一種新型多功能儲油罐液位儀的研發(fā)

〔南京振興華電子成套設(shè)備有限公司 江蘇南京 210042〕

近年來石化企業(yè)新建油庫的儲油罐容積不斷增大，1萬m3及以上儲油罐已隨處可見。1萬m3儲油罐的液位每上升1mm就增加近700L油品。可見，精確計量十分重要，所涉及的經(jīng)濟價值十分可觀。如何提高液位儀的測量精度，更加安全可靠、精準及時地反映儲油罐進出油品的數(shù)量以及對液位狀態(tài)的實時監(jiān)控，則是業(yè)內(nèi)人士迫切需要研究解決的新課題。

目前各類儲油罐常用的雷達液位儀、磁致伸縮液位儀和伺服式液位儀在實際使用中主要存在以下問題：①雷達液位儀對被檢測的介質(zhì)及環(huán)境有一定要求，且功能較單一，只能測量液位，而儀表需要設(shè)置的參數(shù)較多，一旦出現(xiàn)故障，很難及時查出原因排除故障；②磁致伸縮液位儀的接觸式測量方式會給測液體溫度、密度變化帶來一定的測量誤差，量程過高不易安裝，且浮子易被導管卡?。虎鬯欧揭何粌x也是接觸式測量，靠接觸被測介質(zhì)的浮子或在其內(nèi)部安裝的傳感器提供測量信息。由于被測介質(zhì)的狀態(tài)、物理參數(shù)等都隨時間和外部條件的不同而變化，所以浮子或傳感器獲取信息的及時性或真實性受測量環(huán)境、場合及被測介質(zhì)的影響較大，使液位儀的測量精度、適用范圍受到限制，投資成本也高。因此，研發(fā)“多功能儲罐液位儀”具有十分必要的現(xiàn)實意義。

1 多功能儲罐液位儀的概念

該液位儀是一種儲油罐液位、液面下油品溫度、密度及油水界面高度的測量裝置，適應介質(zhì)為成品油及原油；能用于多種類型的儲油罐，如拱頂罐、內(nèi)浮頂罐、浮頂罐等，也可應用于石化企業(yè)生產(chǎn)過程中儲罐內(nèi)液體的測量和監(jiān)控。

2 多功能儲罐液位儀的結(jié)構(gòu)

（1）多功能儲罐液位儀主要由伺服電機、控制器、信號傳輸帶、測量盒、鋼帶、導索和套管等組成，其構(gòu)成見圖1所示。

圖1 多功能儲罐液位儀

（2）多功能液位儀是在儲罐一側(cè)內(nèi)垂直安裝底部密封的套管7，在套管7內(nèi)安裝具有高度信息的鋼帶5（鋼帶5是特制的量油尺，在使用初期和使用期內(nèi)按有關(guān)規(guī)定可拆卸送法定計量部門檢定并獲取使用合格證，）和使測量盒3定位于能上下移動的導索6；鋼帶5和導索6預置一定的張力且與套管7軸線平行；套管7的上部和下部分別與罐頂及罐底固定，在套管7的上方（即儲罐頂部）安裝了伺服電機1和控制器4，信號傳輸帶2上端與伺服電機1輪轂相連，下端與測量盒3上部連接。測量盒3沿導索6在套管7中上下移動。

3 多功能儲罐液位儀的測量原理

（1）界面測量與密度測量。利用測量盒3中檢測探頭發(fā)射的脈沖激光與套管7內(nèi)壁表面的相作用，使其表面瞬間產(chǎn)生熱彈激勵，從而在套管7管壁內(nèi)部產(chǎn)生應力波（即超聲波），應力波穿透套管7管壁進入液體中，大部分回波被吸收，少量被反射；而進入空氣中的應力液則相反，大部分回波被反射；利用液體和氣體聲阻抗的不同特性，測量盒3中檢測探頭以接受反射波的強弱來辨別和確定套管7壁外是液體還是氣體，進而檢測和測量出儲罐的液位；同理也可以檢測和測量出儲罐液面以下不同層面液體的密度和不同液體間的界面高度。

（2）溫度測量。利用套管7內(nèi)壁輻射紅外波段電磁波的輻射能量密度與物體本身的溫度高低的對應關(guān)系，在測量盒3中安裝的紅外線傳感器，接受套管7內(nèi)壁輻射出的紅外線，經(jīng)電路處理即可得到該點的溫度（該層液體溫度）。

