减小混合式油罐测量系统密度测量误差方法的探讨

2017-05-18赵文洋王海波

石油库与加油站 2017年1期

关键词：油罐变送器液位

赵文洋王海波

〔中国石化销售有限公司计量管理站天津 300384〕

减小混合式油罐测量系统密度测量误差方法的探讨

赵文洋王海波

〔中国石化销售有限公司计量管理站天津 300384〕

介绍了混合式油罐测量系统的密度测量的原理、计算方法，分析了密度测量产生误差的原因，提出了分别减小低液位和高液位密度测量误差的方法：前者更换高精度压力变送器，后者采用线性回归法解决，并经实例验证，密度油量的准确性得到了显著提高，相对偏差基本控制在±0.05%以内，表明两种方法的结合使用，可有效减少混合式油罐测量系统全量程密度测量的误差。

混合式油罐测量系统密度测量误差分析

混合式油罐测量系统由自动液位计(ALG)、自动油罐温度计(ATT)以及液体静压测量系统组成，用于测量油罐内石油及石油产品的体积或(和)质量的自动计量系统。混合式油罐测量系统可很大地提高计量精度，减少人为误差及人员劳动强度，为生产与管理提供准确数据。

混合式油罐测量系统先通过ALG直接测量油罐内的油高和水高，ATT测量油罐内油品温度，并通过压力变送器测量油罐内油品静压力，然后将所测参数传输到混合处理器计算出油罐内油品的密度、体积和质量。目前液位高度、温度测量方法已经趋于成熟，在设备设施工况良好的情况下，可以得到较为准确的测量值，但在密度测量时，尤其是低液位时密度测量的准确性成为困扰混合式油罐测量系统在生产中应用的绊脚石。本文就减小混合式油罐测量系统密度测量误差的方法进行探讨。

1 混合式油罐测量系统密度测量原理

混合式油罐测量系统测量密度时，通过罐底的压力变送器Ⅰ测量Ⅰ以上液柱的静压力，通过压力变速器Ⅲ测量罐内的气相压力，若未安装压力变速器Ⅲ，则沿用大气压力[1]，原理示意如图1所示。在压力变送器Ⅰ以上的液位高度为h，通过自动液位计测量的液位减去LP值。LP是指压力变送器Ⅰ中心点到罐底基准板的相对高度。在已知压力P、高度、重力加速度的情况下，可通过式(1)算得视密度。

P=ρ视×LG×(LM-LP)

(1)

式中：P=(P1-P3)+ corr(差压变送器得到的测量值)；P1——压力变送器Ⅰ测得的压力，Pa；P3——压力变送器Ⅲ测得的压力，Pa(大气压力)；LP——压力变送器Ⅰ中心点到罐底基准板的距离，m；LG——本地的重力加速度，m/s2；LM——液位计测量的液位，m。

图1 密度测量原理示意图

2 密度测量误差原因的分析

从混合式油罐测量系统密度测量原理可知，密度的测量主要由压力变送器测量并经推算得到。因此，压力变送器的精度对视密度、标准密度和质量有直接影响。密度测量的准确性很大程度直接取决于压力变送器测量压力的准确性，所以在混合式油罐测量系统投入使用前，需要对系统中的视密度进行首次赋值。

密度首次赋值依据人工取样计量数据，通过视密度、试验温度的测量，计算出油罐内油品的标准密度。通过自动油罐温度计反推出油罐内油品在罐内时的视密度，依据计算出的罐内视密度对混合式油罐自动计量系统中的视密度进行首次赋值。需注意的是，在密度首次赋值前，要对油罐安装的压力变送器进行排气、排污，对零点漂移进行调试[2]。

首次赋值完成后，需要开展人工计量数据与自动计量系统数据的比对，比对项目包括参照高度、液位高度、温度、标准密度等原始计量数据。依照经验，至少需要比对油罐从满至空往复两个行程的全过程测量，才可积累足够的比对数据对混合式油罐测量系统进行调试，以保证系统测量结果的准确性，尤其是密度测量结果的准确性。

以某公司QD油库为例，通过一段时间的全要素比对后，发现在不同液位高度下人工与自动计量系统得到的标准密度值存在非线性差异量，在液位较低时差异量明显，且差异量与液位高度并不是比例变化关系。

通过数据分析可以发现，自动计量系统标准密度测量值与人工计量数据存在较大差异，难以满足日常计量作业的要求。其误差主要来源于两方面：一是所赋LP值不准确导致在高液位密度测量过程中出现较大误差；二是安装的压力变送器精度等级低导致在低液位密度测量过程中出现较大误差。

液位高度与标准密度差异量变化如图2所示。

图2 标准密度差异量随液位高度变化的对比图

3 减小密度测量误差的解决方法

想要在真正意义上实现油库油罐自动化管理，必须解决标准密度测量值不准确的问题。针对高低液位标准密度测量产生误差原因的不同，笔者提出了如下解决方法以提高全量程范围内标准密度测量值的准确性。

(1)更换0.025%高精度压力变送器解决低液位密度测量误差。0.025%高精度压力变送器量程范围为0 ～150 kPa，高精度测量范围为1 020 ～15 000 mm (水)，零点稳定性小于10 Pa。此款压力变送器可在低液位时发挥更稳定的测量效果。

(2)采用线性回归法解决高液位密度测量误差。通过对积累的上百组数据进行线性回归法分析，得出了一条斜率固定的液位压力曲线(图3)。

图3 101号罐P1相对液位 (LP 计算)

在线性回归法分析模型中假设公式是 y=ax+b, 自变量为X轴液位高度，因变量为Y轴罐底压力，那么 LP = -b/a，由图3所包含的数据计算得出斜率a=7330.1，截距b=-1 323.4，得出理论LP值为0.180 5。

以某公司QD油库101号罐为例，在已更换安装0.025%高精度压力变送器后，手工测量101号罐标准密度为853.3 kg/ m3，自动计量系统显示标准密度为850.8kg/ m3，通过输入命令查询此时的系统内LP值为0.204 0，而通过线性回归法计算分析得到LP=0.180 5，两者分析得出的LP值存在一定差距。将系统LP值更改为0.1805后，自动计量系统显示标准密度变为853.4 kg/ m3，与手工测量的标准密度基本吻合。通过对重新调整LP值后的油罐计量系统继续进行一段时间的不同液位下密度测量数据的比对(见表1)，可看出混合式油罐测量系统密度测量结果与人工测量密度结果相比，相对偏差基本都控制在±0.05%以内(图4)，密度测量的准确性得到了显著提高，具体结果见表1和图4。