成品油油罐混合法计量精度优化研究

易思安

[摘 要] 油品计量是油库日常工作之一，在油库经营管理中占有重要地位。传统的人工检尺计量在测液位、温密度、采样等环节均存在着不同程度的系统性误差，而自动计量投入成本高，且精准度有待进一步提高。该文通过对成品油油罐混合法计量的原理、计算模型的探讨，提出了可以通过对液位计调校、基准平台对齐、滤波消除等仪表和精度算法调优，辅助密度差调优、液位计误差补偿和压力变送器压力排空等软件调优，极大地提高计量精度，减少人为误差及人员劳动强度，为生产与管理提供准确的数据。

[关键词] 油罐计量；混合法；优化

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2017. 15. 086

[中图分类号] U268.5 [文献标识码] A [文章编号] 1673 - 0194（2017）15- 0191- 04

1 前 言

油品计量是油库日常工作之一，在油库经营管理中占有重要地位，如果不能精确的计量，不仅无法准确地掌握油品的数量变化，而且还可能在收油和发油作业等贸易交接中出现混乱。传统的人工检尺计量劳动强度大，且在测量液位、温密度、采样、密度换算等环节均存在着不同程度的系统性误差。为了准确地掌握储油罐作业信息，国内外研究了众多的储油罐监测计量方法及装置，在实际过程中各类测量方法都存在一定的系统误差，影响计量的精准度。本文通过对成品油混合式油罐计量（HTMS）系统的原理、计算模型进行研究，进一步探讨通过对仪表的校准、滤波算法的调校和优化，并通过软件调优对密度、空压等动态因素的优化等，提高油罐计量的精准度，为油库生产和经营提供准确数据。

2 油罐自动计量的测量方法

油罐自动计量系统主要有三种测量方法，分别是液位计法、静压法和混合法。

（1）液位计法（ATG），主要用于体积交接的国家。ATG系统包括：ALG-自动液位计；ATT-自动温度计。

（2）静压法（HTG），是指利用压力或差压变送器测量油品介质作用在罐底部静压的方法来测量储罐内介质的质量的方法叫静压法。

（3）混合法（HTMS），是把 ATG 与 HTG 两种系统混合成一种系统，具有以上两种系统的全部功能。本文将重点探讨混合法计量的原理、计算模型以及如何提高它的计量精准度。

混合法的基本原理：利用液位计测量得到液位H，压力变送器得到液位H高度下的静压力值P，单点温度计或多点平均温度计测量得到介质的温度，通过下面的公式可得到：

ρt（真空中）：在t温度、液位H高度下的平均密度。

标准体积：V20=Vt×VCF20

VCF20：通过标准密度及温度查GB 1885得到。

质量（真空中）：M=ρt×Vt

3 混合法自动计量计算模型分析

HTMS混合法计量计算中包含了ALG液位法计量计算的内容。ALG液位法的计量计算等同于HTMS混合法无法获取底部压力，或液位降至密度起算高度之下，标准密度计算时的情况。

3.1 毛计量体积计算公式

GOV=[（TOV-FW）×CTSh]±FRV

其中：

GOV是毛计量体积；TOV是来自自动液位计测量的液位查油罐容积表后获得的总计量体积；FW是游离水体积；FRV对于浮顶罐，液位高于起浮高度时的排液体积；CTSh是油罐罐壁热膨胀纠正。

3.2 油品计量密度（在真空中）计算公式

其中：

Dobs是真空中的液体计量密度；N是单位常数；L是ALG液位（实高）读数；Z是hb+ho（P1变送器下跟部对油罐基准平台）；hb是传感器P1受力中心到混合参考点之间的垂直距离；ho是从油罐基准平台到混合参考点之间的垂直距离；ht是传感器P1和P3模片上的受力中心之间的垂直距离；Dv是油罐内蒸汽密度；Da是环境空气密度。

按照不确定度理论的分析，Dobs需要液位L达到预定的密度起算高度hmin后才进行计算。当液位L在之下时，hmin系统计算或者使用液位下降到hmin时最后计算的标准密度，Dref或者使用用户直接手工输入的Dref。

3.3 油品质量（真空中）的计算公式

mv=GOV×Dobs

其中：

GOV是毛计量体积；Dobs为油品真空中的计量。

3.4 毛标准体积（GSV）

GSV=GOV×VCF

其中：

GOV是总观测体积；

VCF是从GB/T 1885石油密度表中获得的体积修正参数，也可从等效的API公式计算获得。

3.5 油品在空气中的表观质量计算公式

ma=mv×（1-Da / Dv）

其中：Da是环境空气密度，按1.1 kg/m3计算；Dobs是油品计量密度（真空中）。

4 计量精度优化处理的几种方法

4.1 针对液位计的优化处理

4.1.1 液位计的精度周期校准

油罐变形存在两种，弹性变形和塑性变形。油罐塑形变形导致的液位计测量误差需要对液位计进行周期性的校准。另外，液位计本身因长期运行导致的精度漂移也需要对液位计进行周期性的校准。

