一种新型多功能储油罐液位仪的研发

〔南京振兴华电子成套设备有限公司 江苏南京 210042〕

近年来石化企业新建油库的储油罐容积不断增大，1万m3及以上储油罐已随处可见。1万m3储油罐的液位每上升1mm就增加近700L油品。可见，精确计量十分重要，所涉及的经济价值十分可观。如何提高液位仪的测量精度，更加安全可靠、精准及时地反映储油罐进出油品的数量以及对液位状态的实时监控，则是业内人士迫切需要研究解决的新课题。

目前各类储油罐常用的雷达液位仪、磁致伸缩液位仪和伺服式液位仪在实际使用中主要存在以下问题：①雷达液位仪对被检测的介质及环境有一定要求，且功能较单一，只能测量液位，而仪表需要设置的参数较多，一旦出现故障，很难及时查出原因排除故障；②磁致伸缩液位仪的接触式测量方式会给测液体温度、密度变化带来一定的测量误差，量程过高不易安装，且浮子易被导管卡住；③伺服式液位仪也是接触式测量，靠接触被测介质的浮子或在其内部安装的传感器提供测量信息。由于被测介质的状态、物理参数等都随时间和外部条件的不同而变化，所以浮子或传感器获取信息的及时性或真实性受测量环境、场合及被测介质的影响较大，使液位仪的测量精度、适用范围受到限制，投资成本也高。因此，研发“多功能储罐液位仪”具有十分必要的现实意义。

1 多功能储罐液位仪的概念

该液位仪是一种储油罐液位、液面下油品温度、密度及油水界面高度的测量装置，适应介质为成品油及原油；能用于多种类型的储油罐，如拱顶罐、内浮顶罐、浮顶罐等，也可应用于石化企业生产过程中储罐内液体的测量和监控。

2 多功能储罐液位仪的结构

（1）多功能储罐液位仪主要由伺服电机、控制器、信号传输带、测量盒、钢带、导索和套管等组成，其构成见图1所示。

图1 多功能储罐液位仪

（2）多功能液位仪是在储罐一侧内垂直安装底部密封的套管7，在套管7内安装具有高度信息的钢带5（钢带5是特制的量油尺，在使用初期和使用期内按有关规定可拆卸送法定计量部门检定并获取使用合格证，）和使测量盒3定位于能上下移动的导索6；钢带5和导索6预置一定的张力且与套管7轴线平行；套管7的上部和下部分别与罐顶及罐底固定，在套管7的上方（即储罐顶部）安装了伺服电机1和控制器4，信号传输带2上端与伺服电机1轮毂相连，下端与测量盒3上部连接。测量盒3沿导索6在套管7中上下移动。

3 多功能储罐液位仪的测量原理

（1）界面测量与密度测量。利用测量盒3中检测探头发射的脉冲激光与套管7内壁表面的相作用，使其表面瞬间产生热弹激励，从而在套管7管壁内部产生应力波（即超声波），应力波穿透套管7管壁进入液体中，大部分回波被吸收，少量被反射；而进入空气中的应力液则相反，大部分回波被反射；利用液体和气体声阻抗的不同特性，测量盒3中检测探头以接受反射波的强弱来辨别和确定套管7壁外是液体还是气体，进而检测和测量出储罐的液位；同理也可以检测和测量出储罐液面以下不同层面液体的密度和不同液体间的界面高度。

（2）温度测量。利用套管7内壁辐射红外波段电磁波的辐射能量密度与物体本身的温度高低的对应关系，在测量盒3中安装的红外线传感器，接受套管7内壁辐射出的红外线，经电路处理即可得到该点的温度（该层液体温度）。

4 多功能储罐液位仪测量过程

（1）测量液位。液位仪接受现场控制器或远控（控制室）液位测量指令后：

①当储罐增加液体，液面上升时，液面超过测量盒的检测探头，探头进行动态测量（上下毫米移动），对未识别到的气体介质，测量盒发出指令，经信号传输带和控制器控制伺服电机轮毂顺时针旋转，测量盒沿导索向上移动并获取钢带上的高度信息；液面不断上升，上述过程不断重复，直到储罐停止增加液体，液面稳定不变时结束。探头在动态测量中，上下交替测量到液体和气体介质，当伺服电机轮毂上信号传输带在垂直方向上的位移等于毫米时，伺服电机轮毂停止转动，测量盒检测探头处在液气界面，并读取钢带上的高度值。

②当储罐减少液体，液面下降时，测量盒检测探头高出液面，探头动态测量（上下毫米移动），未识别到液体介质时，测量盒发出指令，经信号传输带和控制器控制伺服电机轮毂逆时针旋转，测量盒沿导索向下移动并获取钢带上的高度信息；液面不断下降，上述过程不断重复，直到储罐停止减少液体，液面稳定不变时结束。探头在动态测量中，上下交替测量到液体和气体介质，当伺服电机轮毂上信号传输带在垂直方向上的位移等于毫米时，伺服电机轮毂停止转动，测量盒检测探头处在液气界面，并读取钢带上的高度值。

不论液面上升还是下降，测量盒检测的信息都经信号传输带同步传给控制器（处理后现场动态显示液位）并经控制器接口输出到控制室。

（2）液体界面及液体温度、密度测量。测量盒检测探头处在液气界面，液位仪接受现场控制器或远控（控制室）测量液面以下液体的相关参数指令后，控制器控制伺服电机轮毂逆时针旋转，测量盒沿导索向下移动，同时测量盒检测探头对液体的温度、密度进行扫描，测量盒在扫描过程中还获取不同液体间界面的高度，扫描直至标定储罐的最低液位结束。以上扫描信息经信号传输带同步传给控制器（处理后现场显示不同液体间的界面高度及其对应液体的温度、密度），并经控制器接口输出到控制室。

5 多功能储罐液位仪的特点

（1）该液位仪的主要测量部件与被测介质完全隔离，故较现行的客户较满意的伺服液位仪更具有耐高温、耐高压及耐腐性，防爆性能更好，对测量环境和被测介质无特殊要求；该液位仪对液位、液体温度、密度及不同液体间的界面高度测量一气呵成，直接被计算机接受，计算出储罐的储存量。

（2）该液位仪具有人工检尺的主要优点，测量数据可靠，测量精度高，同时避免了因人工检尺时受环境、条件和操作人员操作技能等诸多因素产生的测量误差，解决了因恶劣天气及气候不能做到及时检测的难题。

（3）该液位仪具有适用范围广（各种类型的储油罐及其储存油品、化工介质都适用），结构简单，安装方便，维修容易，使用寿命长。

（4）该液位仪既可现场控制测量过程和显示测量值，又可通过控制器接口接受控制室的远控指令进行各项测量和输出测量数据至控制室，在控制室的计算机上实时显示储罐液位，随时显示液面内不同液体间的界面及其液体的温度、密度值，为现实储罐罐区自动化管理提供准确可靠数据。

6 结束语

新型多功能石油库储罐液位仪的研发，将进一步提高储罐液位仪测量的可靠性和安全性；相对其它液位仪适用范围更广，功能更加齐全；易于实现石油库储罐区智能化管理；对推动石油库储罐液位、液面内油品温度、密度及油水界面高度的精准测量技术将发挥积极作用，具有较好的经济价值和社会价值。