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李新青，尚柏鑫，石利琴

1  概述
1.1  油品計量的現狀
洛陽石化總廠油品罐區（包括原料油罐、成品油罐和中間原料油罐共18個罐區約108臺油罐）自動化水平較低，油罐的檢測儀表比較落后，大部分是80年代建廠時安裝的鋼帶液位計及其換代產品光導液位計。該類儀表傳動部件較多，容易發生故障，且檢測精度較低，現有儀表的控制水平越來越不能滿足現代化生產管理的需要，隨著儀表技術的發展及儲罐計量要求的提高，更換一批精度高、性能穩定的罐區檢測儀表是非常必要的，本文對油罐液位儀表的使用情況及設計選型中的考慮要點作一簡要介紹。
1.2  油品儲罐（簡稱油罐）計量的目的
儲罐計量指對大型儲罐內儲存液量進行測量，從而獲得儲罐庫存量。通過儲罐計量得到庫存量是一個企業掌握庫存資料以便指導生產和銷售的重要管理項目，因此，對庫存量的測量精度和重現性要求較高。購進原料和輸轉產品往往也可以實現儲罐計量，煉油廠內的半成品中間罐區對儲罐計量精度要求不高，但測量的可靠性及重現性卻非常重要。不管是原料罐、成品罐或中間罐，由于儲罐泄漏或油氣排放導致的環境污染及經濟損失都是需要避免的，所以必須要有可靠而穩定的儲罐計量測量系統。
根據油罐液位的測量原理，可分為兩大類，一類為直接測量高度法，另一類為壓強法。直接測量高度法主要是依靠下述方法或儀表來完成油罐液位測量，如人工檢測尺測量、浮子鋼帶測量、伺服式液位計、雷達液位計、超聲波液位計、電容式液位計、磁致伸縮液位計等。基于壓強法測量原理的測量系統主要有靜壓式測量液位系統、稱重儀等。
2  各種液位計的特點
2.1  人工檢測尺
利用浸入式刻度鋼皮尺測量液位，取樣測量油溫和比重，通過計算得到儲液體積和重量。這是古老的也是至今仍被全世界廣泛使用的儲罐計量方法，它可以用作現場檢驗其它測量儀表的參考手段。人工液位測量的精確度一般認為是使用的刻度鋼尺精度加上±2mm的人為誤差。
2.2  浮子式鋼帶液面計
如大連自動化儀表五廠的UHZ-Ⅲ系列，這種液面計在國外30年代開始使用至今仍有較高的市場占有率，這種儀表的優點是比較直觀，價格較便宜。缺點是傳動部件多，容易發生故障，尤其是對安裝要求比較高。如不符合要求，可能一開工就不能用，因此選用這種儀表時，在說明書中都提出生產廠家必須指導安裝的要求。在投資有限的項目中，中小型罐仍可考慮選用該表。但16m以上的罐不適合選用該種儀表，因為罐越高，安裝的平行度、垂直度以及盤簧的質量要求越高；外浮頂罐也不適合，因為一有風吹，指針上下擺動，不穩定，并容易損壞衡力盤簧。光導液位計也列入這一行列，屬同類產品，選用哪一種一般應與用戶協商確定。圖1為鋼帶液位計原理圖。

