一种综合计量系统在储罐中的应用

2014-09-10柳永刚孙伟张大庆杨玲

石油化工自动化 2014年6期

柳永刚，孙伟，张大庆，杨玲

(1. 福斯特惠勒(河北)工程设计有限公司，石家庄 050061；2. 新地能源工程技术有限公司，石家庄 050051；3. 河北一然生物科技有限公司，石家庄 050800)

储罐中介质分层、温度分布不均等现象的存在，给准确测量带来一定难度。随着生产要求的不断提高，罐区自动计量已进入多功能、高精度的新阶段[1]。现行一般计量系统难以同时准确地测定介质液位、温度等参数，亦无法可靠地实现综合计量管理功能[2]。在某公司油品储罐区计量设计中，采用了一种综合计量系统，解决了采用一般计量设备检测所存在的功能单一、计量精度不高、信号外传困难等方面的问题。

1 系统测量原理

当前储罐计量方法可分为液位法和静压法两大类[3]。油品储罐所采用的综合计量系统属广义的静压法测量，应用了高精度压力传感技术、等浮力浮子引压管技术、毛细管介质阻隔技术以及引压管环境补偿技术[4]。

综合计量系统是根据液体静压计算公式、理想气体状态方程来测量液位、温度等参数。将测压点按间隔1 m来固定探测器，每个相邻测压点误差小于0.1 mm。后采用特殊的取压方法将测压点的液体压力传送到高精度压力变送器，将4～20 mA信号传输给可编程控制器(PLC)，控制软件根据2个压力传感器的信号来切换微型电磁阀的开关，从而测量不同高度的相邻2个测压点的压差，然后计算出液位、温度、含水水位、密度和质量等参数。

2 系统构成及性能指标

该计量系统包括罐内探测器(现场检测单元)和罐外装置(信号处理单元)，系统结构如图1所示。罐内探测器和罐外装置通过取压毛细管连接。

图1 综合计量系统结构示意

2.1 罐内探测器

罐内探测器采用不锈钢结构，材质为316，无摩擦火花产生，使用寿命20 a以上。探测器安装在DN200的管线内，不同位置安装有测压点、感温包、取样阀。

2.2 罐外装置

罐外装置由防爆控制箱和取样控制台组成，防爆仪表控制箱适用于爆炸性气体环境的1～2区，危险气体或蒸汽ⅡA～C，温度组别在T1～T6范围内。控制箱内安装有PLC、显示屏、高精度压力变送器、绝压变压器、微型电磁阀等设备。

1) 可编程控制器(PLC)。控制器由中央处理单元(CPU)、I/O模块、通信模块、电源模块等组成。输入部分是变送器的4～20 mA的标准信号及控制指令；输出部分是晶体管或继电器和通信端口。控制程序指令是针对介质的特性、装卸作业的细节、库存管理目的及测量精度要求而编制的，具有很强的实用性、可靠性，以满足全功能测量的要求。所有测量数据可现场显示，也能够通过信号电缆将所有测量参数远程传输到控制室进行监控，满足了贸易计量交接的要求。

2) 高精度压力变送器。压力变送器精度不低于±0.04% FS；变送器本体采用防腐蚀设计，适用于罐区周围环境，在实际工况下可靠运行周期不低于10 a。

3) 绝压变送器。绝压变送器精度等级为±0.1%，迟滞不大于±0.01% FS，稳定性大于0.1%/a，温度影响小于±0.1% FS。

4) 微型电磁阀。微型电磁阀为无泄漏阀门，采用24 V(DC)供电，具有体积小、功耗低等优点。

2.3 主要性能指标

该计量系统主要性能指标：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，多点温度误差不大于±0.2℃(包括平均温度、每米点温度)，取样点高度误差不大于±2 cm，高低液位报警误差不大于±20 mm，罐顶气相正压过高、负压过低报警误差不大于±196 Pa，稳定性不低于0.1%/a[4]。