呂東風

〔霍尼韋爾(中國)有限公司 上海 201203〕

混合式油罐測量系統(tǒng)(HTMS)的安裝與應用

呂東風

〔霍尼韋爾(中國)有限公司 上海 201203〕

簡要介紹了混合式油罐測量系統(tǒng)的發(fā)展歷程、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、工作原理以及影響液位計量準確度的主要因素，重點介紹了該系統(tǒng)和高精度壓力變送器的安裝方法以及注意事項，為相關單位安裝和應用該系統(tǒng)提供了借鑒。

石油庫 油罐 混合式油罐測量系統(tǒng)(HTMS) 安裝 應用

1 儲罐測量系統(tǒng)概述

1.1 儲罐測量的兩種體系(體積體系,質(zhì)量體系)

石油和液體石油產(chǎn)品的靜態(tài)測量和計量技術源于歐洲發(fā)達國家。根據(jù)液體的物理性質(zhì)采用了較為方便和準確的體積計量方法。這種方法認為石油在計量時，它的標準密度在一定的時間里不會改變，被作為標準值考慮，通常被視為常數(shù)，所以計量交接時以標準體積進行，它的多少只與溫度的影響有關。石油交易的單位，通常被定義為“桶”。中國原油的進口買進和加油站油品的售出都是以體積進行。

質(zhì)量計量和交接技術源于原蘇聯(lián)。在石油計量和交接時，利用質(zhì)量守恒的原理，交接的單位定義為質(zhì)量。這個方法不僅考慮了溫度影響，還同時考慮了密度的影響，從理論上比體積交接更加準確，但在密度的手工采樣上存在諸多導致誤差的因素，往往最終結(jié)果并不如人意。

1.2 HTMS混合式油罐測量系統(tǒng)的發(fā)展歷程

HTMS混合式油罐測量系統(tǒng)早在上世紀80 年代由Enraf 公司首先提出，并在荷蘭和前蘇聯(lián)有成功的應用，并取得了NMI 的計量認證，用于貿(mào)易交接和結(jié)算。而在中國這項技術的應用發(fā)展并不順利，其原因主要是：①液位計和壓力變送器的準確度不夠；②液位計和壓力變送器的安裝不符合相應標準要求；③手工液位計量和密度取樣不符合相應標準的要求；④液位和密度的現(xiàn)場比對不符合校準規(guī)范的要求。

自2014年開始，Enraf 公司根據(jù)在歐洲HTMS成功的應用技術和經(jīng)驗，專門開發(fā)了專門用于HTMS應用的壓力變送器，把標準給定的密度最小測量高度從3.5 m，減低到1.5 m，甚至更低。在上海閔行某油庫的47號和49號儲油罐取得了上海計量院頒發(fā)的可以用于計量交接目的的校準證書。

1.3 HTMS混合式測量系統(tǒng)簡介

HIMS混合測量系統(tǒng)是集產(chǎn)品液位、溫度、密度、體積和質(zhì)量測量的完整方案，它結(jié)合了高精度的伺服液位計、雷達液位計、高精度壓力變送器、多點平均溫度計技術的各種優(yōu)勢，是一種同時滿足體積交接和質(zhì)量交接的完美解決方案, 該方案早在1990年即在NMI取得了計量認證用于貿(mào)易交接和結(jié)算。

該系統(tǒng)可提供計量交接級別的液位、體積和質(zhì)量信息。整個系統(tǒng)包括了一臺從罐頂測量產(chǎn)品液位的高精度液位計和一臺安裝在罐底的高精度壓力變送器。如果產(chǎn)品是在密閉狀態(tài)下儲存的，那么就需要在罐頂安裝另一臺壓力變送器用于補償氣相產(chǎn)品的壓力。在溫度測量方面，可以選擇單點溫度計或者多點溫度計。壓力變送器可以直接連接到伺服液位計或者雷達液位計。所有的現(xiàn)場數(shù)據(jù)通過現(xiàn)場通訊總線傳輸?shù)酵ㄓ嵔涌趩卧瓿捎嬎悖缓笏鞋F(xiàn)場數(shù)據(jù)和計算結(jié)果進入庫存管理系統(tǒng)中進行顯示。

