储油罐液位测量技术比较
作者姓名：张靓
作者单位：集输公司管道分公司
摘要：从目前集输公司原油储罐常用的液位测量仪表的测量原理和方法方面，分析了原油储罐液位测量技术的现状，主要归纳为以下几种：人工检尺、雷达液位测量仪表、浮子钢带式液位测量仪表等。
对现采用的油罐测量技术作对比，选用合适的测量技术，保证原油储罐的安全，降低劳动强度，取得良好的经济效益。
关键词：储油罐；液位测量；仪表；现状；
1.储油罐液位测量技术现状
液位测量主要是对储油罐中油品的液位、体积和重量等参数进行直接或间接测量。
目前集输公司原油储罐液位测量技术方法存在较多的问题和弊端，有的原油储罐虽安装了自动化测量系统，但测量精度普遍不高，误差较大。
针对储油罐的液位测量技术归纳起来主要有以下几种。
1.1人工检尺
油罐测量始于人工检尺，这种方法目前仍广泛采用，并且作为其它液位计性能校验的工具之一。
即用带有重锤的米制钢带卷尺或带有刻度的标尺计量，手工记录读数，人工查表换算，最后得到油量数据。
这种测量方法不仅劳动强度大，同时存在不安全因素。
人工检尺的方法可参阅国际标准API2545。
人工液位测量一般有±2 mm的人为误差。
人工检尺又分为检实尺和检空尺。
1.1.1检实尺
利用浸入式刻度钢皮尺通过原油储罐的量油孔，自量油孔上沿至铜锤至液面以下止，此方法为检实尺。
计算罐内原油液位，根据所测得的液位，查《立式金属罐容量表》，得到罐内原油的体积数。
体积数乘以原油密度，最后得到罐内原油的质量数。
1.1.2检空尺
由于冬天天气寒冷，气温下降，量油孔内的上层原油凝结，故不能采用检实尺的方法。
自原油储罐内壁最上沿下尺，至铜锤接触原油储罐浮顶止，即为检空尺。
经计算得到罐内原油的液位，根据所测得的液位，查《立式金属罐容量表》，得到罐内原油的体积数。
体积数乘以原油密度，最后得到罐内原油的质量数。
1.2浮体式液位测量仪表
浮体式液位测量仪表分为浮筒式与浮子式。
浮筒式液位仪是在滑轮组上用钢丝绳一端挂浮球，另一端挂重锤，通过浮球与重锤的运动距离达到液位测量的目的。
其缺点是钢丝绳与滑轮间存在滑动摩擦力，回位误差较大，特别是在钢丝绳和滑轮生锈时，回位误差更大，甚至无法测量。
在浮子式液位仪中钢带浮子式液位仪在原理及使用方面更为典型，钢带浮子式液位仪是一种最简单的液位测量装置，由一根不锈钢管和一个空心球组成。
不锈钢管内部装有若干个干簧继电器，空心球内装有一块永久磁铁，当空心球随着液位上下运动时，空心球的运动被干簧继电器转换为相应的液位。
20世纪60年代到80年代初期，开始研制和使用各种钢带浮子式液位仪。
由于滑轮机械装置的摩擦力和钢带重量，这类液位仪的测量误
差为±4～10 mm[1]。
如图1所示，浮子浮在液体表面，此时液位值通过钢带和减速齿轮传送到指示器上，起始于钢带轮的测量钢带受到盘簧的作用保持一定的张力，由于钢带的另一端受到浮子的重力作用，加上浮力和盘簧拉力，使钢带保持着一个恒定的受力状态，当液体上升或下降时力发生变化可使原有的力平衡受到破坏，此时在盘簧力的作用下立即进行调节使浮子随液位变化而变化。
同时，液位的变化也通过钢带传给了指示器。
1.3雷达液位仪
雷达是一种时间行程测量系统如图2所示。
用于测量从基准点(即过程连接点)到物(液)位表面的间距。
高性能雷达液位仪一般采用调频连续波，雷达发射频率信号被液体表面反射后，天线接收回波。
由于频率信号按照一定的规律变化，回波信号与发射信号的频率差正
比于发射点至液体间的距离。
距离物料表面的距离D与脉冲的时间行程T成正比： D=C×T/2 （其中C为光速）因空罐的距离E已知，则物位L为： L=E-D
图二雷达液位计结构原理图
2.现采用的油罐测量技术对比
2.1人工检尺
2.1.1特点
（1）成本低，数据精确，误差小，可信度高。
（2）缺乏连续性，不能实时掌握数据。
（3）上罐次数多，劳动强度大，增加了人身安全事故发生的可能性。
（4）不同员工测量，人为误差不同。
2.1.2影响因素
（1）随着天气变冷，气温下降，量油孔表层原油凝结，铜锤未浸没至真实液面以下，造成下尺不准，严重影响测量结果。
（2）检空尺时由于量油尺遇风抖动厉害，造成铜锤摇摆不定，量油尺弯曲，测量误差较大。
2.2浮子钢带式液位仪
2.2.1特点及影响因素
