探究自动计量系统测量影响因素

摘  要：在工业计量测量中自动计量系统作为解决计量准确度的方法大量应用，但是由于在测量中多种影响测量误差的情况存在，极大的影响了计量的准确度。本文通过计量基准点改造和密度替代两种方式查找分析自动计量系统测量液位、密度、质量的影响因素。

关键词：混合法;取样器;测量;基准点;改进

中图分类号：TE863.1    文献标识码：A       文章编号：1671-2064（2020）03-0000-00

0 引言

自动计量系统通过自动测温仪、压力变送器、混合处理器等設备集合处理，达到液位、密度、温度、质量等多种参数的综合测量，可以实现油库自动化库存管理。但是自动计量系统在中石化销售企业应用却不普遍，原因是伺服液位计在立式油罐中使用情况较差，主要体现在液位漂移频繁、吨位与人工检尺相差较大、密度和水位无法测准等问题，探索发现油品的液位、密度、质量等测量影响因素并找到解决方法已成为油库实现自动化管理的关键性、基础性环节。

1 混合式油罐自动计量系统工作原理

库区混合式油罐测量系先通过液位计直接测量油罐内油品油高和水高，测温仪测量油罐内油品温度，并通过压力变送器测量油罐内油品静压力，然后将所测得参数传输到混合处理器中最终计算出油品密度、体积和质量。笔者油库使用的是荷兰Enraf（恩拉福）854XTG伺服式液位计，基于浮力平衡的原理，由伺服电动机驱动体积较小的浮子，能准确地测出液位等参数。

1.1液位测量

当液面液位发生变化时，测量浮子的浸没体其所受的浮力发生变化，检制单元对测量值和设定值进行比较后发出命令启动伺服电机，释放浮子待浮子浮在液面上获得新的力平衡力。浮子所探得的液位为空高，油品液位高度为H=Hc（参照高度）-Hk（空高）。

1.2  温度测量

笔者油库采用进口的平均温度传感器，多点温度计作为测量油温的设备，为了保证温度计测量的温度与人工测量的温度一致，平均温度一般有6～12个测量点取平均值。

1.3  质量和密度测量

油品质量是压力变送器上下部油品质量的和，压力变送器上部油品质量通过静压力法测得，利用压力或压差变送器测量油品作用在罐底部静压力的方法来测量储罐内介质的质量，而压力变送器下部油品质量要通过油品密度与压力变送器下部油罐体积乘机计算，油品密度再通过当前压力和液位转化而来[1]。

2 混合式油罐自动计量系统误差影响因素

2.1 液位测量的影响因素

伺服液位计测高基准点是罐顶的导向管，原理是由浮子下探测得空高，参照高度（Hc）与空高（Hk）的差为油品液位（H），检空尺法：H=Hc-Hk;而人工检尺的基准点是罐底的投尺板，检实尺法：测量的液位高度即为人工测量实尺高。以笔者公司油库为例，通过对油罐液位计与人工计量长达1年多的跟踪比对，10个油罐396组比对数据，液位计和人工检尺测得油品高度存在明显差异，液位计与人工计量的液位差值均超过了《混合式油罐测量系统校准规范》中规定液位测量最大允许误差。

液位计与人工测量油品液位高最大差值达0.086m，液位平均误差最大0.082m。而《油库自动计量应用指导规范》中校准比对的技术指标要求液位测量最大允许误差满足±3mm，油库油罐均最大误差均超出该标准，下面以D-09-500油罐数据为例进行分析：

9号油罐共比对了38组数据，液位平均差值为0.0059m，液位最大测量差值为0.01m;人工计量口平均变化差为0.007m，人工计量口最大变化差为0.022m。液位低6m以下时，液位计与人工测量误差相对较大达0.009m，超过技术标准0.006m，通过数据可以看到液位计与人工计量在液位和质量比对数据并不理想，分析造成液位测量不准确的原因来自油罐罐底变形和油罐存油高度对管壁的影响。

2.1.1计量基准点变化对液位测量的影响

笔者油库的油罐均由外浮顶原油罐改造的特大型成品油罐，由于受钢浮船（重量大于200吨以上）限制，浮船的导向管位于油罐两侧，一根导向管用于人工计量（计量口），另一根用作伺服液位计。其计量基准点为罐底投尺板;伺服液位计通过浮子测油品液面高度来计算实高，由于导向管安装的差异、测量基准点的不同、测量方法不同，油罐罐底的变形对测量液位值影响颇大，尤其是卸收油品时，油罐绝大部分是低液位状态下收油，当油品液位达到一定高度或装满油品后，会因底板变形产生计量结果不准，特别是油罐容量较大，以9号罐为例直径60m，两侧罐底变形更加程度不同，从实测罐总高与参照高度比较，油面越低，实测罐总高接近参照高度，罐底板出现反弹;油面到了一定的高度，罐底板凹陷，并稳定在某种状态不动[2]。在收发油过程中，油罐两侧的罐底变形导致计量基准点存在明显差异，计量基准点的变形不仅影响人工计量的测量数据，也造成液位计设定的参照高度与实际测量时参照高度不同，两者比对数据差距更大。下面介绍造成罐底变形的影响因素[3]：

（1）液体静压力对罐壁的影响。油罐检测给出的容量表和底量表是空罐状态下的容积值，检测是在设定油罐内部规则下检定的，但在实际使用中到油罐在不同的油高程度下，液体静压力对油罐壁的作用不同，引起罐体钢板膨胀造成每圈板直径增大的程度也不同，静水压造成罐底变形量以及罐壁变形导致罐顶沉降量是不一样的，通过油罐对计量基准点测量比对试验发现，不同液位计的安装基准发生的位移最大超过10mm。