HTMS 系統(tǒng)提供了完整的產(chǎn)品庫存管理信息，它包括：①直接測量液位；②直接測量水位產(chǎn)品界位；③直接測量在當前溫度時的產(chǎn)品平均密度；④直接測量產(chǎn)品溫度；⑤實時計算視體積；⑥實時計算標準體積；⑦實時計算標準密度；⑧實時計算質(zhì)量；⑨實時計算流量。

HTMS混合式油罐測量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 HTMS混合式油罐測量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1.4 HTMS的測量原理

HTMS測量原理見圖2。

圖2 HTMS混合法測量原理

HIMS密度計算公式：

其中：

ρt——真空中的液體計量密度，kg/m3；

L——ALG液位讀數(shù)，m；

Z——hb + ho，m；

Hb——變送器P1受力中心到混合法參照點之間的垂直距離，m；

Ho——從油罐下計量基準點到混合法參照點之間的垂直距離，m；

g——當?shù)刂亓铀俣龋琺/s2；

ht——變送器P1和P3膜片上的受力中心之間的垂直距離，m；

ρv——油罐內(nèi)蒸汽密度，kg/m3；

ρa——環(huán)境大氣密度，kg/m3。

1.5 影響液位計測量準確度的因素

通過以上公式可以計算出真空中的液體計量密度ρt, 影響這一參數(shù)準確度的重要因素主要是液位測量高度L和壓力變送器的安裝高度Z。精確計算得知：液位高度誤差⊿L，或變送器高度的位移⊿Z，都將嚴重地影響混合密度的測量準確度，大約1kg/m3/ 1mm 。

液位計的測量準確度由兩方面決定：第一，液位計的出廠標定準確度，這是由制造廠的制造水平和標定基準決定的。理論上，液位計的準確度不應隨量程增大而減小，更不能隨環(huán)境條件的變化而變化。工廠標定的準確度，屬于實驗室標準條件下標定出的結(jié)果，當液位計被安裝到罐頂現(xiàn)場時，其準確度則變?yōu)榱司C合各種影響因素下的測量準確度，它一定會比工廠標定證書上的水平差，偏差的程度將取決于液位計的安裝水平是否符合標準；當然，手工比對的誤差也被毫無疑問地帶入。第二，液位計安裝基準的位移水平。根據(jù)國標GB/T21451.3-2013和校準規(guī)范JJF 1440-2013，液位計需要每月進行比對，以確定液位計的準確度是否發(fā)生變化，實際上液位計本身的準確度在一年內(nèi)會相對保持不變，但其測量基準則有可能因某種原因的影響有所變化。極端的情況是液位計在沒有安裝穩(wěn)液管的狀況下，液位計的基準無一例外地在液位變化和環(huán)境溫度變化時呈現(xiàn)大幅變化。 (我們可以通過量油口總高的變化做簡單的推斷，也可以用光學水準儀測量液位計法蘭高度觀察得到)

2 HTMS系統(tǒng)的安裝

2.1 符合標準的液位計安裝

液位計和手工量油穩(wěn)液管應以剛性聯(lián)接，并固定于第一節(jié)罐壁。建議安裝直徑為200 mm的穩(wěn)液管(導向管)，使得液位計獲得穩(wěn)定的測量基準。安裝中應做到：①不得在罐頂焊死做剛性固定；②穩(wěn)液管底部距罐底不超過30cm；③穩(wěn)液管必須兩側(cè)都開孔，建議直徑為25 ～ 50mm；④孔之間的距離不超過150mm；⑤穩(wěn)液管固定在罐壁下部，必須盡量避免穩(wěn)液管上下位移；⑥液位計和手工共用一個基準板。

