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李新青，尚柏鑫，石利琴

1  概述
1.1  油品計(jì)量的現(xiàn)狀
洛陽石化總廠油品罐區(qū)（包括原料油罐、成品油罐和中間原料油罐共18個(gè)罐區(qū)約108臺油罐）自動化水平較低，油罐的檢測儀表比較落后，大部分是80年代建廠時(shí)安裝的鋼帶液位計(jì)及其換代產(chǎn)品光導(dǎo)液位計(jì)。該類儀表傳動部件較多，容易發(fā)生故障，且檢測精度較低，現(xiàn)有儀表的控制水平越來越不能滿足現(xiàn)代化生產(chǎn)管理的需要，隨著儀表技術(shù)的發(fā)展及儲罐計(jì)量要求的提高，更換一批精度高、性能穩(wěn)定的罐區(qū)檢測儀表是非常必要的，本文對油罐液位儀表的使用情況及設(shè)計(jì)選型中的考慮要點(diǎn)作一簡要介紹。
1.2  油品儲罐（簡稱油罐）計(jì)量的目的
儲罐計(jì)量指對大型儲罐內(nèi)儲存液量進(jìn)行測量，從而獲得儲罐庫存量。通過儲罐計(jì)量得到庫存量是一個(gè)企業(yè)掌握庫存資料以便指導(dǎo)生產(chǎn)和銷售的重要管理項(xiàng)目，因此，對庫存量的測量精度和重現(xiàn)性要求較高。購進(jìn)原料和輸轉(zhuǎn)產(chǎn)品往往也可以實(shí)現(xiàn)儲罐計(jì)量，煉油廠內(nèi)的半成品中間罐區(qū)對儲罐計(jì)量精度要求不高，但測量的可靠性及重現(xiàn)性卻非常重要。不管是原料罐、成品罐或中間罐，由于儲罐泄漏或油氣排放導(dǎo)致的環(huán)境污染及經(jīng)濟(jì)損失都是需要避免的，所以必須要有可靠而穩(wěn)定的儲罐計(jì)量測量系統(tǒng)。
根據(jù)油罐液位的測量原理，可分為兩大類，一類為直接測量高度法，另一類為壓強(qiáng)法。直接測量高度法主要是依靠下述方法或儀表來完成油罐液位測量，如人工檢測尺測量、浮子鋼帶測量、伺服式液位計(jì)、雷達(dá)液位計(jì)、超聲波液位計(jì)、電容式液位計(jì)、磁致伸縮液位計(jì)等。基于壓強(qiáng)法測量原理的測量系統(tǒng)主要有靜壓式測量液位系統(tǒng)、稱重儀等。
2  各種液位計(jì)的特點(diǎn)
2.1  人工檢測尺
利用浸入式刻度鋼皮尺測量液位，取樣測量油溫和比重，通過計(jì)算得到儲液體積和重量。這是古老的也是至今仍被全世界廣泛使用的儲罐計(jì)量方法，它可以用作現(xiàn)場檢驗(yàn)其它測量儀表的參考手段。人工液位測量的精確度一般認(rèn)為是使用的刻度鋼尺精度加上±2mm的人為誤差。
2.2  浮子式鋼帶液面計(jì)
如大連自動化儀表五廠的UHZ-Ⅲ系列，這種液面計(jì)在國外30年代開始使用至今仍有較高的市場占有率，這種儀表的優(yōu)點(diǎn)是比較直觀，價(jià)格較便宜。缺點(diǎn)是傳動部件多，容易發(fā)生故障，尤其是對安裝要求比較高。如不符合要求，可能一開工就不能用，因此選用這種儀表時(shí)，在說明書中都提出生產(chǎn)廠家必須指導(dǎo)安裝的要求。在投資有限的項(xiàng)目中，中小型罐仍可考慮選用該表。但16m以上的罐不適合選用該種儀表，因?yàn)楣拊礁撸惭b的平行度、垂直度以及盤簧的質(zhì)量要求越高；外浮頂罐也不適合，因?yàn)橐挥酗L(fēng)吹，指針上下擺動，不穩(wěn)定，并容易損壞衡力盤簧。光導(dǎo)液位計(jì)也列入這一行列，屬同類產(chǎn)品，選用哪一種一般應(yīng)與用戶協(xié)商確定。圖1為鋼帶液位計(jì)原理圖。