4.1.2 液位计基准平台处理

為了保证手工投尺基准和液位计基准的统一，要将两个基准平台关联起来，最好将两个平台的钢板高度保持一致。

4.1.3 液位计系统误差的补偿

如果油罐的弹性变形存在一定规律，可以通过计算单元对液位计的测量值进行分段补偿。

4.2 针对压力变送器的优化处理endprint

压力变送器除进行定期的量程校准、零点校准、阻尼系数外，还需在安装基准点和设备运行进行优化。

4.2.1 安装基准点的处理

根据GB/T 25964-2010《石油和液体石油产品采用混合式油罐测量系统测量立式圆筒油罐内油品体积、密度和质量的方法》8.2.2的要求，应将将油罐的混合法参照点在靠近压力变送器的引压件位置，标记在油罐外壁上。做到HTMS基准（罐外标记）、手工投尺基准和液位计基准三基准统一，消除因基准不统一造成的误差。

4.2.2 加装防雨罩

对于地处南方和沿江靠海的油库，雨天较多，为了防止压力变送器接线腔进水导致的接线端子腐蚀，要为压力变送器增加防雨罩。

4.3 针对计算单元的优化处理

4.3.1 密度计算方法的优化

根据GB/T 25964-2010石油和液体石油产品采用混合式油罐测量系统测量立式圆筒油罐内油品体积、密度和质量的方法》，计算单元采用HTMS混合法进行计算时，密度计量的不确定度取决于罐上液位计和压力变送器的精度，且受限于罐内液位的高度，液位必须大于密度起算高度后，密度计量的不确定度才能达到相应的要求。

考虑到油罐内油品会存在密度分层的情况，如果可以在计算中使用分段测量的分層密度数据，可以大大提高质量计量的精度。一般情况下课分别取罐内1/6，1/2和5/6三个油样，当罐内油品分层严重时，需每米取样。

采用手工取样或自动取样获取的分层标准密度，由静压法计算质量、液位计法计算体积。计量计算基本过程按照GB/T 19779-2005《石油和液体石油产品油量计算静态计量》、GB/T 18273-2000《石油及液体石油产品—立式罐内油量的直接静态测量法（HTG质量测量法）》和GB/T1885-1998《石油计量表》。油品体积计算根据液位计测量的液位查罐容积表获得；压力变送器死区以下的质量按照分层密度的底部密度值进行计算；压力变送器以上的质量计算与密度无关，根据静压法PS/g获得。

4.3.2 计量仪表系统性误差的补偿

经过长期比对液位计测量与手工投尺（使用高精度的电子量油尺量尺作为测量真值），并记录比对数据。如果经过数据分析，能得到规律性的测量误差，那证明油罐存在规律性的弹性变形。我们可以拟合液位计测量的误差曲线，并将其输入计算单元，进行液位计测量值的误差补偿。

同理，可以进行温度测量值的误差补偿。

4.4 针对软件的优化处理

解决了因油罐变形、仪表误差和滤波干扰等影响计量精度的硬件和精度算法调优外，考虑到温度、密度、空高压力等各类动态因素的影响，借助软件系统对计量精度进行优化，也是有效的方法。

4.4.1 密度测量优化

考虑到密度的不确定度，软件中增加手工密度取样或自动密度取样，并将密度下传给现场处理器的功能。包括每米标密、手工取样标密、取样方式、取样高度和密度起高点提示的配置

4.4.2 增加液位计误差补偿

通过原始数据的积累，可以生成液位计误差补偿的拟合曲线，并可以通过液位计误差补偿窗口输入至计算单元中，以提高液位计测量精度。补偿方式可以有两种，一是三阶前线补偿，二是每米分段补偿。

4.4.3 增加压力变送器排空操作提示

当油罐出油液位降至压力变送器安装高度之下后，压变的引压口内进入空气；当油罐再次进油后，引压口会憋压，造成压力测量的误差。为了防止此类问题发生，在软件中增加压力变送器排空操作提示功能。

5 结 论

综上所述，成品油油罐混合法计量可通过可以通过对液位计调校、基准平台对齐、滤波消除等仪表进行优化，辅助密度差调优、密度起高点提示、压力变送器压力排空和液位计误差补偿等软件优化，极大地提高计量精度，减少人为误差及人员劳动强度，为生产与管理提供准确的数据。

主要参考文献

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