柳永剛，孫偉，張大慶，楊玲

(1. 福斯特惠勒(河北)工程設(shè)計(jì)有限公司，石家莊 050061；2. 新地能源工程技術(shù)有限公司，石家莊 050051；3. 河北一然生物科技有限公司，石家莊 050800)

儲(chǔ)罐中介質(zhì)分層、溫度分布不均等現(xiàn)象的存在，給準(zhǔn)確測(cè)量帶來一定難度。隨著生產(chǎn)要求的不斷提高，罐區(qū)自動(dòng)計(jì)量已進(jìn)入多功能、高精度的新階段[1]?，F(xiàn)行一般計(jì)量系統(tǒng)難以同時(shí)準(zhǔn)確地測(cè)定介質(zhì)液位、溫度等參數(shù)，亦無法可靠地實(shí)現(xiàn)綜合計(jì)量管理功能[2]。在某公司油品儲(chǔ)罐區(qū)計(jì)量設(shè)計(jì)中，采用了一種綜合計(jì)量系統(tǒng)，解決了采用一般計(jì)量設(shè)備檢測(cè)所存在的功能單一、計(jì)量精度不高、信號(hào)外傳困難等方面的問題。

1 系統(tǒng)測(cè)量原理

當(dāng)前儲(chǔ)罐計(jì)量方法可分為液位法和靜壓法兩大類[3]。油品儲(chǔ)罐所采用的綜合計(jì)量系統(tǒng)屬?gòu)V義的靜壓法測(cè)量，應(yīng)用了高精度壓力傳感技術(shù)、等浮力浮子引壓管技術(shù)、毛細(xì)管介質(zhì)阻隔技術(shù)以及引壓管環(huán)境補(bǔ)償技術(shù)[4]。

綜合計(jì)量系統(tǒng)是根據(jù)液體靜壓計(jì)算公式、理想氣體狀態(tài)方程來測(cè)量液位、溫度等參數(shù)。將測(cè)壓點(diǎn)按間隔1 m來固定探測(cè)器，每個(gè)相鄰測(cè)壓點(diǎn)誤差小于0.1 mm。后采用特殊的取壓方法將測(cè)壓點(diǎn)的液體壓力傳送到高精度壓力變送器，將4～20 mA信號(hào)傳輸給可編程控制器(PLC)，控制軟件根據(jù)2個(gè)壓力傳感器的信號(hào)來切換微型電磁閥的開關(guān)，從而測(cè)量不同高度的相鄰2個(gè)測(cè)壓點(diǎn)的壓差，然后計(jì)算出液位、溫度、含水水位、密度和質(zhì)量等參數(shù)。

2 系統(tǒng)構(gòu)成及性能指標(biāo)

該計(jì)量系統(tǒng)包括罐內(nèi)探測(cè)器(現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)單元)和罐外裝置(信號(hào)處理單元)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。罐內(nèi)探測(cè)器和罐外裝置通過取壓毛細(xì)管連接。

圖1 綜合計(jì)量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意

2.1 罐內(nèi)探測(cè)器

罐內(nèi)探測(cè)器采用不銹鋼結(jié)構(gòu)，材質(zhì)為316，無摩擦火花產(chǎn)生，使用壽命20 a以上。探測(cè)器安裝在DN200的管線內(nèi)，不同位置安裝有測(cè)壓點(diǎn)、感溫包、取樣閥。

2.2 罐外裝置

罐外裝置由防爆控制箱和取樣控制臺(tái)組成，防爆儀表控制箱適用于爆炸性氣體環(huán)境的1～2區(qū)，危險(xiǎn)氣體或蒸汽ⅡA～C，溫度組別在T1～T6范圍內(nèi)?？刂葡鋬?nèi)安裝有PLC、顯示屏、高精度壓力變送器、絕壓變壓器、微型電磁閥等設(shè)備。

1) 可編程控制器(PLC)?？刂破饔芍醒胩幚韱卧?CPU)、I/O模塊、通信模塊、電源模塊等組成。輸入部分是變送器的4～20 mA的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)及控制指令；輸出部分是晶體管或繼電器和通信端口?？刂瞥绦蛑噶钍轻槍?duì)介質(zhì)的特性、裝卸作業(yè)的細(xì)節(jié)、庫(kù)存管理目的及測(cè)量精度要求而編制的，具有很強(qiáng)的實(shí)用性、可靠性，以滿足全功能測(cè)量的要求。所有測(cè)量數(shù)據(jù)可現(xiàn)場(chǎng)顯示，也能夠通過信號(hào)電纜將所有測(cè)量參數(shù)遠(yuǎn)程傳輸?shù)娇刂剖疫M(jìn)行監(jiān)控，滿足了貿(mào)易計(jì)量交接的要求。

2) 高精度壓力變送器。壓力變送器精度不低于±0.04% FS；變送器本體采用防腐蝕設(shè)計(jì)，適用于罐區(qū)周圍環(huán)境，在實(shí)際工況下可靠運(yùn)行周期不低于10 a。

