成品油油罐混合法計(jì)量精度優(yōu)化研究

易思安

[摘 要] 油品計(jì)量是油庫(kù)日常工作之一，在油庫(kù)經(jīng)營(yíng)管理中占有重要地位。傳統(tǒng)的人工檢尺計(jì)量在測(cè)液位、溫密度、采樣等環(huán)節(jié)均存在著不同程度的系統(tǒng)性誤差，而自動(dòng)計(jì)量投入成本高，且精準(zhǔn)度有待進(jìn)一步提高。該文通過(guò)對(duì)成品油油罐混合法計(jì)量的原理、計(jì)算模型的探討，提出了可以通過(guò)對(duì)液位計(jì)調(diào)校、基準(zhǔn)平臺(tái)對(duì)齊、濾波消除等儀表和精度算法調(diào)優(yōu)，輔助密度差調(diào)優(yōu)、液位計(jì)誤差補(bǔ)償和壓力變送器壓力排空等軟件調(diào)優(yōu)，極大地提高計(jì)量精度，減少人為誤差及人員勞動(dòng)強(qiáng)度，為生產(chǎn)與管理提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。

[關(guān)鍵詞] 油罐計(jì)量；混合法；優(yōu)化

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

[中圖分類(lèi)號(hào)] U268.5 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 1673 - 0194（2017）15- 0191- 04

1 前 言

油品計(jì)量是油庫(kù)日常工作之一，在油庫(kù)經(jīng)營(yíng)管理中占有重要地位，如果不能精確的計(jì)量，不僅無(wú)法準(zhǔn)確地掌握油品的數(shù)量變化，而且還可能在收油和發(fā)油作業(yè)等貿(mào)易交接中出現(xiàn)混亂。傳統(tǒng)的人工檢尺計(jì)量勞動(dòng)強(qiáng)度大，且在測(cè)量液位、溫密度、采樣、密度換算等環(huán)節(jié)均存在著不同程度的系統(tǒng)性誤差。為了準(zhǔn)確地掌握儲(chǔ)油罐作業(yè)信息，國(guó)內(nèi)外研究了眾多的儲(chǔ)油罐監(jiān)測(cè)計(jì)量方法及裝置，在實(shí)際過(guò)程中各類(lèi)測(cè)量方法都存在一定的系統(tǒng)誤差，影響計(jì)量的精準(zhǔn)度。本文通過(guò)對(duì)成品油混合式油罐計(jì)量（HTMS）系統(tǒng)的原理、計(jì)算模型進(jìn)行研究，進(jìn)一步探討通過(guò)對(duì)儀表的校準(zhǔn)、濾波算法的調(diào)校和優(yōu)化，并通過(guò)軟件調(diào)優(yōu)對(duì)密度、空壓等動(dòng)態(tài)因素的優(yōu)化等，提高油罐計(jì)量的精準(zhǔn)度，為油庫(kù)生產(chǎn)和經(jīng)營(yíng)提供準(zhǔn)確數(shù)據(jù)。

2 油罐自動(dòng)計(jì)量的測(cè)量方法

油罐自動(dòng)計(jì)量系統(tǒng)主要有三種測(cè)量方法，分別是液位計(jì)法、靜壓法和混合法。

（1）液位計(jì)法（ATG），主要用于體積交接的國(guó)家。ATG系統(tǒng)包括：ALG-自動(dòng)液位計(jì)；ATT-自動(dòng)溫度計(jì)。

（2）靜壓法（HTG），是指利用壓力或差壓變送器測(cè)量油品介質(zhì)作用在罐底部靜壓的方法來(lái)測(cè)量?jī)?chǔ)罐內(nèi)介質(zhì)的質(zhì)量的方法叫靜壓法。

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

混合法的基本原理：利用液位計(jì)測(cè)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(diǎn)溫度計(jì)或多點(diǎn)平均溫度計(jì)測(cè)量得到介質(zhì)的溫度，通過(guò)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(biāo)準(zhǔn)體積：V20=Vt×VCF20

VCF20：通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)密度及溫度查GB 1885得到。

質(zhì)量（真空中）：M=ρt×Vt

3 混合法自動(dòng)計(jì)量計(jì)算模型分析

HTMS混合法計(jì)量計(jì)算中包含了ALG液位法計(jì)量計(jì)算的內(nèi)容。ALG液位法的計(jì)量計(jì)算等同于HTMS混合法無(wú)法獲取底部壓力，或液位降至密度起算高度之下，標(biāo)準(zhǔn)密度計(jì)算時(shí)的情況。