穩(wěn)液管的安裝見圖3。

圖3 穩(wěn)液管的安裝

2.2 手工測量基準的要求和必要性

對于早期油罐計量技術，手工液位測量是極其重要的一環(huán)，除了測量者需要有計量員資格和穩(wěn)定的操作手法外，測量的基準則是決定能否得到可靠液位測量的重要條件。目前國內(nèi)大部分的油罐手工液位測量采用實尺測量方法，投尺到罐底板，即便在罐底投尺點焊接了方板用以增加穩(wěn)定性，但罐底在受靜水壓力時的變形是大面積的變形，所以，大部分油罐罐底投尺基準都不可能逃脫基準跟隨靜水壓位移的命運。在API3.1B及國標中都建議要安裝離開罐底的投尺板，從圖3 中可以看到，手工穩(wěn)液管和液位計穩(wěn)液管剛性聯(lián)接，并固定于第一節(jié)罐壁，在手工穩(wěn)液管下部焊接一投尺板，我們可以這樣認為，不論是液位計還是手工投尺的基準都落在這塊投尺板的上表面，液位計和手工的測量基準沒有任何相對位移。只有在這種情況下，液位計的比對才被真正的建立起來。

對于液位計現(xiàn)場比對最好的方法是：利用三用電子量油尺，它可以測量空高、實高和各點的溫度，相比較普通量油尺而言，它具有測量精度高，穩(wěn)定性好。無液位爬升的誤差，(通常普通量油尺的爬升誤差大約為：汽油7mm，柴油3mm)。

3 高精度壓力變送器的選擇及安裝

目前國際上唯一能對整個立式罐油品平均密度進行準確測量的只有HTMS混合式油罐測量系統(tǒng)。即根據(jù)ISO15169-2003標準中混合法系統(tǒng)(HTMS系統(tǒng))的要求，采用在立式罐底部安裝一臺高精度的壓力變送器，根據(jù)圖2及測量原理的說明，我們知道，當液位居于高液位時， HTMS的密度準確度表現(xiàn)很好，但當液位降低到3 m以下，甚至更低時，HTMS混合密度的準確度將大幅下降，原因主要是：根據(jù)ρ=P/H的微分關系可以看到：1mm 液位的偏差的影響在小量程里所占比例變大，對密度準確度的影響顯著提高；另外，普通壓變的線性度或準確度在低量程時會明顯變差，所以，要想提高HTMS密度在低液位的準確度，需要提高壓變在低量程的線性度和準確度。HoneywellEnarf 在深入研究和理解這一原理后，開發(fā)出一款專門用于HTMS的壓變-STD825，下面是一組10臺STD825的工廠標定報告，當液位< 3050mm (120”),其線性度精度好于 0.002%，10臺 STD825在3 m以下小量程范圍內(nèi)表現(xiàn)十分突出。正是我們所期待的變送器。在上海某油庫的HTMS 系統(tǒng)的校準測試中，由上海市計量測試技術研究院對47號和49號罐的HTMS混合式油罐測量系統(tǒng)進行了校準測試，并出具了校準報告，用于貿(mào)易交接和結(jié)算目的。

HTMS混合密度的意義在于，它永遠都是測量罐內(nèi)垂直方向上的平均密度，比較罐上手工密度三點采樣來說具有更好的代表性，特別是油品密度在罐內(nèi)不均勻分布時，它的優(yōu)勢更加明顯。今天壓變的制造技術已經(jīng)更加趨于完善，其線性度可以在10年內(nèi)保持不變，如果我們的液位計的準確度能夠有較好的保證的話，HTMS混合密度將會是十分理想的測量方式。

4 結(jié)論

HTMS混合式油罐測量系統(tǒng)是集成了國際各大石油公司和設備專業(yè)廠家專家的理論和實踐，經(jīng)過大量的理論研究和現(xiàn)場試驗得到的科學而準確的方法，經(jīng)過在上海某油庫兩座油罐的具體應用，初步掌握了從儀表的選型、安裝、調(diào)試、誤差分析和操作等技術要點。試驗結(jié)果證明，這一技術完全可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的油罐手工計量方式，推動罐區(qū)自動化和信息化、智能化實現(xiàn)的進程。

2017-05-22。

呂東風(1960-)，男，大學本科， 黑龍江商學院，石油儲運自動化專業(yè) (現(xiàn)哈爾濱商業(yè)大學)， 負責霍尼韋爾智能化罐區(qū)業(yè)務(石油自動計量、罐區(qū)控制、罐區(qū)信息化等)。