（2）液体静压力对罐底的影响。油罐检定后出具的罐底容积表是空罐状态。在实际计量作业中，由于油罐底板受液体静压力发生形变的不同，各油罐的变化也不尽相同，而油罐检定规程中没有给出不同液位高度下底量容积实际变化的修正方法。立式油罐在工程建设中，由于底板焊接时的应力及油罐圈板对底板重力的影响，油罐空罐时底板为表面凹凸不平、不规则的几何体，但总趋势是底板凸起，中部高，周围低。当油罐收油时，随着液位的不断升高，罐底开始下沉，当液位在2.3m左右时，其罐底形状变化可以看出，底板从空罐状态的凸起，变成了不平的凹陷。

2.1.2计量基准点改进后对液位测量的影响

油库液位计和人工计量口安装位置的偏差，基准点和测量方法的不同，使其收受罐底变形的影响严重，解决计量基准点受罐底变形影响是重要任务，笔者油库通过对人工计量基准点和液位计计量基准点的改造这一突破性举措解决了液位测量差距大这一问题，改造后人工投尺板与液位计检尺板在同一水平线，两者计量基准相同、两者参照高度相同，投尺板均是与导向管下方引出支架焊接，此法有效的解决了罐底变形对液位测量的影响。

改造后对同一油罐--9号罐进行31组比对，液位计与人工计量测得油品液位比对数据有了明显好转，两者比对平均液位高度差值为0.0007m，最大液位差为0.003m;随着罐内油品液位高度的不断变化，人工计量基准点差值不便，均为0.003m，这说明改造后的计量基准点不再受油罐罐底变形的影响，计量数据稳定;而液位计与人工计量比对数据均达到《油库自动计量应用指导规范》中校准比对技术指标的要求，液位测量最大允许误差小于±3mm，且两者液位差值趋于0，最大误差优于改造前0.01m，平均误差优于改造前0.0052m，改造前后差率88.1%。

通过对计量基准点改造前后的数据分析，可以看出计量基准点的对液位测量影响之大，通过改造后的数据可以看出计量基准点改造是成功的。

2.2密度测量的影响因素

间接测量值的误差应是直接测得量及其误差的函数，故称这种间接测量的误差为函数误差。研究函数误差的内容，实质上就是研究误差的传递问题，而对于这种具有确定关系的误差计算，也称之为误差合成[4]。

在混合法计量过程中，密度测量就是间接测量值ρt =P/（ g×H） ，伺服液位计所测密度由压力、液位两个参数决定。

即

其中，P1为油罐底部压力，P2为油罐顶部蒸汽压力，H为油罐内油品液位高度，根据误差合成理论可得视密度ρ的系统误差为：

即

密度受油品高度、压力的影响误差更加明显，单个直接测量值的误差对间接测量值的误差影响是依赖于误差传递系数，因此罐内油高越高，误差传递系数越小，从表3.4油罐比对数据可以看到，两者密度差最大差3.9kg/m3 ，平均误差为1.03kg/m3，液位的是否决定了密度的精准度。

2.3 质量测量的影响因素

2.3.1液位对质量测量的影响

油品质量m（油品）=P/（ g×H）+P×S/g，油品质量为间接测量值，受压力、液位影响。从表2.4中可以看出，计量基准点改造前液位计与人工计量比对罐存量差率最大达0.39%，超过《油库自动计量应用指导规范》中规定校准质量测量结果最大允许误差≤±0.2%这一技术指标。

2.3.2 密度对油品质量测量的影响

油品液位低于3.5m时油品质量测量结果也不理想，这是由于在液位计测3.5m以下的油品密度准确性差。采用取样器人工测油品密度，将测得密度ρt输入伺服液位计计量系统中来计算死量区油品质量， m（油品）=m2（死区）+m1（可测区）=V死区×ρt+P1×S/g，可测区质量仍由压力和截面积求出，测得的油品质量差也从之前比对表2.5中的0.36%下降到表2.5中的0.15%（3.5米以下），且每一组比对数据的油品质量差率均小于《油库自动计量应用指导规范》中规定校准质量测量结果最大允许误差±0.2%这一技术指标，这说明密度的准确测量最液位计油品质量测量起关键作用。

3结语

经分析，液位计与人工计量比对差值偏差较大、以及密度测量不准的原因罐底投尺板的變形，最终造成油品质量测量的不准确性，无法用于成品油油罐库存管理。在实际生产作业中，要控制好计量基准点的安装，避免罐底变形造成的影响，同时也要考虑响其测量精度的诸多误差因素，准确分析误差来源，消除或减少误差干扰是油罐自动计量系统有效应用的关键;在计量系统设计和安装郭总中一定要充分了解各类系统的特点和配置，根据测量对象、测量条件和测量要求等实际情况，关注计量基准点确定、仪表设备安装、维护保养。

参考文献

[1]魏进祥，刘文刚.用静压法测量立式油罐内油品质量的标准化研究[J].石油商技，2004.22（2）：29-32.

[2]张其悦，赵祥，李均峰等.油罐自动测量技术与应用[M].北京：科学技术文献出版社，2005.

[3]孙国锋，张永国.混合法油罐计量系统的应用与检定[J].油气储运，1998，17（8）：49-50.

[4]费业泰.误差理论与数据处理[M].北京：机械工业出版社，2004.

收稿日期：2020-01-07

作者简介：姬红茹（1987—），女，黑龙江大庆，硕士研究生，中级工程师，研究方向：计量管理。