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投入式液位计在立式金属罐底量测量中的方法原理与优点

作时间:2014-05-01 09:25:55  来源: 辽宁石油化工大学信息工程学院,东北大学信息学院; 辽宁石油化工大学信息工程学院  作者:毕雅宁; 佟仕忠; 肖力; 付贵增;
   

 

 

【摘要】:本文介绍了立式金属罐底量的形成原因、基本测量原理及测量方法。提出了一种新的测量方法:投入式液位计法。此种方法能实现在线实时测量,弥补了以往在离线状态下编制罐底量增量容积表的不足,提高了立式罐计量的准确度。

    立式金属罐是国际间石油化工产品贸易结算的主要计量器具之一,也是我国国内贸易结算的重要计量器具,对其容量的准确计量,直接关系到我国对内、对外贸易的经济利益。而要准确地计量立式罐容量,给出液位H 与相应的容量V(H)之间的关系,必须涉及到罐底量增量的测量与计算问题。


1 立式罐底量测量的基本原理

1.1 立式罐底量的形成

   立式金属罐一般都是在现场焊接安装,底板直接铺在油罐基础上。底板受到罐内油料压力和罐基础支撑力,所受合力为零。油罐基础是油罐壳体本身和所储油品重量的直接承载物,并将这些载荷传递给地基土壤。油罐装油后,基础将发生下沉,随地基土壤空隙的不同,基础沉陷量也不同,严重时沉陷量可达数10cm,甚至更多。立式罐罐底呈不规则形状,罐底量指罐底最高点平面以下的罐底容量,如图1 阴影部分所示。

罐底量及相对液位测量点分布图

1.2 立式罐底量测量的基本方法

现有的测量方法有容量比较法和几何测量法。


1.2.1 容量比较法

    容量比较法是将水或石油产品从标准罐注入到被检定罐内,直至液体将罐底最高突起部分恰好浸没为止,这时罐底的底量就等于从标准罐中注入被检定罐中的液体之体积。


1.2.2 几何测量法

根据立式金属罐容量试行检定规程,把圆锥体底圆分成M 个同心圆,根据所分圆环面积相等条件决定半径。圆锥体分为一个小圆锥和多个圆台。在每个圆心圆周测N 个点,即测N 个点到罐底中心的高度。底量测量原理见图2。罐底不规则圆锥体体积见式(1)。

底量测量原理

在容量比较法中标准罐本身就存在误差,而几何测量法是在空罐的情况下测量的,装液后罐底量一定会有不同程度的沉降,所以要对其作进一步的修正。这就要求能在线测量罐底量随液位高度增加引起的变化。为此,本文提出了一种新的实时测量方法:投入式液位计法


2 投入式液位计法

2.1 测量方案及系统硬件构成


测量系统构成如图3 所示

投入式液位计测量原理图

投入式液位计逐一安放于各测量点、罐底中心点、下计量基准点和参照点上(如图1 和图2),这样各点的液位高度被投入式液位计转换成4~20mA电流信号,经模拟量测量模块转换成RS-485 电平后,再通过RS-485 总线实时传入计算机,并根据JJG168-2002 检定规程中给出的立式罐底量计算公式算出不同液位修正量,形成底量增量的修正表,与原有的罐容表形成完整的罐容表,从而建立了新的立式罐计量检定系统。


2.2 投入式液位计工作原理

2.2.1 工作原理

   投入式液位计由压力传感器、信号放大器及转换电路组合成一体,可直接投入罐底。其中传感器采用硅膜片传感器,利用硅半导体压力敏感元件作为检测元件。置于流体中的压力敏感元件,受正比于液体深度的压力的作用,利用硅材料的压阻效应,将有电信号输出。此信号经过放大转换后即可把液位高度转换成4~20mA 的标准电流信号,这一信号可通过电缆远传至计算机或远程监控站。其中变送器采用导气电缆将大气压力引入敏感元件背压一侧,导气电缆的通气孔中继箱与大气相通,从而抵消了外界大气压力变化产生的影响,保证了测量精度。

例如:设投入到液体中的变送器膜片受到液体压力为P,大气压力为P0,液体比重为T,液位深为H,则P=P0+TH。由于用导气电缆引入大气压力从而抵消了大气压力的影响,所以P=TH。若被测液体比重一定,则液体压力P 与液位深度成正比关系,则测得液体压力P 就能知道液体的深度。


2.2.2 投入式液位计的优点

(1)能实时测量罐底各点液位,并传入电脑形成底量增量容积表。

(2)经济实用、性能可靠、安装方便,而且完全可以达到油罐测量精度。

(3)密封性好,测量元件不与介质直接接触,这样就避免了介质对元件的腐蚀,故可测量各种油品。

(4)采用中空透气电缆进行大气补偿,有效抵消了大气压力影响造成的误差。


2.3 模拟量测量模块EDA9017

模拟量测量模块EDA9017 能测量投入式液位计输出的4~20mA 电流信号。输出为RS-485 电平,可用双绞线远传至计算机进行进一步的数据处理。其指令集为ASCⅡ码或16 进制,方便计算机编程。

EDA9017 采集现场的数据通过RS-485 总线传入计算机,由于距离较近,速度要求不高,所以计算机可与EDA9017 通过串行口COM1 进行通讯。由于EDA9017 输出的是RS-485 电平,而一般的计算机串行口兼容是RS-232 电平,所以要用RS-232/RS-485 转换器进行电平转换。RS-232/RS-485 转换器采用EDA485G,它是双向的转换器,既可把RS-485 电平转换成RS-232 电平,又可把RS-232 电平转换成RS-485 电平。


2.4 系统软件设计

    系统软件采用VB6.0 开发,可运行于Windows98、Windows XP 平台。PC 机作为上位机处于主动状态,通过编程完成各种功能,如读写配置、数据采集、保存及处理等功能。而下位机EDA9017 主要完成数据上传功能。EDA9017 的通讯协议遵循ASCⅡ码协议格式,与上位计通信之前必须进行初始化,用软件对其进行模块地址和波特率的配置。


3 结束语

    本文提出的投入式液位计法在不破坏立式罐底量计量特性的前提下实现了在线实时测量,有助于提高立式罐底量测量的准确度,对于罐底量增量是一种经济适用的测量方法。

 

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