減小混合式油罐測量系統(tǒng)密度測量誤差方法的探討

趙文洋 王海波

〔中國石化銷售有限公司計量管理站 天津 300384〕

減小混合式油罐測量系統(tǒng)密度測量誤差方法的探討

趙文洋 王海波

〔中國石化銷售有限公司計量管理站 天津 300384〕

介紹了混合式油罐測量系統(tǒng)的密度測量的原理、計算方法，分析了密度測量產(chǎn)生誤差的原因，提出了分別減小低液位和高液位密度測量誤差的方法：前者更換高精度壓力變送器，后者采用線性回歸法解決，并經(jīng)實例驗證，密度油量的準確性得到了顯著提高，相對偏差基本控制在±0.05%以內(nèi)，表明兩種方法的結(jié)合使用，可有效減少混合式油罐測量系統(tǒng)全量程密度測量的誤差。

混合式 油罐 測量系統(tǒng) 密度 測量 誤差 分析

混合式油罐測量系統(tǒng)由自動液位計(ALG)、自動油罐溫度計(ATT)以及液體靜壓測量系統(tǒng)組成，用于測量油罐內(nèi)石油及石油產(chǎn)品的體積或(和)質(zhì)量的自動計量系統(tǒng)?；旌鲜接凸逌y量系統(tǒng)可很大地提高計量精度，減少人為誤差及人員勞動強度，為生產(chǎn)與管理提供準確數(shù)據(jù)。

混合式油罐測量系統(tǒng)先通過ALG直接測量油罐內(nèi)的油高和水高，ATT測量油罐內(nèi)油品溫度，并通過壓力變送器測量油罐內(nèi)油品靜壓力，然后將所測參數(shù)傳輸?shù)交旌咸幚砥饔嬎愠鲇凸迌?nèi)油品的密度、體積和質(zhì)量。目前液位高度、溫度測量方法已經(jīng)趨于成熟，在設(shè)備設(shè)施工況良好的情況下，可以得到較為準確的測量值，但在密度測量時，尤其是低液位時密度測量的準確性成為困擾混合式油罐測量系統(tǒng)在生產(chǎn)中應(yīng)用的絆腳石。本文就減小混合式油罐測量系統(tǒng)密度測量誤差的方法進行探討。

1 混合式油罐測量系統(tǒng)密度測量原理

混合式油罐測量系統(tǒng)測量密度時，通過罐底的壓力變送器Ⅰ測量Ⅰ以上液柱的靜壓力，通過壓力變速器Ⅲ測量罐內(nèi)的氣相壓力，若未安裝壓力變速器Ⅲ，則沿用大氣壓力[1]，原理示意如圖1所示。在壓力變送器Ⅰ以上的液位高度為h，通過自動液位計測量的液位減去LP值。LP是指壓力變送器Ⅰ中心點到罐底基準板的相對高度。在已知壓力P、高度、重力加速度的情況下，可通過式(1)算得視密度。

P=ρ視×LG×(LM-LP)

(1)

式中：P=(P1-P3)+ corr(差壓變送器得到的測量值)；P1——壓力變送器Ⅰ測得的壓力，Pa；P3——壓力變送器Ⅲ測得的壓力，Pa(大氣壓力)；LP——壓力變送器Ⅰ中心點到罐底基準板的距離，m；LG——本地的重力加速度，m/s2；LM——液位計測量的液位，m。

圖1 密度測量原理示意圖

2 密度測量誤差原因的分析

從混合式油罐測量系統(tǒng)密度測量原理可知，密度的測量主要由壓力變送器測量并經(jīng)推算得到。因此，壓力變送器的精度對視密度、標準密度和質(zhì)量有直接影響。密度測量的準確性很大程度直接取決于壓力變送器測量壓力的準確性，所以在混合式油罐測量系統(tǒng)投入使用前，需要對系統(tǒng)中的視密度進行首次賦值。

密度首次賦值依據(jù)人工取樣計量數(shù)據(jù)，通過視密度、試驗溫度的測量，計算出油罐內(nèi)油品的標準密度。通過自動油罐溫度計反推出油罐內(nèi)油品在罐內(nèi)時的視密度，依據(jù)計算出的罐內(nèi)視密度對混合式油罐自動計量系統(tǒng)中的視密度進行首次賦值。需注意的是，在密度首次賦值前，要對油罐安裝的壓力變送器進行排氣、排污，對零點漂移進行調(diào)試[2]。

首次賦值完成后，需要開展人工計量數(shù)據(jù)與自動計量系統(tǒng)數(shù)據(jù)的比對，比對項目包括參照高度、液位高度、溫度、標準密度等原始計量數(shù)據(jù)。依照經(jīng)驗，至少需要比對油罐從滿至空往復(fù)兩個行程的全過程測量，才可積累足夠的比對數(shù)據(jù)對混合式油罐測量系統(tǒng)進行調(diào)試，以保證系統(tǒng)測量結(jié)果的準確性，尤其是密度測量結(jié)果的準確性。

