大型原油罐測量技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展趨勢

文/李戎戈

大型原油罐測量技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展趨勢

文/李戎戈

摘 要：近些年國內(nèi)大型儲(chǔ)油罐建設(shè)發(fā)展迅速，渤海灣、長三角、珠三角等沿海一級(jí)油庫達(dá)到上百家，總庫容達(dá)到數(shù)千萬立方。我國在油田開采、煉油、貿(mào)易和倉儲(chǔ)領(lǐng)域一直采用的質(zhì)量交接體制，決定了油罐的準(zhǔn)確測量非常重要，也是最容易產(chǎn)生爭議的原因。根據(jù)近年來新出現(xiàn)的測量儀表和測量原理，本文介紹了目前包括人工檢尺、雷達(dá)液位儀側(cè)量、浮體式儀表測量、油水界面儀、伺服式液位測量儀表、超聲波、激光液位儀等測量儀表和方法，并定性分析了多種技術(shù)對不同油種計(jì)量的選用原則和發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：原油罐； 測量；應(yīng)用 ；趨勢

1.引言

大型原油儲(chǔ)罐是油田、煉廠、油庫和油品碼頭普遍需要的儲(chǔ)存設(shè)施，油罐測量就是對罐內(nèi)的液體介質(zhì)（原油、燃料油）測量其液位、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)需要的測量精度要求很高。隨著近年來技術(shù)的進(jìn)步，我國原油儲(chǔ)罐測量技術(shù)在儀器選型、測量方法上進(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)用戶具體需要的不同和投資經(jīng)費(fèi)的多寡，選用適合的測量儀器和技術(shù)，有利于原油罐使用達(dá)到最優(yōu)異的性價(jià)比。

針對原油罐測量，目前應(yīng)用較多的有雷達(dá)測量液位儀、伺服式液位測量儀表、浮體式測量儀表、超聲波液位測量儀、油水界面儀還有運(yùn)用最為廣泛的人工檢尺。各種測量設(shè)備和測量技術(shù)基本都能滿足計(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，針對不同液體的測量精度也不一樣。一般選用測量儀器要考慮幾個(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.測量儀器儀表

2.1雷達(dá)測量液位儀

雷達(dá)測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量儀表，是一種新型的非接觸式液位測量儀器，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)場總線技術(shù)[1]，并實(shí)現(xiàn)了全數(shù)字化處理，兼容性和開放性良好。其原理是應(yīng)用雷達(dá)波入射到液面后反射回來，由天線接收回波。通過測量電磁波從發(fā)射到反射的時(shí)間差計(jì)算電磁波傳播的距離來測量液位。其使用特點(diǎn)是一次性投入高，但維護(hù)成本低，無需儀器與介質(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。

國外品牌代表如美國艾默生、德國西門子、法國AUXITROL等公司的雷達(dá)測量液位儀均以性能穩(wěn)定、精度高著稱，但價(jià)格較高。國內(nèi)廠家近些年雷達(dá)測量液位儀的設(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)的水平已接近國際先進(jìn)水平，價(jià)格較國外品牌便宜很多。

2.2 浮體式測量儀

這種測量液位的儀器發(fā)展較早，二十世紀(jì)三十年代就開始使用，因其價(jià)格低、操作簡單直觀，至今仍有一定的市場占有率。浮體式液位測量儀表分為浮筒式與浮子式。浮筒式利用機(jī)械滑輪組，通過一端鋼絲繩掛浮球，另一端掛重錘，通過浮球與重錘的運(yùn)動(dòng)距離達(dá)到液位測量的目的。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]。

浮體式測量儀是一種接觸式的測量工具，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5萬方以上的油罐不宜采用，因?yàn)橛凸拊礁?，對安裝平行度、垂直度以及盤簧的質(zhì)量要求也越高。

2.3 油水界面測量儀（UTI）

UTI油水界面測量儀是一種便攜式計(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)字化處理測量數(shù)據(jù)，具有智能化、自校正的優(yōu)點(diǎn)，可用于測量油罐等大型存儲(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原油油位與水位的測量具有其它傳感器無可比擬的優(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。油水界面測量儀自帶探頭，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)就可以測量出液面的位置。UTI的出現(xiàn)給原油計(jì)量帶來了極大的方便，特別是交接過程中可能出現(xiàn)的計(jì)量問題，如原油中明水含量過高，船舶油艙中的明水量等。

目前國內(nèi)使用的通常是進(jìn)口油水界面儀，如韓國TKT、美國MMC等廠家。國內(nèi)生產(chǎn)該測量設(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，受人為觀測影響。

2.4 伺服式液位測量儀表

伺服式測量液位計(jì)是一種高精度的儲(chǔ)罐液位設(shè)備，是一種多功能測量儀表。它采用浮力平衡原理，既可以測量液位也可以測量界面、密度和罐底。伺服式測量液位是用一臺(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)。這種測量儀表幾乎不存在機(jī)械傳動(dòng)裝置，通過與計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)，數(shù)據(jù)運(yùn)算很快，測量精度非常高，伺服電機(jī)靈敏度可達(dá)到0.1mm，測量精度可達(dá)0.7mm[3]。伺服式測量液位計(jì)價(jià)格高、目前國內(nèi)用戶使用不多。

2.5 超聲波、激光測量液位儀

超聲波、激光測量液位儀的工作原理基本一致，它們都屬于非接觸式測量液位儀，精度高、維護(hù)簡單。即由傳感器發(fā)射超聲波或激光照射被測物（液）面，通過接收反射波、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)生的干擾過濾出來，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。超聲波測量儀一般精度能達(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，光速遇到被測界面，產(chǎn)生反射，即使被測界面很粗糙，漫反射光也能被傳感器接收。激光液位儀適用于開口小的容器內(nèi)液位的測量，激光測量儀對高溫、高黏度的測量對象也適用。

2.6 人工測量檢尺

人工測量檢仍是當(dāng)前應(yīng)用廣泛的一種測量方法。也是目前法定檢查和商業(yè)檢查用來核定油品數(shù)量的標(biāo)準(zhǔn)手段。人工檢尺利用計(jì)量員通過浸入式刻度銅尺測量并讀取記錄液位，取樣測量油溫和密度，通過對比罐容表得到儲(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.油罐測量技術(shù)的選用原則和發(fā)展趨勢

針對文中不同測量儀器和方法，給出精度和適宜測量不同介質(zhì)選用原則的比較表格。

4.結(jié)語

隨著儲(chǔ)油罐測量技術(shù)的大力發(fā)展，越來越多的新技術(shù)、新測量儀器得到應(yīng)用，測量儀器多樣化趨勢將繼續(xù)存在。接觸式測量方法和非接觸式測量方法成為兩種發(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)接入油庫的整體自動(dòng)化控制系統(tǒng)是油罐測量的發(fā)展趨勢?？傮w而言，接觸式測量儀器精度高、安裝操作方便，適合投資成本嚴(yán)格受限的儲(chǔ)油罐測量；非接觸式測量儀器，一次投入大，且無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量儀器是未來測量技術(shù)的發(fā)展趨勢。

參考文獻(xiàn)

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

[2] 郭光臣．石油設(shè)計(jì)與管理[M]山東：石油大學(xué)出版社 1991

[3] 李冬梅．國內(nèi)外液位計(jì)量儀表技術(shù)發(fā)展動(dòng)向[J]儀器儀表用戶，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）