成品油储备库自动计量系统误差分析及对策

施维岳（中国石化销售股份有限公司华北分公司，天津300384）

1 自动计量系统基本原理

油罐内油品的精确质量及体积参数无法通过仪器仪表直接测量，需要通过油罐油高、油水界面、温度、密度等基本参数的测量计算得到。油库自动计量系统本质上是对油罐液位测量技术、油品温度测量技术、油罐静压测量技术的综合应用，再辅以计量软件的运算及数据处理功能，实现罐区油品自动计量的目的。

油罐自动计量系统测量方法主要是以下三种：

1.1 液位计测量法（LTG）

液位计法是依据储罐上的液位计对储罐内液位进行测量，根据测量到的液位参数查找对应储罐容积表进而得到净油体积，随着技术进步液位计系统也可开始测量油品温度，但是油品密度必须由人工测量，经运算后方可得到油品质量。

根据液位计的种类不同，其主要测量方法分为两种：一种是直接对液位高度测量，如钢带浮子液位计；另一种是空高测量，如雷达液位计。两种测量方法相较而言，后者会比前者的误差要大，但前者可靠性偏低。

1.2 静压测量法（HTG）

静压测量法的测量基本思想是通过测量油罐内油品的静压参数，结合罐内油品温度参数进行综合计算，最后得到罐内油品质量等其他数据。静压测量法计量系统现场设备主要是由高精度压力变送器和温度变送器组成，结合油罐高度进行固定位置安装，压力变送器根据实际情况选择一般安装2-3 台，HTG 测量系统的优点是在连续测量罐内油品质量的同时还能实时监测罐内压力确保作业安全，缺点是油品温度测量点位不足，油品密度测量受油品液位及油品密度分层现象影响较大。

1.3 混合测量法（HIMS）

混合测量法是一种结合法，将液位计法与静压测量法综合应用，通过对油罐内油品液位、温度、压力参数的直接精确测量，经过综合计算后得到罐内油品平均密度、质量等数据，达到替代人工实现自动计量的目的。HIMS 系统测量精度较高，同时对运行维护调试的要求也较高。

2 Enraf伺服液位计在自动计量中的应用

为实现油库油品自动计量交接，提高油库运行的自动化水平，当前成品油储备库的计量系统普遍采用的是混合测量法即HIMS 系统。Enraf 系列伺服液位计依靠其较高的测量精度、安全稳定的系统运行和众多的成功应用案例，目前已在我国成品油储备库内大范围应用推广。

以某成品油储备库的应用为例，每座油罐装有Honeywell公司Enraf 854XTG 伺服液位计一台、16 点平均温度计MTT SENSOR 864一套、距罐底板300mm处装有Foxboro压力变送器一台，结合计量工作站共同组成混合法自动计量系统。每台油罐Enraf 伺服液位计系统通过485 总线将数据信号传送至CIU Prime 通讯接口。CIU Prime 将现场数据传送至PLC 后，油罐的液位、温度、密度数据在计量工作站中实时显示。在实际使用中经过与大量人工测量数据比对，Enraf 伺服液位计使用效果如下：

（1）油品温度测量结果十分准确，与人工测量结果一致。

（2）油罐液位测量结果经人工反复标定后基本准确，可满足油罐液位监测要求。

（3）油品密度测量结果误差较大，是造成油库暂时无法全面实现精确自动计量的主要原因。

（4）油罐内油水界面的测量操作不方便且误差较大。

目前油库的计量系统仍处于半自动化的应用状态，即油罐内油品液位、温度参数可实现自动计量，但是油品密度、水高参数仍需人工测量。

3 Enraf伺服液位计自动计量误差分析及对策

Enraf伺服液位计计量系统在实际使用中，油品密度的测量是最大短板，仍需频繁人工手动测量，油品密度误差产生的主要原因及对策如下：

3.1 液位测量误差分析及对策

Enraf伺服液位计的基本思路与空高测量一致，液位计置于罐顶通过伺服电机控制浮子随罐内油品液面同升同降。为保证油罐参照高度的稳定液位计最好安装于导向管上，导向管与罐顶一般采用波纹管非刚性连接，支撑结构的刚性固定分罐底固定和罐底最稳固的第一圈钢板固定两种方式。从实际应用效果看，采用罐底固定方式在油罐低液位时与人工测量结果基本一致，高液位时测量结果误差加大，因为多数油库油罐往往使用年限较长在高液位时罐底板可能发生不同程度的形变，导致测量误差，因此建议采用罐底最稳固的第一圈钢板固定方式为佳。

此外在对伺服液位计系统进行液位参数修正时往往需要输入人工检尺数据，一方面要确保计量人员检尺精准，一方面还要保证人工检尺基准点的稳定。老旧油罐应增加罐壁检尺板，以消除高液位时罐底板形变导致的人工测量误差。

3.2 油罐内气相压力造成的测量误差

油罐内特别是拱顶罐内的气相压力会随着油罐内气体空间温度的上升或收油作业时液面的升高而增大，随着油罐内气体空间温度的降低或发油作业时液面降低而减小。此时油罐底部压力传感器测得的罐内介质压力也会同步增大或减少，造成HTMS系统平均密度同步增大和减少[1]。油罐的罐顶压力传感器作用是监控罐顶气相压力消除影响，在设计时如未考虑安装，将会产生平均密度测量误差。建议在具备条件的情况下，在油罐罐顶增加一块高精度压力变送器，一是可以将采集的气相压力信号传送至计量系统内，通过算法消除因罐内气相压力产生的密度测量误差；二是可以将罐顶压力信号传送至油库SCADA 系统内，用于罐顶压力监控进行联锁保护，防止在霜冻天气下进行发油作业时因呼吸阀失效造成油罐负压抽瘪。

3.3 HTMS系统本身固有缺陷造成的测量误差

GB/T25964-2010中指出：当油品液位靠近底部压力传感器P1时，计算密度的不确定度会变得较大。这是因为随着液位的降低，液位计测量液位的相对误差随液位的降低而逐渐增加，P1压力变送器测量压力的相对误差也会逐渐增加。这就说明：当液位低于预定液位hmin时，HTMS提供的密度参数存在很高的不确定度，这是HTMS 系统的固有缺陷[1]。当液位在预定液位hmin以下时，如果油品密度保持相对一致可使用液位hmin时计算得到的数据代替，如果油品分层或有新油品进入油罐则需人工测量手动输入数据。

3.4 压力传感器选型对密度测量误差影响

压力传感器的精度对油罐自动计量系统的计量精度起着决定性的作用，油罐自动计量系统的压力传感器所测量的压力误差的绝对值应不大于60 Pa[2]，同时结合油罐选择最佳使用量程和调校量程的压力传感器也是十分必要。油罐自动计量系统在安装调试稳定后，后期的检修维护是保证系统精确运行的必要条件，特别是对压力传感器的周期性检定，每年至少应保证检验调校1次，以保证设备的精确测量。

4 结语

为了实现成品油储备库计量自动化的目标，必需保证计量系统各组成设备施工安装质量、设备精度等级以及大数据的比对调校，还要对老旧油罐进行完善改造，以满足自动计量系统的要求。在控制油罐液位测量误差的前提下，尽可能的保证密度测量精度，基本可实现油库自动化计量效果。同时，也要清醒的意识到，油库自动化计量是需要长时间与大量人工测量数据进行比对修正的过程，这不仅需要油库计量人员的高度敬业及业务过硬，还需要油库建立一支稳定素质过硬的运行维护队伍，以保证油库计量系统的高效运行。