圖1  鋼帶液位計原理示意圖  圖2  伺服液位計原理示意圖

這些產品目前在中小煉廠、小油庫及中間原料油罐區還有選用的余地。
2.3  伺服液位計
伺服液位計因其用一臺伺服電機，使浮子跟隨液位或者界面變化故得其名。如荷蘭Enraf公司的UEBF854B21C2AZ型液位計。這種液位計功能強，可測液位、界位、介質比重等，精度高(±0.9mm)，故障率比較低，與計算機聯網比較方便，受到操作和維護人員的歡迎，但價格比較高，在設計選型過程中，往往在審查初步設計階段就會遇到障礙。圖2為伺服液位計原理圖。
2.4  雷達液位計
利用雷達電波測量液位是近幾年國內外都很關注的技術。如德國Endress+Hauser公司的FMR130-OVAD2DAIA型液位計。由于液位計不接觸介質，又無可動部件，故障率低，而且精度也很高，是一種對用戶很有吸引力的液位計。圖3為雷達液位計原理圖。
不論雷達液位計還是伺服液位計都是性能很好的儀表，但目前由于價格偏高，在國內大面積推廣還有一定困難，但隨著技術的發展，這些儀表性能價格比的不斷改善，使用會越來越廣泛地被采用。
2.5  磁致伸縮液位計
這是一種剛剛進入中國市場的新型液位計。它的測量原理是利用磁場脈沖波，測量時液位計的頭部（罐的上部）發出電流“詢問脈沖”，此脈沖同時產生一磁場，沿著波導管內的感應線向下運行，在液位計管外配有浮子，浮子可隨液位、沿側桿上下移動，浮子內藏有一組磁鐵，并產生一個磁場，兩個磁場相遇則產生一個新的變化磁場，隨之產生新的“返回脈沖”，測出“詢問脈沖”和“返回脈沖”的周期便可知道液體的變化位置。該液位計可動部分只有浮子，故維護工作量小、安裝比較簡單、精度也比較高，另一個特點是可同時測溫，但它不適合重質油品的檢測。

圖3  雷達液位計原理示意圖

2.6  靜壓式液位計
利用測量液體壓強的方式獲得液位的儀表，最簡單的HTG（Hydrostatic Tank Gaugings）系統只有一個變送器，將測得的壓強乘以儲罐的面積就可以得到液體的重量。但早期的差壓變送器測量精度低、環境溫度影響比較大，對操作工來說又不直觀，所以采用這種測量方式的用戶不多，對于不用遠傳儀表的用戶更無法使用。但是這種測量方式因為可動部件少，維護工作量小而且方便，設計人員在一些重質油罐上，用單法蘭差壓變送器，對于一些較小的煉廠或油庫要搞遠傳監控也采用了這種測量方式。由于變送器和計算機技術的進步，靜壓式測量液位近年來又取得了新的進展，精度和可靠性都有很大提高，從統計資料看雖然總數不多，但遞增幅度較大。
此外，還有電容式液位計、超聲波液位計，也都各有特點，因現場使用數量較少在此不做比較和分析。

表1

3  各類油罐計量測量儀表的應用
(1)  各類油罐計量測量儀表應用性能的比較，參見表1。
(2)  幾種儀表在洛陽石化總廠的應用，參見表2。

表2

(3)  各種儀表的介質使用情況，參見表3。

表3

其中“+”表示適用；“-”表示不太適用
(4)  各種儀表在庫存計量中的誤差，參見表4。

表4

從應用角度來說，對儲罐計量測量儀表系統的要求應是：精度高（重量、液位）、高重現性、絕對安全、易操作、易維護、高可靠性、數據遠傳與接口標準化等。
4  設計選型的原則
(1)  考慮油罐的大小和特點
對10 000~100 000m3油罐，以及較大的液化氣罐選用較高的液位計，中、小罐可以選用一般液位計。
(2)  考慮油罐的種類
直接售油或者進油的罐，選用高精度液位計，中間罐、一般儲料罐可以采用一般儀表。
(3)  考慮介質的特性
重油盡量采用與被測介質不接觸或少接觸類型儀表，輕油可用一般儀表。如果用戶整體水平很高，投資限制不嚴格，可采用性能較高的液位計。老廠改造或新增加的罐區要考慮原來采用的液位計使用情況，如果使用狀況良好，盡量統一選型，以減少維護人員的負擔。在用戶方面操作人員希望液位計使用方便，測量準確，儀表車間希望液位計工作可靠減少維護人員。設計時應該給予考慮。
洛陽石化總廠就是按照該設計選型原則，對于容積大于2 000m3以上的重質油罐及不易揮發的油品（如50 000m3原油罐）且計量精度要求高的場合選用了計量級雷達液位計，易揮發且計量精度要求高的汽柴油及液化氣罐液位測量采用伺服液位計。一些計量精度要求不高的油品儲罐一般采用鋼帶及光導液位計計量，這種設計思想既滿足了計量精度要求，也為總廠節省了投資。
5  結語
通過對液位計在不同場合的合理選用，為洛陽石化總廠罐區自動化目標的實現提供了可靠的依據，使全廠油品計量精度大大提高，不僅找回了該廠原油長期虧損的原因，還為挖潛增效提供了可靠的依據；同時也減輕了工人的勞動強度，提高了工作效率，為計量上等級奠定了基礎。