大型原油罐测量技术应用与发展趋势

文/李戎戈

大型原油罐测量技术应用与发展趋势

文/李戎戈

摘 要：近些年国内大型储油罐建设发展迅速，渤海湾、长三角、珠三角等沿海一级油库达到上百家，总库容达到数千万立方。我国在油田开采、炼油、贸易和仓储领域一直采用的质量交接体制，决定了油罐的准确测量非常重要，也是最容易产生争议的原因。根据近年来新出现的测量仪表和测量原理，本文介绍了目前包括人工检尺、雷达液位仪侧量、浮体式仪表测量、油水界面仪、伺服式液位测量仪表、超声波、激光液位仪等测量仪表和方法，并定性分析了多种技术对不同油种计量的选用原则和发展趋势。

关键词：原油罐； 测量；应用 ；趋势

1.引言

大型原油储罐是油田、炼厂、油库和油品码头普遍需要的储存设施，油罐测量就是对罐内的液体介质（原油、燃料油）测量其液位、温度、密度等参数，并据此计算出液体体积和存储质量。贸易交接环节需要的测量精度要求很高。随着近年来技术的进步，我国原油储罐测量技术在仪器选型、测量方法上进步很快，逐步向自动化、精确化方向发展，结构上和功能上大量应用了电控、单片机及电脑技术。根据用户具体需要的不同和投资经费的多寡，选用适合的测量仪器和技术，有利于原油罐使用达到最优异的性价比。

针对原油罐测量，目前应用较多的有雷达测量液位仪、伺服式液位测量仪表、浮体式测量仪表、超声波液位测量仪、油水界面仪还有运用最为广泛的人工检尺。各种测量设备和测量技术基本都能满足计量需要，但不同设备价格不同，使用侧重点也有所区别，针对不同液体的测量精度也不一样。一般选用测量仪器要考虑几个方面的因素。如罐型的大小、罐的用途、浮顶还是拱顶，液体介质的特性等。

2.测量仪器仪表

2.1雷达测量液位仪

雷达测量液位仪是近年在大型储罐中较为常用的一种智能型测量仪表，是一种新型的非接触式液位测量仪器，现在的雷达液位计通常采用了模块化结构和现场总线技术[1]，并实现了全数字化处理，兼容性和开放性良好。其原理是应用雷达波入射到液面后反射回来，由天线接收回波。通过测量电磁波从发射到反射的时间差计算电磁波传播的距离来测量液位。其使用特点是一次性投入高，但维护成本低，无需仪器与介质接触，工作可靠，故障率低，精度高、适应范围广，尤其适合高粘度、高腐蚀性介质的液位测量。但其只能安装在油罐顶部，下方不能有遮挡，以免影响发射和接受，罐底一般还需安装反射板。

国外品牌代表如美国艾默生、德国西门子、法国AUXITROL等公司的雷达测量液位仪均以性能稳定、精度高著称，但价格较高。国内厂家近些年雷达测量液位仪的设计和生产技术提高很快，以上海、北京等地区为代表的厂家，雷达液位计的水平已接近国际先进水平，价格较国外品牌便宜很多。

2.2 浮体式测量仪

这种测量液位的仪器发展较早，二十世纪三十年代就开始使用，因其价格低、操作简单直观，至今仍有一定的市场占有率。浮体式液位测量仪表分为浮筒式与浮子式。浮筒式利用机械滑轮组，通过一端钢丝绳挂浮球，另一端挂重锤，通过浮球与重锤的运动距离达到液位测量的目的。由于钢丝绳与滑轮间存在滑动摩擦力，可能导致回位误差较大。浮子式通常由一根不锈钢管和一个空心球组成。不锈钢管内部装有若干个弹簧继电器，空心球内装有一块永久磁铁，当空心球随着液位上下运动时，空心球的运动被弹簧继电器转换为相应的液位[2]。

浮体式测量仪是一种接触式的测量工具，容易受到液体介质的腐蚀，同时其传动部件比较多，易发生机械故障，日常维护量大。对于投资有限的中、小型罐仍可考虑选用该液位计，但单体容积5万方以上的油罐不宜采用，因为油罐越高，对安装平行度、垂直度以及盘簧的质量要求也越高。

2.3 油水界面测量仪（UTI）

UTI油水界面测量仪是一种便携式计量器具，通常采用扫描技术，动态分析介质中各种参数，利用高速单片机数字化处理测量数据，具有智能化、自校正的优点，可用于测量油罐等大型存储容器或排输管道内原油，化合物等油水界面。其在油田原油罐中对原油油位与水位的测量具有其它传感器无可比拟的优越性。英文UTI我们分别是指ullage（空高），temperature（温度），interface（界面）三个英文单词的首个字母。油水界面测量仪自带探头，铜尺带上有刻度，当探头接触到油面时，仪器会发出声音，此时读尺带数据就可以测量出液面的位置。UTI的出现给原油计量带来了极大的方便，特别是交接过程中可能出现的计量问题，如原油中明水含量过高，船舶油舱中的明水量等。

