控制网

李新青，尚柏鑫，石利琴

1  概述
1.1  油品计量的现状
洛阳石化总厂油品罐区（包括原料油罐、成品油罐和中间原料油罐共18个罐区约108台油罐）自动化水平较低，油罐的检测仪表比较落后，大部分是80年代建厂时安装的钢带液位计及其换代产品光导液位计。该类仪表传动部件较多，容易发生故障，且检测精度较低，现有仪表的控制水平越来越不能满足现代化生产管理的需要，随着仪表技术的发展及储罐计量要求的提高，更换一批精度高、性能稳定的罐区检测仪表是非常必要的，本文对油罐液位仪表的使用情况及设计选型中的考虑要点作一简要介绍。
1.2  油品储罐（简称油罐）计量的目的
储罐计量指对大型储罐内储存液量进行测量，从而获得储罐库存量。通过储罐计量得到库存量是一个企业掌握库存资料以便指导生产和销售的重要管理项目，因此，对库存量的测量精度和重现性要求较高。购进原料和输转产品往往也可以实现储罐计量，炼油厂内的半成品中间罐区对储罐计量精度要求不高，但测量的可靠性及重现性却非常重要。不管是原料罐、成品罐或中间罐，由于储罐泄漏或油气排放导致的环境污染及经济损失都是需要避免的，所以必须要有可靠而稳定的储罐计量测量系统。
根据油罐液位的测量原理，可分为两大类，一类为直接测量高度法，另一类为压强法。直接测量高度法主要是依靠下述方法或仪表来完成油罐液位测量，如人工检测尺测量、浮子钢带测量、伺服式液位计、雷达液位计、超声波液位计、电容式液位计、磁致伸缩液位计等。基于压强法测量原理的测量系统主要有静压式测量液位系统、称重仪等。
2  各种液位计的特点
2.1  人工检测尺
利用浸入式刻度钢皮尺测量液位，取样测量油温和比重，通过计算得到储液体积和重量。这是古老的也是至今仍被全世界广泛使用的储罐计量方法，它可以用作现场检验其它测量仪表的参考手段。人工液位测量的精确度一般认为是使用的刻度钢尺精度加上±2mm的人为误差。
2.2  浮子式钢带液面计
如大连自动化仪表五厂的UHZ-Ⅲ系列，这种液面计在国外30年代开始使用至今仍有较高的市场占有率，这种仪表的优点是比较直观，价格较便宜。缺点是传动部件多，容易发生故障，尤其是对安装要求比较高。如不符合要求，可能一开工就不能用，因此选用这种仪表时，在说明书中都提出生产厂家必须指导安装的要求。在投资有限的项目中，中小型罐仍可考虑选用该表。但16m以上的罐不适合选用该种仪表，因为罐越高，安装的平行度、垂直度以及盘簧的质量要求越高；外浮顶罐也不适合，因为一有风吹，指针上下摆动，不稳定，并容易损坏衡力盘簧。光导液位计也列入这一行列，属同类产品，选用哪一种一般应与用户协商确定。图1为钢带液位计原理图。

图1  钢带液位计原理示意图  图2  伺服液位计原理示意图

这些产品目前在中小炼厂、小油库及中间原料油罐区还有选用的余地。
2.3  伺服液位计
伺服液位计因其用一台伺服电机，使浮子跟随液位或者界面变化故得其名。如荷兰Enraf公司的UEBF854B21C2AZ型液位计。这种液位计功能强，可测液位、界位、介质比重等，精度高(±0.9mm)，故障率比较低，与计算机联网比较方便，受到操作和维护人员的欢迎，但价格比较高，在设计选型过程中，往往在审查初步设计阶段就会遇到障碍。图2为伺服液位计原理图。
2.4  雷达液位计
利用雷达电波测量液位是近几年国内外都很关注的技术。如德国Endress+Hauser公司的FMR130-OVAD2DAIA型液位计。由于液位计不接触介质，又无可动部件，故障率低，而且精度也很高，是一种对用户很有吸引力的液位计。图3为雷达液位计原理图。
不论雷达液位计还是伺服液位计都是性能很好的仪表，但目前由于价格偏高，在国内大面积推广还有一定困难，但随着技术的发展，这些仪表性能价格比的不断改善，使用会越来越广泛地被采用。
2.5  磁致伸缩液位计
这是一种刚刚进入中国市场的新型液位计。它的测量原理是利用磁场脉冲波，测量时液位计的头部（罐的上部）发出电流“询问脉冲”，此脉冲同时产生一磁场，沿着波导管内的感应线向下运行，在液位计管外配有浮子，浮子可随液位、沿侧杆上下移动，浮子内藏有一组磁铁，并产生一个磁场，两个磁场相遇则产生一个新的变化磁场，随之产生新的“返回脉冲”，测出“询问脉冲”和“返回脉冲”的周期便可知道液体的变化位置。该液位计可动部分只有浮子，故维护工作量小、安装比较简单、精度也比较高，另一个特点是可同时测温，但它不适合重质油品的检测。

