＝50，根據(jù)達(dá)林頓電路特點(diǎn)，電流放大系數(shù)β值約等于兩只三極管電流放大系數(shù)β1、β2的乘積，即：

β＝β1·β2

因此放大電路的取樣電流i只要微安級(jí)別就可以滿足要求。

在電路中，通過罐內(nèi)游離水和罐體的檢測(cè)電流i值，根據(jù)直流放大器公式：

β＝ Ic/ Ib

式中：β＝β1·β2；

Ic≈通過發(fā)光二極管的電流與微型電表電流之和Ic，單位：毫安；

Ib＝放大電路的取樣電流i，單位：毫安。

所以通過罐內(nèi)游離水和罐體的檢測(cè)電流i值為：

i＝Ic/（β1×β2）

＝5/（30×50）

＝0.003（mA）

其能量為：P＝U·I＝3×0.00003＝0.00009W＝0.00009J。

通過罐內(nèi)游離水和罐體的檢測(cè)電流是0.003mA，已經(jīng)達(dá)到微安級(jí)別。

四、三種加電式檢尺方法安全性對(duì)比

以上三種檢尺方法電路原理如圖3所示。電流表法和萬用表法主回路電流I完全經(jīng)過罐內(nèi)介質(zhì)和罐體，而光電指示儀法主電流I自成回路，只有微弱的取樣電流i經(jīng)過罐內(nèi)介質(zhì)和罐體。

按照國家有關(guān)爆炸性混合物最小引爆電流分級(jí)規(guī)定，甲烷、乙烷、丙烷、汽油、乙醇、苯、一氧化碳和氨等屬于Ⅰ類，最小引爆電流i>120mA，最小著火能量約為0.001焦耳；烯烴和醚類屬于Ⅱ類，最小引爆電流70mA

使用100mA電流表法的能量是Ⅰ類爆炸性混合物最小著火能量的300倍，即使按60mA計(jì)算也高達(dá)90倍，所以基本可以確定，使用100mA電流表法進(jìn)行原油或污水儲(chǔ)罐檢尺是不安全的。

如果使用萬用表，從萬用表電阻檔的Ω×10K～Ω×1倍率，通過罐內(nèi)游離水和罐體的檢測(cè)電流為1～150mA，則產(chǎn)生的能量為Ⅰ類爆炸性混合物最小著火能量的1.5～150倍，其中Ω×1K倍率檔最低。通過分析可見使用萬用表配合檢尺也是不太安全的,但比直接使用100mA電流表要好得多。

使用光電指示儀僅為最小引爆電流120mA的五萬分之一，是原來使用100mA電流表法的二萬分之一，其能量為Ⅰ類爆炸性混合物最小著火能量的0.9%。

通過上述理論計(jì)算和分析可以證明，使用光電指示儀進(jìn)行儲(chǔ)液罐檢尺是最安全的，完全可以滿足安全防爆性要求，應(yīng)該屬于本質(zhì)安全型儀器。

五、油品乳化液含水量與其導(dǎo)電率的關(guān)系及實(shí)驗(yàn)方法

1．油品乳化液含水量與其導(dǎo)電率的關(guān)系。游離水的導(dǎo)電性是很好的，而油品乳化液的導(dǎo)電性主要取決于含水

率。乳化液是兩種（或兩種以上）不相溶液體的混合物，其中一種液體以極小的液滴形式分散在另一種液體中。原油乳化液主要有兩種類型：一種是“油包水”型，其中水是分散相，油是連續(xù)相；另一種是“水包油”型，其中油是分散相，水是連續(xù)相；此外還有多重乳化液。為了定量測(cè)量儲(chǔ)液罐內(nèi)混油層厚度，以便選擇安全的加電計(jì)量檢尺電路，需要測(cè)定不同含水率油品的導(dǎo)電率。

油品乳化液的導(dǎo)電性目前尚無可以普遍采用的資料，實(shí)際數(shù)據(jù)可以通過實(shí)驗(yàn)取得。把實(shí)際測(cè)到的不同含水率ω與電阻值Ω數(shù)據(jù)標(biāo)在坐標(biāo)紙上，通過分析它們的分布情況，畫出二者的關(guān)系曲線。設(shè)想原油乳化層的電阻Ω和含水率ω可能遵循某個(gè)規(guī)律，用回歸分析法能夠建立某種線性或非線性方程式：

Ω＝α·ω 或Ω＝α/ω

式中：α——根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)通過歸納而得到的系數(shù)。

2．測(cè)定油品乳化液導(dǎo)電率的實(shí)驗(yàn)方法。測(cè)定原油乳化液導(dǎo)電率的實(shí)驗(yàn)方法盡量與實(shí)際生產(chǎn)環(huán)境相似，首先油品或含油污水全部直接從儲(chǔ)液罐中取得，按預(yù)定比例強(qiáng)烈攪拌，制備不同含水率的乳化液，然后分別放入與儲(chǔ)液罐相同材質(zhì)的容器內(nèi)，且容器內(nèi)底部事先放置一定深度的儲(chǔ)罐底水，最后在乳化液的上部緩慢置入一定量不含水的純油，然后用量油尺模擬檢尺過程，測(cè)量每份不同含水量乳化液的電阻值。

六、結(jié)語

通過上述分析證明，儲(chǔ)液罐人工計(jì)量檢尺使用100mA電流表或萬用表測(cè)量游離水高度存在不安全隱患，不符合防爆標(biāo)準(zhǔn)要求，一旦爆炸的三要素同時(shí)具備，就有可能發(fā)生著火爆炸事故。

鑒于測(cè)量罐內(nèi)油離水高度電表指示法已被油田等企業(yè)普遍采用的實(shí)際情況，提出以下建議：

1．不直接使用100mA電流表進(jìn)行人工大罐液位計(jì)量檢尺。

2．如果沒有更好的方法，建議使用高內(nèi)阻的電流表，并實(shí)際檢驗(yàn)電流強(qiáng)度不能超過120mA，同時(shí)必須滿足電壓與電流的乘積不能超過0.001W。

3．如果使用萬用表進(jìn)行人工大罐液位計(jì)量檢尺，建議使用電阻檔的R×1K倍率檔；

4．優(yōu)先推薦使用光電式量油尺。

5．無論采用哪種方法檢尺，必須注意儀器引線夾子應(yīng)在罐口下尺前就固定好，在操作過程中電線不可斷開。

作者簡介：劉濤（1976－），男，山東壽光人，勝利油田河口采油廠油氣集輸大隊(duì)助理工程師，研究方向：石油儲(chǔ)運(yùn)；馬國新（1959－），男，河北秦皇島人，勝利油田河口采油廠油氣集輸大隊(duì)高級(jí)技師，研究方向：石油礦藏機(jī)械。