储液罐计量检尺的安全技术分析

刘　涛　马国新　张雄辉　宋忠义

摘要：目前在储液罐人工计量检尺操作中存在一些安全隐患，文章针对其安全技术问题，进行了理论分析并提出改进建议，此外还就油品乳化液含水量与其导电率的关系及实验方法进行了分析研究。

关键词：储液罐；人工计量检尺；量油尺检尺法；安全隐患

中图分类号：TU991文献标识码：A文章编号：1009-2374（2009）07-0009-02

目前量油尺检尺法存在一些弊端，对油水混合层厚度也不能定量检测，由于油品或含油污水储罐内上部空间一般都存有易燃易爆气体，而使用电流表或万用表计量检尺测量游离水高度时可能会产生火花，本文根据有关标准规定和相关理论，结合实际调查情况进行安全技术分析和探索。

一、油品储罐液位人工检尺操作

目前普遍使用的量油尺一般为测深钢卷尺，应符合GB13236技术要求。量油尺由手柄、尺架、钢卷尺带、尺铊（铜锤）等组成。其中尺铊有0.7kg的轻型和1.6kg的重型两种，前者用于测量低黏度油品，后者用于测量高黏度或罐底有明显沉淀物的油品。量油尺结构如图1所示：

液位人工计量检尺应参照国家标准GB/T13894－92《石油和液体石油产品液位测量法》（手工法）进行，一般对于罐底部没有沉淀物时用直接测量油高的方法；对于罐底部有障碍物或沉淀物或很黏稠的油品时用间接测量空距的方法。目前油田一般常用测量空距的方法检尺。

测量油离水高度国标推荐了三种方法：一是用检水尺和示水膏或示水纸法；二是用测深量油尺法；三是取样器法。

由于含水原油普遍存在油水乳化混合层，以上三种非电式检尺方法实际上都很少采用，目前原油集输油生产企业普遍采用加电方式配合量油尺的电流表或万用表指示法来测量罐内油离水高度，而光电式量油尺是发展趋势，但尚未普及。这些液位测量操作方法目前没有相关标准，尤其是在安全防爆性方面更是缺乏权威认定。下面重点对加电式量油尺操作安全技术进行分析研究。

二、使用电流表或万用表人工检尺操作

操作者站在大罐量油口旁边，手持量油尺，将电流表或万用表一根引线夹子夹在量油尺架上，另一根引线夹子夹在大罐量油口上，摇动钢卷尺带使尺铊下降，尺铊在油层中电流表或万用表指针不偏转，当尺铊接触到低含水油层时，表指针开始偏转，当尺铊接触到高含水油层时，表指针偏转到较大值，一般电流表电流达到60mA或电阻值明显变小时即认为完全进入水层，此时量油尺与大罐量油口平齐的刻度即为大罐游离水空高。测量电路原理如图2所示：

使用100mA电流表法用一节1.5V干电池作电源检尺时，一般情况下电流达到60mA就认为是水层，即通过罐内游离水和罐体的检测电流为60mA，但在上罐检尺操作中当油尺铊完全进入污水层时实际电流要超过100mA，电流表指针经常会偏转到极限而被挡住，检测实际电流高达200mA，其能量P为：

P＝UI＝1.5×0.2＝0.3W＝0.3J

式中：U——电源电压，单位：伏特；I——通过罐内介质和罐体的电流，单位：安培。

而使用万用表（以MF500型为例）时，低阻档电池为1.5V，高阻挡为9V电池，前者电流也要超过100mA，后者电流虽然不大但电压较高。

三、量油尺光电指示仪检尺操作

量油尺光电指示仪目前尚无成熟产品被广泛应用，但已有可靠实验产品出现。由于油品储罐内一般都含有易燃易爆气体，其安全防爆性至关重要，因此电路的首要设计原则就是要保证安全防爆性能。光电指示仪和量油尺在大罐上配合使用，首先其电路为闭路连接，没有触点开关，所以也就不会产生电火花。其次光电指示仪电路主回路电流仅为5mA，安全防爆性能是能够达到要求的。

使用量油尺光电指示仪通过罐内游离水和罐体的检测电流的大小可以根据电路进行分析如下：

通过罐内游离水和罐体的检测电流即为经过复合晶体三极管放大电路的取样电流i，选取复合晶体三极管的放大倍数分别为β1＝30、β2＝50，根据达林顿电路特点，电流放大系数β值约等于两只三极管电流放大系数β1、β2的乘积，即：