3) 絕壓變送器。絕壓變送器精度等級(jí)為±0.1%，遲滯不大于±0.01% FS，穩(wěn)定性大于0.1%/a，溫度影響小于±0.1% FS。

4) 微型電磁閥。微型電磁閥為無泄漏閥門，采用24 V(DC)供電，具有體積小、功耗低等優(yōu)點(diǎn)。

2.3 主要性能指標(biāo)

該計(jì)量系統(tǒng)主要性能指標(biāo)： 液位精度±1 mm，密度精度±5×10-4g/cm3(包括平均密度和每米平均密度)，水位精度±2 mm，多點(diǎn)溫度誤差不大于±0.2℃(包括平均溫度、每米點(diǎn)溫度)，取樣點(diǎn)高度誤差不大于±2 cm，高低液位報(bào)警誤差不大于±20 mm，罐頂氣相正壓過高、負(fù)壓過低報(bào)警誤差不大于±196 Pa，穩(wěn)定性不低于0.1%/a[4]。

3 安裝與應(yīng)用

3.1 安裝要求

3.1.1儲(chǔ)罐開孔

罐壁底部預(yù)留一個(gè)DN150，PN16法蘭連接管，與儲(chǔ)罐內(nèi)取樣管連接。罐頂連接法蘭為DN200，PN16，距計(jì)量口2 m范圍內(nèi)，距罐壁1 m。安裝要求如圖2所示。

3.1.2穿線管和保護(hù)軟管

穿線管和保護(hù)軟管采用DN50鍍鋅管，與罐壁間距為1 m。保護(hù)軟管連接取樣箱，再?gòu)娜酉溥B接到儀表箱，用于保護(hù)測(cè)量毛細(xì)管。

圖2 安裝要求示意

3.1.3氮 氣

為了確保安全，使用0.3～0.8 MPa的氮?dú)庾鳛轵?qū)動(dòng)和傳壓氣體。氮?dú)庥尚⌒驼b式制氮機(jī)現(xiàn)場(chǎng)制取。氮?dú)鈴闹频獧C(jī)處用鍍鋅管引到罐壁開孔點(diǎn)1 m范圍內(nèi)，再由不銹鋼軟管接至取樣控制箱和防爆儀表箱。

3.1.4電源和通信電纜

該計(jì)量系統(tǒng)需要外供直流電源，電源等級(jí)為(24±2.4)V(DC)，電源線規(guī)格為3×2.5 mm2，自儀表UPS出線，接到防爆儀表箱。電纜保護(hù)套管和防爆儀表箱通過防爆撓性管連接。基于方便控制室監(jiān)控的要求，采用通信方式將綜合計(jì)量系統(tǒng)信號(hào)傳輸至控制室操作站，采用專用雙芯通信電纜。

3.2 應(yīng) 用

該計(jì)量系統(tǒng)安裝完成后，經(jīng)調(diào)試、聯(lián)運(yùn)及投產(chǎn)運(yùn)行的多次測(cè)試，都達(dá)到了精度要求，系統(tǒng)性能優(yōu)良。

3.2.1功能齊全

能夠測(cè)量介質(zhì)質(zhì)量、液位、體積、多點(diǎn)溫度、平均溫度、密度、平均密度等參數(shù)并可以分層取樣。對(duì)高凝點(diǎn)介質(zhì)在有凝固層的情況下，仍可對(duì)上述各參數(shù)進(jìn)行精確測(cè)量。測(cè)得數(shù)據(jù)既能就地顯示，也能以通信方式連接到控制室進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。

3.2.2準(zhǔn)確度高

該系統(tǒng)應(yīng)用于儲(chǔ)罐的精確計(jì)量中，較傳統(tǒng)雷達(dá)液位計(jì)計(jì)量、浮子液位計(jì)計(jì)量更加準(zhǔn)確。對(duì)介質(zhì)分層、含水不均勻等問題可做到分層計(jì)量，解決了三點(diǎn)計(jì)量帶來的誤差。根據(jù)介質(zhì)混和、流動(dòng)、擴(kuò)散的特性，在PLC內(nèi)置一套科學(xué)的計(jì)算方法，對(duì)測(cè)量數(shù)值進(jìn)行有針對(duì)性的修正，使得計(jì)量精度明顯提高。

3.2.3安全性強(qiáng)

系統(tǒng)中電氣部分全部安裝在防爆控制箱內(nèi)，并使用氮?dú)庾鳛楸Ｗo(hù)介質(zhì)，確保系統(tǒng)無靜電積聚，提高了系統(tǒng)安全性能。

3.2.4操作簡(jiǎn)單、方便

因采取直接測(cè)量參數(shù)，罐頂及其他部位無手動(dòng)操作，大幅降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，確保雨雪大風(fēng)等惡劣天氣下生產(chǎn)的正常運(yùn)行。

4 結(jié)束語

該計(jì)量系統(tǒng)投用后，各項(xiàng)性能指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求。在相同的工況下，與同類產(chǎn)品相比，系統(tǒng)性價(jià)比較優(yōu)。實(shí)際應(yīng)用表明，計(jì)量系統(tǒng)具有運(yùn)行穩(wěn)定，安全性、準(zhǔn)確度高，操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，特別適合多功能、高精度要求下的罐區(qū)自動(dòng)計(jì)量與監(jiān)控。

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