圖1  鋼帶液位計(jì)原理示意圖  圖2  伺服液位計(jì)原理示意圖

這些產(chǎn)品目前在中小煉廠、小油庫及中間原料油罐區(qū)還有選用的余地。
2.3  伺服液位計(jì)
伺服液位計(jì)因其用一臺伺服電機(jī)，使浮子跟隨液位或者界面變化故得其名。如荷蘭Enraf公司的UEBF854B21C2AZ型液位計(jì)。這種液位計(jì)功能強(qiáng)，可測液位、界位、介質(zhì)比重等，精度高(±0.9mm)，故障率比較低，與計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)比較方便，受到操作和維護(hù)人員的歡迎，但價(jià)格比較高，在設(shè)計(jì)選型過程中，往往在審查初步設(shè)計(jì)階段就會遇到障礙。圖2為伺服液位計(jì)原理圖。
2.4  雷達(dá)液位計(jì)
利用雷達(dá)電波測量液位是近幾年國內(nèi)外都很關(guān)注的技術(shù)。如德國Endress+Hauser公司的FMR130-OVAD2DAIA型液位計(jì)。由于液位計(jì)不接觸介質(zhì)，又無可動部件，故障率低，而且精度也很高，是一種對用戶很有吸引力的液位計(jì)。圖3為雷達(dá)液位計(jì)原理圖。
不論雷達(dá)液位計(jì)還是伺服液位計(jì)都是性能很好的儀表，但目前由于價(jià)格偏高，在國內(nèi)大面積推廣還有一定困難，但隨著技術(shù)的發(fā)展，這些儀表性能價(jià)格比的不斷改善，使用會越來越廣泛地被采用。
2.5  磁致伸縮液位計(jì)
這是一種剛剛進(jìn)入中國市場的新型液位計(jì)。它的測量原理是利用磁場脈沖波，測量時(shí)液位計(jì)的頭部（罐的上部）發(fā)出電流“詢問脈沖”，此脈沖同時(shí)產(chǎn)生一磁場，沿著波導(dǎo)管內(nèi)的感應(yīng)線向下運(yùn)行，在液位計(jì)管外配有浮子，浮子可隨液位、沿側(cè)桿上下移動，浮子內(nèi)藏有一組磁鐵，并產(chǎn)生一個(gè)磁場，兩個(gè)磁場相遇則產(chǎn)生一個(gè)新的變化磁場，隨之產(chǎn)生新的“返回脈沖”，測出“詢問脈沖”和“返回脈沖”的周期便可知道液體的變化位置。該液位計(jì)可動部分只有浮子，故維護(hù)工作量小、安裝比較簡單、精度也比較高，另一個(gè)特點(diǎn)是可同時(shí)測溫，但它不適合重質(zhì)油品的檢測。

圖3  雷達(dá)液位計(jì)原理示意圖

2.6  靜壓式液位計(jì)
利用測量液體壓強(qiáng)的方式獲得液位的儀表，最簡單的HTG（Hydrostatic Tank Gaugings）系統(tǒng)只有一個(gè)變送器，將測得的壓強(qiáng)乘以儲罐的面積就可以得到液體的重量。但早期的差壓變送器測量精度低、環(huán)境溫度影響比較大，對操作工來說又不直觀，所以采用這種測量方式的用戶不多，對于不用遠(yuǎn)傳儀表的用戶更無法使用。但是這種測量方式因?yàn)榭蓜硬考伲S護(hù)工作量小而且方便，設(shè)計(jì)人員在一些重質(zhì)油罐上，用單法蘭差壓變送器，對于一些較小的煉廠或油庫要搞遠(yuǎn)傳監(jiān)控也采用了這種測量方式。由于變送器和計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，靜壓式測量液位近年來又取得了新的進(jìn)展，精度和可靠性都有很大提高，從統(tǒng)計(jì)資料看雖然總數(shù)不多，但遞增幅度較大。
此外，還有電容式液位計(jì)、超聲波液位計(jì)，也都各有特點(diǎn)，因現(xiàn)場使用數(shù)量較少在此不做比較和分析。

表1

3  各類油罐計(jì)量測量儀表的應(yīng)用
(1)  各類油罐計(jì)量測量儀表應(yīng)用性能的比較，參見表1。
(2)  幾種儀表在洛陽石化總廠的應(yīng)用，參見表2。

表2

(3)  各種儀表的介質(zhì)使用情況，參見表3。

表3

其中“+”表示適用；“-”表示不太適用
(4)  各種儀表在庫存計(jì)量中的誤差，參見表4。

表4

從應(yīng)用角度來說，對儲罐計(jì)量測量儀表系統(tǒng)的要求應(yīng)是：精度高（重量、液位）、高重現(xiàn)性、絕對安全、易操作、易維護(hù)、高可靠性、數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳與接口標(biāo)準(zhǔn)化等。
4  設(shè)計(jì)選型的原則
(1)  考慮油罐的大小和特點(diǎn)
對10 000~100 000m3油罐，以及較大的液化氣罐選用較高的液位計(jì)，中、小罐可以選用一般液位計(jì)。
(2)  考慮油罐的種類
直接售油或者進(jìn)油的罐，選用高精度液位計(jì)，中間罐、一般儲料罐可以采用一般儀表。
(3)  考慮介質(zhì)的特性
重油盡量采用與被測介質(zhì)不接觸或少接觸類型儀表，輕油可用一般儀表。如果用戶整體水平很高，投資限制不嚴(yán)格，可采用性能較高的液位計(jì)。老廠改造或新增加的罐區(qū)要考慮原來采用的液位計(jì)使用情況，如果使用狀況良好，盡量統(tǒng)一選型，以減少維護(hù)人員的負(fù)擔(dān)。在用戶方面操作人員希望液位計(jì)使用方便，測量準(zhǔn)確，儀表車間希望液位計(jì)工作可靠減少維護(hù)人員。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該給予考慮。
洛陽石化總廠就是按照該設(shè)計(jì)選型原則，對于容積大于2 000m3以上的重質(zhì)油罐及不易揮發(fā)的油品（如50 000m3原油罐）且計(jì)量精度要求高的場合選用了計(jì)量級雷達(dá)液位計(jì)，易揮發(fā)且計(jì)量精度要求高的汽柴油及液化氣罐液位測量采用伺服液位計(jì)。一些計(jì)量精度要求不高的油品儲罐一般采用鋼帶及光導(dǎo)液位計(jì)計(jì)量，這種設(shè)計(jì)思想既滿足了計(jì)量精度要求，也為總廠節(jié)省了投資。
5  結(jié)語
通過對液位計(jì)在不同場合的合理選用，為洛陽石化總廠罐區(qū)自動化目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)提供了可靠的依據(jù)，使全廠油品計(jì)量精度大大提高，不僅找回了該廠原油長期虧損的原因，還為挖潛增效提供了可靠的依據(jù)；同時(shí)也減輕了工人的勞動強(qiáng)度，提高了工作效率，為計(jì)量上等級奠定了基礎(chǔ)。