3.1 毛計(jì)量體積計(jì)算公式

GOV=[（TOV-FW）×CTSh]±FRV

其中：

GOV是毛計(jì)量體積；TOV是來(lái)自自動(dòng)液位計(jì)測(cè)量的液位查油罐容積表后獲得的總計(jì)量體積；FW是游離水體積；FRV對(duì)于浮頂罐，液位高于起浮高度時(shí)的排液體積；CTSh是油罐罐壁熱膨脹糾正。

3.2 油品計(jì)量密度（在真空中）計(jì)算公式

其中：

Dobs是真空中的液體計(jì)量密度；N是單位常數(shù)；L是ALG液位（實(shí)高）讀數(shù)；Z是hb+ho（P1變送器下跟部對(duì)油罐基準(zhǔn)平臺(tái)）；hb是傳感器P1受力中心到混合參考點(diǎn)之間的垂直距離；ho是從油罐基準(zhǔn)平臺(tái)到混合參考點(diǎn)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(nèi)蒸汽密度；Da是環(huán)境空氣密度。

按照不確定度理論的分析，Dobs需要液位L達(dá)到預(yù)定的密度起算高度hmin后才進(jìn)行計(jì)算。當(dāng)液位L在之下時(shí)，hmin系統(tǒng)計(jì)算或者使用液位下降到hmin時(shí)最后計(jì)算的標(biāo)準(zhǔn)密度，Dref或者使用用戶(hù)直接手工輸入的Dref。

3.3 油品質(zhì)量（真空中）的計(jì)算公式

mv=GOV×Dobs

其中：

GOV是毛計(jì)量體積；Dobs為油品真空中的計(jì)量。

3.4 毛標(biāo)準(zhǔn)體積（GSV）

GSV=GOV×VCF

其中：

GOV是總觀測(cè)體積；

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

3.5 油品在空氣中的表觀質(zhì)量計(jì)算公式

ma=mv×（1-Da / Dv）

其中：Da是環(huán)境空氣密度，按1.1 kg/m3計(jì)算；Dobs是油品計(jì)量密度（真空中）。

4 計(jì)量精度優(yōu)化處理的幾種方法

4.1 針對(duì)液位計(jì)的優(yōu)化處理

4.1.1 液位計(jì)的精度周期校準(zhǔn)

油罐變形存在兩種，彈性變形和塑性變形。油罐塑形變形導(dǎo)致的液位計(jì)測(cè)量誤差需要對(duì)液位計(jì)進(jìn)行周期性的校準(zhǔn)。另外，液位計(jì)本身因長(zhǎng)期運(yùn)行導(dǎo)致的精度漂移也需要對(duì)液位計(jì)進(jìn)行周期性的校準(zhǔn)。

4.1.2 液位計(jì)基準(zhǔn)平臺(tái)處理

為了保證手工投尺基準(zhǔn)和液位計(jì)基準(zhǔn)的統(tǒng)一，要將兩個(gè)基準(zhǔn)平臺(tái)關(guān)聯(lián)起來(lái)，最好將兩個(gè)平臺(tái)的鋼板高度保持一致。

4.1.3 液位計(jì)系統(tǒng)誤差的補(bǔ)償

如果油罐的彈性變形存在一定規(guī)律，可以通過(guò)計(jì)算單元對(duì)液位計(jì)的測(cè)量值進(jìn)行分段補(bǔ)償。

4.2 針對(duì)壓力變送器的優(yōu)化處理endprint

壓力變送器除進(jìn)行定期的量程校準(zhǔn)、零點(diǎn)校準(zhǔn)、阻尼系數(shù)外，還需在安裝基準(zhǔn)點(diǎn)和設(shè)備運(yùn)行進(jìn)行優(yōu)化。

4.2.1 安裝基準(zhǔn)點(diǎn)的處理

根據(jù)GB/T 25964-2010《石油和液體石油產(chǎn)品采用混合式油罐測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量立式圓筒油罐內(nèi)油品體積、密度和質(zhì)量的方法》8.2.2的要求，應(yīng)將將油罐的混合法參照點(diǎn)在靠近壓力變送器的引壓件位置，標(biāo)記在油罐外壁上。做到HTMS基準(zhǔn)（罐外標(biāo)記）、手工投尺基準(zhǔn)和液位計(jì)基準(zhǔn)三基準(zhǔn)統(tǒng)一，消除因基準(zhǔn)不統(tǒng)一造成的誤差。

4.2.2 加裝防雨罩

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

4.3 針對(duì)計(jì)算單元的優(yōu)化處理

4.3.1 密度計(jì)算方法的優(yōu)化

根據(jù)GB/T 25964-2010石油和液體石油產(chǎn)品采用混合式油罐測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量立式圓筒油罐內(nèi)油品體積、密度和質(zhì)量的方法》，計(jì)算單元采用HTMS混合法進(jìn)行計(jì)算時(shí)，密度計(jì)量的不確定度取決于罐上液位計(jì)和壓力變送器的精度，且受限于罐內(nèi)液位的高度，液位必須大于密度起算高度后，密度計(jì)量的不確定度才能達(dá)到相應(yīng)的要求。