β＝β1·β2

因此放大电路的取样电流i只要微安级别就可以满足要求。

在电路中，通过罐内游离水和罐体的检测电流i值，根据直流放大器公式：

β＝ Ic/ Ib

式中：β＝β1·β2；

Ic≈通过发光二极管的电流与微型电表电流之和Ic，单位：毫安；

Ib＝放大电路的取样电流i，单位：毫安。

所以通过罐内游离水和罐体的检测电流i值为：

i＝Ic/（β1×β2）

＝5/（30×50）

＝0.003（mA）

其能量为：P＝U·I＝3×0.00003＝0.00009W＝0.00009J。

通过罐内游离水和罐体的检测电流是0.003mA，已经达到微安级别。

四、三种加电式检尺方法安全性对比

以上三种检尺方法电路原理如图3所示。电流表法和万用表法主回路电流I完全经过罐内介质和罐体，而光电指示仪法主电流I自成回路，只有微弱的取样电流i经过罐内介质和罐体。

按照国家有关爆炸性混合物最小引爆电流分级规定，甲烷、乙烷、丙烷、汽油、乙醇、苯、一氧化碳和氨等属于Ⅰ类，最小引爆电流i>120mA，最小着火能量约为0.001焦耳；烯烃和醚类属于Ⅱ类，最小引爆电流70mA

使用100mA电流表法的能量是Ⅰ类爆炸性混合物最小着火能量的300倍，即使按60mA计算也高达90倍，所以基本可以确定，使用100mA电流表法进行原油或污水储罐检尺是不安全的。

如果使用万用表，从万用表电阻档的Ω×10K～Ω×1倍率，通过罐内游离水和罐体的检测电流为1～150mA，则产生的能量为Ⅰ类爆炸性混合物最小着火能量的1.5～150倍，其中Ω×1K倍率档最低。通过分析可见使用万用表配合检尺也是不太安全的,但比直接使用100mA电流表要好得多。

使用光电指示仪仅为最小引爆电流120mA的五万分之一，是原来使用100mA电流表法的二万分之一，其能量为Ⅰ类爆炸性混合物最小着火能量的0.9%。

通过上述理论计算和分析可以证明，使用光电指示仪进行储液罐检尺是最安全的，完全可以满足安全防爆性要求，应该属于本质安全型仪器。

五、油品乳化液含水量与其导电率的关系及实验方法

1．油品乳化液含水量与其导电率的关系。游离水的导电性是很好的，而油品乳化液的导电性主要取决于含水

率。乳化液是两种（或两种以上）不相溶液体的混合物，其中一种液体以极小的液滴形式分散在另一种液体中。原油乳化液主要有两种类型：一种是“油包水”型，其中水是分散相，油是连续相；另一种是“水包油”型，其中油是分散相，水是连续相；此外还有多重乳化液。为了定量测量储液罐内混油层厚度，以便选择安全的加电计量检尺电路，需要测定不同含水率油品的导电率。

油品乳化液的导电性目前尚无可以普遍采用的资料，实际数据可以通过实验取得。把实际测到的不同含水率ω与电阻值Ω数据标在坐标纸上，通过分析它们的分布情况，画出二者的关系曲线。设想原油乳化层的电阻Ω和含水率ω可能遵循某个规律，用回归分析法能够建立某种线性或非线性方程式：

Ω＝α·ω 或Ω＝α/ω

式中：α——根据实验数据通过归纳而得到的系数。

2．测定油品乳化液导电率的实验方法。测定原油乳化液导电率的实验方法尽量与实际生产环境相似，首先油品或含油污水全部直接从储液罐中取得，按预定比例强烈搅拌，制备不同含水率的乳化液，然后分别放入与储液罐相同材质的容器内，且容器内底部事先放置一定深度的储罐底水，最后在乳化液的上部缓慢置入一定量不含水的纯油，然后用量油尺模拟检尺过程，测量每份不同含水量乳化液的电阻值。

六、结语

通过上述分析证明，储液罐人工计量检尺使用100mA电流表或万用表测量游离水高度存在不安全隐患，不符合防爆标准要求，一旦爆炸的三要素同时具备，就有可能发生着火爆炸事故。

鉴于测量罐内油离水高度电表指示法已被油田等企业普遍采用的实际情况，提出以下建议：

1．不直接使用100mA电流表进行人工大罐液位计量检尺。

2．如果没有更好的方法，建议使用高内阻的电流表，并实际检验电流强度不能超过120mA，同时必须满足电压与电流的乘积不能超过0.001W。

3．如果使用万用表进行人工大罐液位计量检尺，建议使用电阻档的R×1K倍率档；

4．优先推荐使用光电式量油尺。

5．无论采用哪种方法检尺，必须注意仪器引线夹子应在罐口下尺前就固定好，在操作过程中电线不可断开。

作者简介：刘涛（1976－），男，山东寿光人，胜利油田河口采油厂油气集输大队助理工程师，研究方向：石油储运；马国新（1959－），男，河北秦皇岛人，胜利油田河口采油厂油气集输大队高级技师，研究方向：石油矿藏机械。