混合式油罐测量系统(HTMS)的安装与应用

吕东风

〔霍尼韦尔(中国)有限公司 上海 201203〕

混合式油罐测量系统(HTMS)的安装与应用

吕东风

〔霍尼韦尔(中国)有限公司 上海 201203〕

简要介绍了混合式油罐测量系统的发展历程、系统结构、工作原理以及影响液位计量准确度的主要因素，重点介绍了该系统和高精度压力变送器的安装方法以及注意事项，为相关单位安装和应用该系统提供了借鉴。

石油库 油罐 混合式油罐测量系统(HTMS) 安装 应用

1 储罐测量系统概述

1.1 储罐测量的两种体系(体积体系,质量体系)

石油和液体石油产品的静态测量和计量技术源于欧洲发达国家。根据液体的物理性质采用了较为方便和准确的体积计量方法。这种方法认为石油在计量时，它的标准密度在一定的时间里不会改变，被作为标准值考虑，通常被视为常数，所以计量交接时以标准体积进行，它的多少只与温度的影响有关。石油交易的单位，通常被定义为“桶”。中国原油的进口买进和加油站油品的售出都是以体积进行。

质量计量和交接技术源于原苏联。在石油计量和交接时，利用质量守恒的原理，交接的单位定义为质量。这个方法不仅考虑了温度影响，还同时考虑了密度的影响，从理论上比体积交接更加准确，但在密度的手工采样上存在诸多导致误差的因素，往往最终结果并不如人意。

1.2 HTMS混合式油罐测量系统的发展历程

HTMS混合式油罐测量系统早在上世纪80 年代由Enraf 公司首先提出，并在荷兰和前苏联有成功的应用，并取得了NMI 的计量认证，用于贸易交接和结算。而在中国这项技术的应用发展并不顺利，其原因主要是：①液位计和压力变送器的准确度不够；②液位计和压力变送器的安装不符合相应标准要求；③手工液位计量和密度取样不符合相应标准的要求；④液位和密度的现场比对不符合校准规范的要求。

自2014年开始，Enraf 公司根据在欧洲HTMS成功的应用技术和经验，专门开发了专门用于HTMS应用的压力变送器，把标准给定的密度最小测量高度从3.5 m，减低到1.5 m，甚至更低。在上海闵行某油库的47号和49号储油罐取得了上海计量院颁发的可以用于计量交接目的的校准证书。

1.3 HTMS混合式测量系统简介

HIMS混合测量系统是集产品液位、温度、密度、体积和质量测量的完整方案，它结合了高精度的伺服液位计、雷达液位计、高精度压力变送器、多点平均温度计技术的各种优势，是一种同时满足体积交接和质量交接的完美解决方案, 该方案早在1990年即在NMI取得了计量认证用于贸易交接和结算。

该系统可提供计量交接级别的液位、体积和质量信息。整个系统包括了一台从罐顶测量产品液位的高精度液位计和一台安装在罐底的高精度压力变送器。如果产品是在密闭状态下储存的，那么就需要在罐顶安装另一台压力变送器用于补偿气相产品的压力。在温度测量方面，可以选择单点温度计或者多点温度计。压力变送器可以直接连接到伺服液位计或者雷达液位计。所有的现场数据通过现场通讯总线传输到通讯接口单元完成计算，然后所有现场数据和计算结果进入库存管理系统中进行显示。

HTMS 系统提供了完整的产品库存管理信息，它包括：①直接测量液位；②直接测量水位产品界位；③直接测量在当前温度时的产品平均密度；④直接测量产品温度；⑤实时计算视体积；⑥实时计算标准体积；⑦实时计算标准密度；⑧实时计算质量；⑨实时计算流量。

HTMS混合式油罐测量系统结构见图1。

图1 HTMS混合式油罐测量系统结构

1.4 HTMS的测量原理

HTMS测量原理见图2。

图2 HTMS混合法测量原理

HIMS密度计算公式：

其中：

ρt——真空中的液体计量密度，kg/m3；

L——ALG液位读数，m；

Z——hb + ho，m；

Hb——变送器P1受力中心到混合法参照点之间的垂直距离，m；

Ho——从油罐下计量基准点到混合法参照点之间的垂直距离，m；

g——当地重力加速度，m/s2；

ht——变送器P1和P3膜片上的受力中心之间的垂直距离，m；

ρv——油罐内蒸汽密度，kg/m3；

ρa——环境大气密度，kg/m3。

1.5 影响液位计测量准确度的因素

通过以上公式可以计算出真空中的液体计量密度ρt, 影响这一参数准确度的重要因素主要是液位测量高度L和压力变送器的安装高度Z。精确计算得知：液位高度误差⊿L，或变送器高度的位移⊿Z，都将严重地影响混合密度的测量准确度，大约1kg/m3/ 1mm 。

