论石油密度的测量及影响要素

2011-08-15李海

科学之友 2011年8期

李海

（茂名市质量计量监督检测所，广东茂名 525000）

密度是物质的一个重要物理常数，尤其是对有机化合物而言，根据其密度值，可以区分化学组成类似的化合物、鉴定液态化合物的纯度，定量分析单一溶质溶液的浓度。而测量石油的密度有各种各样的方法，但大体分为两大方面，即：一是导源密度基本原理公式的直接测量法；二是利用密度量与某些物理量关系的间接测量法。本文主要是间接测量法，间接测量法种类很多，较为成熟的方法有：振荡管式密度计、浮子法、防爆超声波密度仪、静压法、γ射线法、双法兰式差压变送器法以及浸没式金属浮子数显密度计等。

1 石油产品的密度检测

石油产品液体密度检测应用的标准方法为 GB/T1884－2000，其基本理论依据是阿基米德定律。尽管基本原理相同，但由于仪器技术手段不同，适用范围不同，又有很多不同的测定方法。

1.1 振荡管式密度计

振荡管密度计的敏感元件是管式弹性体（振子）。当被测介质流经密度计时，振子的自由震动频率随介质的密度而变化。当液体密度增大时，振动频率下降。反之，当液体密度减小，振动频率增加。因此，通过测量振子振动频率的变化，就可以间接的测量液体的密度。这种密度计测量的密度的范围在0～3 000 kg/m3，产品测量精度可达±0.15 kg/m3。与传统的玻璃浮子密度计的测量方式比较，具有样品用量少、结果准确、重复性好、没有人为的读数误差的优点。但是其价格昂贵，加上控温和自动清洗系统，一般费用约3万美元以上。

1.2 浮子法

本方法通过将浸在液体中的浮子位移和浮力变化，变换成各种电或机械检测信号来测量液体密度。依据浮子浸在液体中的情况又可分为漂浮式和全浸式，其中漂浮式受环境温度影响较大，精度、灵敏度较低。全浸式的浮子全部浸入被测液体，当液体密度改变时，浮子受到的浮力随之改变。全浸式较漂浮式受液体表面张力的影响小，浮子又位于温度比较稳定的待测液体中，测量精度较高。现使用的全浸浮子式密度计在应用中存在的主要问题是：①实时性差。②测量精度对油品流速敏感。加油和发油过程中管道中油品流速快，没有一定的防护措施，浮子将处于极不稳定的抖动状态，难以准确读数和采集信号。③会出现冒油现象。

1.3 防爆超声波密度仪测量原理

该仪器利用超声波在不同介质中传播速度不同这一原理，通过超声波换能器在测量室内发射及接受超声波，然后检测超声波脉冲通过规定的声程（超声波传播距离）所消耗的时间，最终通过预先确定的相关方程计算出油品的相应密度值。超声波测量方法有很多其他方法不可比拟的优点：①测量精度高；②响应时间短，可以方便实现无滞后的实时测量；③非接触测量，性能稳定可靠，对液体的物理化学性质的适应极强，如不怕酸碱等强腐蚀性液体等。

1.4 静压法

由于一定高度待测液柱的静压力与其密度成正比，通过对液柱的静压力的测量，就可以求出待测液体的密度，这是静压法的基本思想。常用的静压法密度计有固定液位的膜片式密度计和连续吹气的液体静力式密度计两种。采用静压法测量液体密度计的优点在于：①仪器的可动部分不必浸入液体，所以可用它测量黏度大的和被空气饱和的液体，而且这种测量无论对于打开的储槽或封闭的储槽都是有用的；②仪器的示值与液体的流速和表面张力无关。这类密度计在加油、发油中应用的主要问题有：其一，如果满足计量精度要求，其液柱要求很高，使其体积庞大且笨重；其二，密度测量受仪器结构影响较大，测量误差较大；其三，采用指针记录，刻度标定有困难。

1.5 γ射线法

γ射线法是一种非接触的密度测量方法，它的敏感元件不放在被测介质中，而是利用介质对射线辐射的吸收作用来测量密度。因γ射线有很强的穿透能力，所以工业上用于密度测量的射线法密度计大多采用γ射线，主要适用于浸蚀性和高黏度的液体的密度测量。γ射线法测量密度的优点是灵敏度高、精度高、抗干扰能力强。其缺点是使用射线性物质，使用场合受限制，一般不能安装在人员常出现的现场加油、收发油系统中。

1.6 浸没式金属浮子数显密度计

浸没式金属浮子数显密度计原理是浸在液体里的金属浮子受到被测样品的浮力，通过高灵敏传感器，经过有效换算，可在显示屏上直接显示被测液体的密度值，另一传感探头同时测定样品的温度。其原理和玻璃浮子密度计相同。该密度计主要有以下特点：①无人员操作误差。由于是数字显示，消除了人眼读数带来的误差；②量程宽，不需要更换浮子即可完成样品的测量，玻璃浮子密度计是由10根不同量程的密度计组成的；③携带方面，不易损坏；④精度高，分析测定速度快。

2 温度对石油密度测量的影响

我们知道密度计的工作原理是基于阿基米德定律，就是密度计在液体中平衡时，密度计所排开的液体重量等于密度计本身的重量。漂浮在液体中的密度计是根据它所浸没的体积（或者说刻度位置）知其液体密度的，而实际使用中的密度计是在标准温度（20 ℃）下刻划的。在实际工作中，特别是在生产现场用密度计测量，被测液体的温度有相当的变动范围，这时的密度计的体积已不是它标准温度下的体积，因此，在密度计刻度上所得到的数值也不是测定温度下液体的实际密度值，这只能称为密度计示值，要从密度计示值得到在测定温度下液体的实际密度，就必须对密度计示值加以温度影响的修正。如果不作温度的修正，会因密度的原因给消费者造成损失；同样的道理，如果高于标准温度而不作温度修正，就会给企业带来经济损失。

在石油产品密度测量工作中，由于温度的修正工作很重要，因此在使用密度计时，为了使密度计能够反映被测石油产品真实密度，必须要进行温度修正。有密度换算表的一定要查密度换算表，没有密度换算表的一定要进行温度修正计算，只有这样，才能保证石油产品贸易中的密度计量的准确性，维护贸易双方的合法权益。

3 对毛细常数的修正

在检定玻璃浮计工作中发现这样的情况：有些人认为检定石油密度计时，在酒精水溶液这一段，毛细常数影响量不大，可以不做毛细常数修正。但事实上并不尽然。笔者做了统计计算，发现在不同范围，毛细常数修正影响量是不一致的。二等石油密度计和工作用石油密度计的毛细常数修正影响量也是不一致的。检定工作中一定要加以重视。

毛细现象是将玻璃浮计浸入液体中时，与其液面接触处液体表层发生某种弯曲，环绕着浮计干管周围形成液体上升现象，这是由于存在于液体中的表面压力和表面张力的作用。不同液体，毛细作用常数是不一样的。当同一玻璃浮计浸没于相同密度但毛细作用常数不同的两种液体中，浮计读数是不一样的。因此。在检定工作中，进行毛细常数修正是基于检定用液与实际使用溶液不一致的原因，将玻璃浮计修正到实际使用液。对于石油密度计而言，在（0.81～0.95）g/cm3这一段，检定时是用酒精水溶液，而实际使用时是在石油产品混合液中，因此，要将毛细常数修正到石油产品混合液，在（0.96～1.01）g/m3这一段，检定时是用硫酸氢乙酯溶液，而实际使用的是石油产品混合液，因此也要将毛细常数修正到石油产品混合液中。