考慮到油罐內(nèi)油品會(huì)存在密度分層的情況，如果可以在計(jì)算中使用分段測(cè)量的分層密度數(shù)據(jù)，可以大大提高質(zhì)量計(jì)量的精度。一般情況下課分別取罐內(nèi)1/6，1/2和5/6三個(gè)油樣，當(dāng)罐內(nèi)油品分層嚴(yán)重時(shí)，需每米取樣。

采用手工取樣或自動(dòng)取樣獲取的分層標(biāo)準(zhǔn)密度，由靜壓法計(jì)算質(zhì)量、液位計(jì)法計(jì)算體積。計(jì)量計(jì)算基本過(guò)程按照GB/T 19779-2005《石油和液體石油產(chǎn)品油量計(jì)算靜態(tài)計(jì)量》、GB/T 18273-2000《石油及液體石油產(chǎn)品—立式罐內(nèi)油量的直接靜態(tài)測(cè)量法（HTG質(zhì)量測(cè)量法）》和GB/T1885-1998《石油計(jì)量表》。油品體積計(jì)算根據(jù)液位計(jì)測(cè)量的液位查罐容積表獲得；壓力變送器死區(qū)以下的質(zhì)量按照分層密度的底部密度值進(jìn)行計(jì)算；壓力變送器以上的質(zhì)量計(jì)算與密度無(wú)關(guān)，根據(jù)靜壓法PS/g獲得。

4.3.2 計(jì)量?jī)x表系統(tǒng)性誤差的補(bǔ)償

經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期比對(duì)液位計(jì)測(cè)量與手工投尺（使用高精度的電子量油尺量尺作為測(cè)量真值），并記錄比對(duì)數(shù)據(jù)。如果經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)分析，能得到規(guī)律性的測(cè)量誤差，那證明油罐存在規(guī)律性的彈性變形。我們可以擬合液位計(jì)測(cè)量的誤差曲線，并將其輸入計(jì)算單元，進(jìn)行液位計(jì)測(cè)量值的誤差補(bǔ)償。

同理，可以進(jìn)行溫度測(cè)量值的誤差補(bǔ)償。

4.4 針對(duì)軟件的優(yōu)化處理

解決了因油罐變形、儀表誤差和濾波干擾等影響計(jì)量精度的硬件和精度算法調(diào)優(yōu)外，考慮到溫度、密度、空高壓力等各類(lèi)動(dòng)態(tài)因素的影響，借助軟件系統(tǒng)對(duì)計(jì)量精度進(jìn)行優(yōu)化，也是有效的方法。

4.4.1 密度測(cè)量?jī)?yōu)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(dòng)密度取樣，并將密度下傳給現(xiàn)場(chǎng)處理器的功能。包括每米標(biāo)密、手工取樣標(biāo)密、取樣方式、取樣高度和密度起高點(diǎn)提示的配置

4.4.2 增加液位計(jì)誤差補(bǔ)償

通過(guò)原始數(shù)據(jù)的積累，可以生成液位計(jì)誤差補(bǔ)償?shù)臄M合曲線，并可以通過(guò)液位計(jì)誤差補(bǔ)償窗口輸入至計(jì)算單元中，以提高液位計(jì)測(cè)量精度。補(bǔ)償方式可以有兩種，一是三階前線補(bǔ)償，二是每米分段補(bǔ)償。

4.4.3 增加壓力變送器排空操作提示

當(dāng)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(nèi)進(jìn)入空氣；當(dāng)油罐再次進(jìn)油后，引壓口會(huì)憋壓，造成壓力測(cè)量的誤差。為了防止此類(lèi)問(wèn)題發(fā)生，在軟件中增加壓力變送器排空操作提示功能。

5 結(jié) 論

綜上所述，成品油油罐混合法計(jì)量可通過(guò)可以通過(guò)對(duì)液位計(jì)調(diào)校、基準(zhǔn)平臺(tái)對(duì)齊、濾波消除等儀表進(jìn)行優(yōu)化，輔助密度差調(diào)優(yōu)、密度起高點(diǎn)提示、壓力變送器壓力排空和液位計(jì)誤差補(bǔ)償?shù)溶浖?yōu)化，極大地提高計(jì)量精度，減少人為誤差及人員勞動(dòng)強(qiáng)度，為生產(chǎn)與管理提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。

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