目前国内使用的通常是进口油水界面仪，如韩国TKT、美国MMC等厂家。国内生产该测量设备的厂家较少，普遍存在精度较差，温度补偿计算做得不好等问题。油水界面仪优点是便携、适合各种恶劣的环境，精度高，计量油品的同时还可以计算明水的含量。缺点是价格较高，受人为观测影响。

2.4 伺服式液位测量仪表

伺服式测量液位计是一种高精度的储罐液位设备，是一种多功能测量仪表。它采用浮力平衡原理，既可以测量液位也可以测量界面、密度和罐底。伺服式测量液位是用一台伺服电机驱动体积较小的浮子，使浮子随液位或介质面变化，浮子作用于细钢丝上的重力在外轮鼓的磁铁上产生力矩，从而引起磁通量的变化。轮鼓组件间的磁通量变化导致内磁铁上的电磁传感器(霍尔元件)的输出电压信号发生变化。其电压值与储存于CPU中的参考电压相比较，当浮子的位置平衡时，其差值为零。当被测介质液位变化时，使得浮子浮力发生改变。其结果是磁耦力矩被改变，使得带有温度补偿的霍尔元件的输出电压发生变化。该电压值与CPU中的参考电压的差值驱动伺服电动机转动，调整浮子上下移动重新达到平衡点，从而得到液位等数据。这种测量仪表几乎不存在机械传动装置，通过与计算机联网，数据运算很快，测量精度非常高，伺服电机灵敏度可达到0.1mm，测量精度可达0.7mm[3]。伺服式测量液位计价格高、目前国内用户使用不多。

2.5 超声波、激光测量液位仪

超声波、激光测量液位仪的工作原理基本一致，它们都属于非接触式测量液位仪，精度高、维护简单。即由传感器发射超声波或激光照射被测物（液）面，通过接收反射波、光，将从发射至接收到波、光的时间换算成液位。超声波液位仪带有一个功能很强的智能回波分析软件，可以将搅拌器产生的干扰过滤出来，能识别多重回波，分析信号强度和环境温度等有关信息。超声波测量仪一般精度能达到2mm，但精度容易受到环境影响[4]。

激光的光束是很窄的，利用仪器中的光学系统转换成约20mm宽的光束，光速遇到被测界面，产生反射，即使被测界面很粗糙，漫反射光也能被传感器接收。激光液位仪适用于开口小的容器内液位的测量，激光测量仪对高温、高黏度的测量对象也适用。

2.6 人工测量检尺

人工测量检仍是当前应用广泛的一种测量方法。也是目前法定检查和商业检查用来核定油品数量的标准手段。人工检尺利用计量员通过浸入式刻度铜尺测量并读取记录液位，取样测量油温和密度，通过对比罐容表得到储油罐所储液体体积，换算后得到重量。人工液位测量的精确度一般认为是使用的刻度钢尺精度加上2mm的人为读数误差。

人工测量检尺作为一种成本低，数据精确，误差小，可信度高的测量方法，其缺点也很明显，如受人为影响大，不同计量员对铜锤接触油罐底部判断的不同可能会得到不同的数据。大型储罐的高度都在15米以上，加上计量员连续上罐多，劳动强度大，如果人受到身体疾病等状况的影响，有人身安全事故的发生的可能性。

3.油罐测量技术的选用原则和发展趋势

针对文中不同测量仪器和方法，给出精度和适宜测量不同介质选用原则的比较表格。

4.结语

随着储油罐测量技术的大力发展，越来越多的新技术、新测量仪器得到应用，测量仪器多样化趋势将继续存在。接触式测量方法和非接触式测量方法成为两种发展方向，两种方向各有优劣，而采用数字化接口，利用单片机或与微机相连，数据接入油库的整体自动化控制系统是油罐测量的发展趋势。总体而言，接触式测量仪器精度高、安装操作方便，适合投资成本严格受限的储油罐测量；非接触式测量仪器，一次投入大，且无需定期维修和重新标定，不易受液体腐蚀等外界因素干扰。综合考量非接触式测量仪器是未来测量技术的发展趋势。

参考文献

[1] 任开春，涂亚庆;大罐液位仪的现状和发展趋势[J]自动化仪表，2001．6．27～30

[2] 郭光臣．石油设计与管理[M]山东：石油大学出版社 1991

[3] 李冬梅．国内外液位计量仪表技术发展动向[J]仪器仪表用户，2002，9(3)5～7

[4] 齐永生，宋生奎，涂亚庆．石油工程建设，1001-2206(2006)04-0001-03

作者单位：（中海油进出口公司）