液位计的测量准确度由两方面决定：第一，液位计的出厂标定准确度，这是由制造厂的制造水平和标定基准决定的。理论上，液位计的准确度不应随量程增大而减小，更不能随环境条件的变化而变化。工厂标定的准确度，属于实验室标准条件下标定出的结果，当液位计被安装到罐顶现场时，其准确度则变为了综合各种影响因素下的测量准确度，它一定会比工厂标定证书上的水平差，偏差的程度将取决于液位计的安装水平是否符合标准；当然，手工比对的误差也被毫无疑问地带入。第二，液位计安装基准的位移水平。根据国标GB/T21451.3-2013和校准规范JJF 1440-2013，液位计需要每月进行比对，以确定液位计的准确度是否发生变化，实际上液位计本身的准确度在一年内会相对保持不变，但其测量基准则有可能因某种原因的影响有所变化。极端的情况是液位计在没有安装稳液管的状况下，液位计的基准无一例外地在液位变化和环境温度变化时呈现大幅变化。 (我们可以通过量油口总高的变化做简单的推断，也可以用光学水准仪测量液位计法兰高度观察得到)

2 HTMS系统的安装

2.1 符合标准的液位计安装

液位计和手工量油稳液管应以刚性联接，并固定于第一节罐壁。建议安装直径为200 mm的稳液管(导向管)，使得液位计获得稳定的测量基准。安装中应做到：①不得在罐顶焊死做刚性固定；②稳液管底部距罐底不超过30cm；③稳液管必须两侧都开孔，建议直径为25 ～ 50mm；④孔之间的距离不超过150mm；⑤稳液管固定在罐壁下部，必须尽量避免稳液管上下位移；⑥液位计和手工共用一个基准板。

稳液管的安装见图3。

图3 稳液管的安装

2.2 手工测量基准的要求和必要性

对于早期油罐计量技术，手工液位测量是极其重要的一环，除了测量者需要有计量员资格和稳定的操作手法外，测量的基准则是决定能否得到可靠液位测量的重要条件。目前国内大部分的油罐手工液位测量采用实尺测量方法，投尺到罐底板，即便在罐底投尺点焊接了方板用以增加稳定性，但罐底在受静水压力时的变形是大面积的变形，所以，大部分油罐罐底投尺基准都不可能逃脱基准跟随静水压位移的命运。在API3.1B及国标中都建议要安装离开罐底的投尺板，从图3 中可以看到，手工稳液管和液位计稳液管刚性联接，并固定于第一节罐壁，在手工稳液管下部焊接一投尺板，我们可以这样认为，不论是液位计还是手工投尺的基准都落在这块投尺板的上表面，液位计和手工的测量基准没有任何相对位移。只有在这种情况下，液位计的比对才被真正的建立起来。

对于液位计现场比对最好的方法是：利用三用电子量油尺，它可以测量空高、实高和各点的温度，相比较普通量油尺而言，它具有测量精度高，稳定性好。无液位爬升的误差，(通常普通量油尺的爬升误差大约为：汽油7mm，柴油3mm)。

3 高精度压力变送器的选择及安装

目前国际上唯一能对整个立式罐油品平均密度进行准确测量的只有HTMS混合式油罐测量系统。即根据ISO15169-2003标准中混合法系统(HTMS系统)的要求，采用在立式罐底部安装一台高精度的压力变送器，根据图2及测量原理的说明，我们知道，当液位居于高液位时， HTMS的密度准确度表现很好，但当液位降低到3 m以下，甚至更低时，HTMS混合密度的准确度将大幅下降，原因主要是：根据ρ=P/H的微分关系可以看到：1mm 液位的偏差的影响在小量程里所占比例变大，对密度准确度的影响显著提高；另外，普通压变的线性度或准确度在低量程时会明显变差，所以，要想提高HTMS密度在低液位的准确度，需要提高压变在低量程的线性度和准确度。HoneywellEnarf 在深入研究和理解这一原理后，开发出一款专门用于HTMS的压变-STD825，下面是一组10台STD825的工厂标定报告，当液位< 3050mm (120”),其线性度精度好于 0.002%，10台 STD825在3 m以下小量程范围内表现十分突出。正是我们所期待的变送器。在上海某油库的HTMS 系统的校准测试中，由上海市计量测试技术研究院对47号和49号罐的HTMS混合式油罐测量系统进行了校准测试，并出具了校准报告，用于贸易交接和结算目的。

HTMS混合密度的意义在于，它永远都是测量罐内垂直方向上的平均密度，比较罐上手工密度三点采样来说具有更好的代表性，特别是油品密度在罐内不均匀分布时，它的优势更加明显。今天压变的制造技术已经更加趋于完善，其线性度可以在10年内保持不变，如果我们的液位计的准确度能够有较好的保证的话，HTMS混合密度将会是十分理想的测量方式。

4 结论

HTMS混合式油罐测量系统是集成了国际各大石油公司和设备专业厂家专家的理论和实践，经过大量的理论研究和现场试验得到的科学而准确的方法，经过在上海某油库两座油罐的具体应用，初步掌握了从仪表的选型、安装、调试、误差分析和操作等技术要点。试验结果证明，这一技术完全可以代替传统的油罐手工计量方式，推动罐区自动化和信息化、智能化实现的进程。

2017-05-22。

吕东风(1960-)，男，大学本科， 黑龙江商学院，石油储运自动化专业 (现哈尔滨商业大学)， 负责霍尼韦尔智能化罐区业务(石油自动计量、罐区控制、罐区信息化等)。