（1）比较直观、结构简单、价格便宜。
（2）缺点是传动部件多，易发生故障，可靠性较差，在罐内安装，维护困难，对安装要求比较高，安装时需生产厂家现场指导安装。
（3）钢带浮子式液位仪不能用于存储腐蚀性液体的储罐。
仅适用于清洁液体液面的连续测量与位式测量，不宜在脏污的或表面冻结的液体中使用，因为该种测量仪表可动部件的机械可动部分的摩擦阻力也会影响测量的准确性。
（4）在投资有限的项目中，中、小型罐仍可：等虑选用该液位计，但16m以上的油罐不宜采用，罐越高，安装的平行度、垂直度以及盘簧的质量要术越高；外浮顶罐也不宜采用，因为完全暴露于室外有风一吹，指针上下摆动，不稳定，并容易破坏盘簧。
2.3雷达液位计
2.3.1特点
（1）不与介质接触无可动部件，工作十分可靠，故障率低，适应范围广。
尤其适告高粘度、高腐蚀性介质的液位测量；
（2）精度高，安装简单，但其下方不应存在遮挡物。
以免影响微
渡的发射与接收，只能安装在罐顶；
（3）被测介质介电常数，液位的湍流状态、汽泡的大小会对测量结果产生影响；
（4）雷达液位计无可动部件，只有天线伸进罐中，故使用维护费用低。
这种液位计尽管与浮子式相比一次性投资高，但使用费用非常低。
2.3.2影响因素
（1）温度、压力及物料特性对测量的影响与罐内温度的关系
微波传播不需要空气介质，因此其传播速率几乎不受温度变化的影响。
根据测定，当T=500℃时，反射时间的变化为0.02％；丁= 2000℃时，反射时间的变化远小于0.03％。
因此雷达液位计完全适合对高温介质进行物位测量。
（2）与罐内操作压力的关系
微波传播几乎不受空气密度变化的影响，因此雷达液位计能在真空或受压状态下正常工作，真空状态下微波传播速率相对空气状态下仅变化0.029％；但当操作压力高到某一范围时，压力对测量带来的误差就不容忽视。
现在推出的雷达液面计产品，最高允许压力为6.4MPa。
（3）物料特性对测量的影响
易挥发性气体和惰性气体对雷达液面计的测量均没有影响。
但液体介质的相对介电常数、液体的湍流状态、气泡大小等被测物料特性，对微波信号的衰减，应引起足够的重视。
当介质的相对介电常数小到
一定值时，雷达波的有效反射信号衰减过大，导致液位计无法正常工作，因此被测介质的相对介电常数必须大于产品所要求的一个最小值。
液体的湍动和泡沫大小对微波有散射和吸收作用，从而造成对微波信号的衰减，这将影响液位计的正常工作。
总之，雷达液位计对于高粘度介质(如沥青)、有害介质和液面波动剧烈的介质的储罐，无疑是一个明智的选择。
3.结论
3.1一般选用液位计的原则：
（1）要考虑罐的大小和特点
对大型罐(10 000～100 000M )及较大液化汽罐可选用性能较高液位计，中小罐可选用一般液位计。
（2）要考虑罐的用途
用于贸易计量结算的罐，选用高精度液位计，中间罐可采用一般液位计。
（3）要考虑介质的特性
粘度大介质(如重油)尽量采用与被捌介质不接触或少接触类型仪表，粘度小介质(如轻油)可选用一般液位计。
（4）要考虑用户具体情况
如用户要求精度高而投资限制少，可采用性能较高的液位计，老罐区改造或更新可考虑原液位计使用情况，如使用状况良好，应尽量统一选型，另外，还要考虑工作人员的使用维护情况。
总之．液位计选用时要考虑其性能特点，要根据用户的实际情况及投资情况．以求
得最佳选择。
3.2储油罐液位测量技术发展趋势
液位仪的多样化趋势将继续存在。
综上所述，受各种因素的制约，多种液位仪并存的局面还将继续存在。
液位仪的选择，应考虑成本、测量精度、介质的介电常数和波动状况、罐内的雾化和蒸气状况等因素。
雷达液位仪测量精度较高，无需定期维修和重新标定，不受恶劣环境影响，优点很多，所以基于微波雷达的液位测量技术无疑是非接触型储油罐液位测量装置的重要发展趋势之一[3]。
4.参考文献：
[1]贾春阳．谈谈几种储罐测量技术【J】．中国计量，1999，(4)：38—39．
[2]李冬梅，高建华．罐区自动计量技术国内外发展综述[A】．第四届全国冶金、电力、石油和化工行业自动化技术交流暨“十五”重点推广产品演示会论文集[C】．中国自动化学会，北京：中国自动化学会，2002．134一137．
[3]任开春，涂亚庆．大罐液位仪的现状和发展趋势[J】．自动化与仪器仪表，2002，4(4)：4—7．。