图3  雷达液位计原理示意图

2.6  静压式液位计
利用测量液体压强的方式获得液位的仪表，最简单的HTG（Hydrostatic Tank Gaugings）系统只有一个变送器，将测得的压强乘以储罐的面积就可以得到液体的重量。但早期的差压变送器测量精度低、环境温度影响比较大，对操作工来说又不直观，所以采用这种测量方式的用户不多，对于不用远传仪表的用户更无法使用。但是这种测量方式因为可动部件少，维护工作量小而且方便，设计人员在一些重质油罐上，用单法兰差压变送器，对于一些较小的炼厂或油库要搞远传监控也采用了这种测量方式。由于变送器和计算机技术的进步，静压式测量液位近年来又取得了新的进展，精度和可靠性都有很大提高，从统计资料看虽然总数不多，但递增幅度较大。
此外，还有电容式液位计、超声波液位计，也都各有特点，因现场使用数量较少在此不做比较和分析。

表1

3  各类油罐计量测量仪表的应用
(1)  各类油罐计量测量仪表应用性能的比较，参见表1。
(2)  几种仪表在洛阳石化总厂的应用，参见表2。

表2

(3)  各种仪表的介质使用情况，参见表3。

表3

其中“+”表示适用；“-”表示不太适用
(4)  各种仪表在库存计量中的误差，参见表4。

表4

从应用角度来说，对储罐计量测量仪表系统的要求应是：精度高（重量、液位）、高重现性、绝对安全、易操作、易维护、高可靠性、数据远传与接口标准化等。
4  设计选型的原则
(1)  考虑油罐的大小和特点
对10 000~100 000m3油罐，以及较大的液化气罐选用较高的液位计，中、小罐可以选用一般液位计。
(2)  考虑油罐的种类
直接售油或者进油的罐，选用高精度液位计，中间罐、一般储料罐可以采用一般仪表。
(3)  考虑介质的特性
重油尽量采用与被测介质不接触或少接触类型仪表，轻油可用一般仪表。如果用户整体水平很高，投资限制不严格，可采用性能较高的液位计。老厂改造或新增加的罐区要考虑原来采用的液位计使用情况，如果使用状况良好，尽量统一选型，以减少维护人员的负担。在用户方面操作人员希望液位计使用方便，测量准确，仪表车间希望液位计工作可靠减少维护人员。设计时应该给予考虑。
洛阳石化总厂就是按照该设计选型原则，对于容积大于2 000m3以上的重质油罐及不易挥发的油品（如50 000m3原油罐）且计量精度要求高的场合选用了计量级雷达液位计，易挥发且计量精度要求高的汽柴油及液化气罐液位测量采用伺服液位计。一些计量精度要求不高的油品储罐一般采用钢带及光导液位计计量，这种设计思想既满足了计量精度要求，也为总厂节省了投资。
5  结语
通过对液位计在不同场合的合理选用，为洛阳石化总厂罐区自动化目标的实现提供了可靠的依据，使全厂油品计量精度大大提高，不仅找回了该厂原油长期亏损的原因，还为挖潜增效提供了可靠的依据；同时也减轻了工人的劳动强度，提高了工作效率，为计量上等级奠定了基础。