4 多功能儲罐液位儀測量過程

（1）測量液位。液位儀接受現(xiàn)場控制器或遠控（控制室）液位測量指令后：

①當儲罐增加液體，液面上升時，液面超過測量盒的檢測探頭，探頭進行動態(tài)測量（上下毫米移動），對未識別到的氣體介質(zhì)，測量盒發(fā)出指令，經(jīng)信號傳輸帶和控制器控制伺服電機輪轂順時針旋轉(zhuǎn)，測量盒沿導索向上移動并獲取鋼帶上的高度信息；液面不斷上升，上述過程不斷重復，直到儲罐停止增加液體，液面穩(wěn)定不變時結(jié)束。探頭在動態(tài)測量中，上下交替測量到液體和氣體介質(zhì)，當伺服電機輪轂上信號傳輸帶在垂直方向上的位移等于毫米時，伺服電機輪轂停止轉(zhuǎn)動，測量盒檢測探頭處在液氣界面，并讀取鋼帶上的高度值。

②當儲罐減少液體，液面下降時，測量盒檢測探頭高出液面，探頭動態(tài)測量（上下毫米移動），未識別到液體介質(zhì)時，測量盒發(fā)出指令，經(jīng)信號傳輸帶和控制器控制伺服電機輪轂逆時針旋轉(zhuǎn)，測量盒沿導索向下移動并獲取鋼帶上的高度信息；液面不斷下降，上述過程不斷重復，直到儲罐停止減少液體，液面穩(wěn)定不變時結(jié)束。探頭在動態(tài)測量中，上下交替測量到液體和氣體介質(zhì)，當伺服電機輪轂上信號傳輸帶在垂直方向上的位移等于毫米時，伺服電機輪轂停止轉(zhuǎn)動，測量盒檢測探頭處在液氣界面，并讀取鋼帶上的高度值。

不論液面上升還是下降，測量盒檢測的信息都經(jīng)信號傳輸帶同步傳給控制器（處理后現(xiàn)場動態(tài)顯示液位）并經(jīng)控制器接口輸出到控制室。

（2）液體界面及液體溫度、密度測量。測量盒檢測探頭處在液氣界面，液位儀接受現(xiàn)場控制器或遠控（控制室）測量液面以下液體的相關(guān)參數(shù)指令后，控制器控制伺服電機輪轂逆時針旋轉(zhuǎn)，測量盒沿導索向下移動，同時測量盒檢測探頭對液體的溫度、密度進行掃描，測量盒在掃描過程中還獲取不同液體間界面的高度，掃描直至標定儲罐的最低液位結(jié)束。以上掃描信息經(jīng)信號傳輸帶同步傳給控制器（處理后現(xiàn)場顯示不同液體間的界面高度及其對應液體的溫度、密度），并經(jīng)控制器接口輸出到控制室。

5 多功能儲罐液位儀的特點

（1）該液位儀的主要測量部件與被測介質(zhì)完全隔離，故較現(xiàn)行的客戶較滿意的伺服液位儀更具有耐高溫、耐高壓及耐腐性，防爆性能更好，對測量環(huán)境和被測介質(zhì)無特殊要求；該液位儀對液位、液體溫度、密度及不同液體間的界面高度測量一氣呵成，直接被計算機接受，計算出儲罐的儲存量。

（2）該液位儀具有人工檢尺的主要優(yōu)點，測量數(shù)據(jù)可靠，測量精度高，同時避免了因人工檢尺時受環(huán)境、條件和操作人員操作技能等諸多因素產(chǎn)生的測量誤差，解決了因惡劣天氣及氣候不能做到及時檢測的難題。

（3）該液位儀具有適用范圍廣（各種類型的儲油罐及其儲存油品、化工介質(zhì)都適用），結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，維修容易，使用壽命長。

（4）該液位儀既可現(xiàn)場控制測量過程和顯示測量值，又可通過控制器接口接受控制室的遠控指令進行各項測量和輸出測量數(shù)據(jù)至控制室，在控制室的計算機上實時顯示儲罐液位，隨時顯示液面內(nèi)不同液體間的界面及其液體的溫度、密度值，為現(xiàn)實儲罐罐區(qū)自動化管理提供準確可靠數(shù)據(jù)。

6 結(jié)束語

新型多功能石油庫儲罐液位儀的研發(fā)，將進一步提高儲罐液位儀測量的可靠性和安全性；相對其它液位儀適用范圍更廣，功能更加齊全；易于實現(xiàn)石油庫儲罐區(qū)智能化管理；對推動石油庫儲罐液位、液面內(nèi)油品溫度、密度及油水界面高度的精準測量技術(shù)將發(fā)揮積極作用，具有較好的經(jīng)濟價值和社會價值。