以某公司QD油庫為例，通過一段時間的全要素比對后，發(fā)現(xiàn)在不同液位高度下人工與自動計量系統(tǒng)得到的標準密度值存在非線性差異量，在液位較低時差異量明顯，且差異量與液位高度并不是比例變化關(guān)系。

通過數(shù)據(jù)分析可以發(fā)現(xiàn)，自動計量系統(tǒng)標準密度測量值與人工計量數(shù)據(jù)存在較大差異，難以滿足日常計量作業(yè)的要求。其誤差主要來源于兩方面：一是所賦LP值不準確導(dǎo)致在高液位密度測量過程中出現(xiàn)較大誤差；二是安裝的壓力變送器精度等級低導(dǎo)致在低液位密度測量過程中出現(xiàn)較大誤差。

液位高度與標準密度差異量變化如圖2所示。

圖2 標準密度差異量隨液位高度變化的對比圖

3 減小密度測量誤差的解決方法

想要在真正意義上實現(xiàn)油庫油罐自動化管理，必須解決標準密度測量值不準確的問題。針對高低液位標準密度測量產(chǎn)生誤差原因的不同，筆者提出了如下解決方法以提高全量程范圍內(nèi)標準密度測量值的準確性。

(1)更換0.025%高精度壓力變送器解決低液位密度測量誤差。0.025%高精度壓力變送器量程范圍為0 ～150 kPa，高精度測量范圍為1 020 ～15 000 mm (水)，零點穩(wěn)定性小于10 Pa。此款壓力變送器可在低液位時發(fā)揮更穩(wěn)定的測量效果。

(2)采用線性回歸法解決高液位密度測量誤差。通過對積累的上百組數(shù)據(jù)進行線性回歸法分析，得出了一條斜率固定的液位壓力曲線(圖3)。

圖3 101號罐P1相對液位 (LP 計算)

在線性回歸法分析模型中假設(shè)公式是 y=ax+b, 自變量為X軸液位高度，因變量為Y軸罐底壓力， 那么 LP = -b/a，由圖3所包含的數(shù)據(jù)計算得出斜率a=7330.1，截距b=-1 323.4，得出理論LP值為0.180 5。

以某公司QD油庫101號罐為例，在已更換安裝0.025%高精度壓力變送器后，手工測量101號罐標準密度為853.3 kg/ m3，自動計量系統(tǒng)顯示標準密度為850.8kg/ m3，通過輸入命令查詢此時的系統(tǒng)內(nèi)LP值為0.204 0，而通過線性回歸法計算分析得到LP=0.180 5，兩者分析得出的LP值存在一定差距。將系統(tǒng)LP值更改為0.1805后，自動計量系統(tǒng)顯示標準密度變?yōu)?53.4 kg/ m3，與手工測量的標準密度基本吻合。通過對重新調(diào)整LP值后的油罐計量系統(tǒng)繼續(xù)進行一段時間的不同液位下密度測量數(shù)據(jù)的比對(見表1)，可看出混合式油罐測量系統(tǒng)密度測量結(jié)果與人工測量密度結(jié)果相比，相對偏差基本都控制在±0.05%以內(nèi)(圖4)，密度測量的準確性得到了顯著提高，具體結(jié)果見表1和圖4。

表1 101號罐人工計量與自動計量系統(tǒng)所得標準密度的偏差

注：(1)自動計量系統(tǒng)視密度，(2)人工計量標準密度，(3)自動計量系統(tǒng)標準密度，(4)自動計量系統(tǒng)與人工計量標準密度的偏差，(5)自動計量系統(tǒng)與人工計量標準密度的相對誤差。

圖4 101號罐人工計量標準密度與自動計量系統(tǒng)標準密度偏差曲線

4 結(jié)論

高精度壓力變送器可有效解決低液位標準密度測量不準的問題，高液位標準密度測量準確性的提升可通過對計量原始數(shù)據(jù)進行線性回歸法分析的方式實現(xiàn)。兩種方法的結(jié)合使用，可有效減小混合式油罐測量系統(tǒng)全量程密度測量的誤差。

[1] 馬應(yīng)奎，王新亮.立式罐油量手工與自動計量結(jié)果的比對[J].油氣儲運，2013，32(8)：887-890.

[2] 溫興柔，趙力偉.罐底板缺陷漏磁場三維有限元分析[J].油氣儲運，2015，,3(7)：741-745.

2016-11-03。

趙文洋(1986-)，男，畢業(yè)于河北工業(yè)大學(xué)，工程師，現(xiàn)從事計量技術(shù)與管理工作。