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淺析如何使用投入式液位計提高立式金屬油罐底量檢測的精度

發表時間:2020-02-18   點擊次數:  技術支持:150-5269-2011
  立式金屬罐是工業生產中為常見的計量容器之一,相比較於臥式儲罐,立式儲罐的計量準確度一直廣受關注,在為立式儲罐的特殊性,影響立式金屬儲罐準確度的因素較多,中影響大,複雜的就是如何準確計算立式金屬罐的底板在不同液位下產生變形時影響容積的變化,時至今日,對其變化規律的掌握仍然不太準確。在中華人民共和國國家計量檢定規程JJG 168-2005中提出測量方法有容量比較法和幾何測量法。然而,在空罐條件下測量底量容積,無論采用以上哪種方法,都無法反映出在實際裝液高度下這種變化發生的規律。油罐裝油後,基礎將發生下沉,隨地基土壤空隙的不同,基礎沉陷量也不同,嚴重時沉陷量可達10cm。投入式液位計在底量測量中的應用,將會實現在線實時測量,建立底量容積表,從而提高立式金屬罐底量測量的準確度。本文針對於立式金屬罐的測量方法提出的解決方案,采用投入式液位計法進行底量的實時測量,對此方法進行評價,構建完整的基於投入式液位計的底量增量實時測量係統。
 
  1容量比較法
  將水或液體石油產品從標準金屬量器或流量計注入到被檢定罐內,同時用量油尺測出罐底注入的液麵高度,直至液體分別浸沒至下計量基準點和罐底高突起部分,測量注入液體的溫度,進行修正。從標準金屬量器或流量計中注入被檢定罐中的液體體積分別為死量和底量,下計量基準點的液高為底量高度。用容量比較法測量罐底,根據實際測量數據,用線性插值法計算出相應高度容量。充液為水時,充水前後溫差小於10℃時,可不進行溫度修正。
  采用容量比較法測量立式罐底量具有直觀、準確度高的特點.但費時費力、效率低,僅在立式罐容量小於700m3。或罐底為加熱管道所覆蓋,或無法用幾何法測量時才采用。
 
  2投入式液位計法
  2.1投入式液位計工作原理
  投入式液位計由壓力傳感器、信號放大器及轉換電路組合成一體,可直接投入罐底。其中傳感器采用矽膜片傳感器,利用矽半導體壓力敏感元件作為檢測元件。置於流體中的壓力敏感元件,受正比於液體深度的壓力的作用,利用矽材料的壓阻效應,將有電信號輸出。此信號經過放大轉換後即可把液位高度轉換成4mA-20mA 的標準電流信號,這一信號可通過電纜遠傳至計算機或遠程監控站。其中變送器采用導氣電纜將大氣壓力引入敏感元件背壓一側,導氣電纜的通氣孔中繼箱與大氣相通,從而抵消了外界大氣壓力變化產生的影響,保證了測量精度。
  2.2基於投入式液位計的測量方法
  測量點的確定:測量點是在罐底上確定同心圓(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ……m)和半徑(0-1,0-2……0-n)的交點的位置。測量點的數目由底量測量所需準確度和它的凹凸不平的程度確定,同心圓到罐底中心的距離按照所分圓環麵積相等的條件來確定,各圓環的半徑按以下公式計算同心圓環至中心距離:
  式中:R—*先圈板內半徑;
     m—等分圓環的數量。
  計算方法:用此方法測量罐底,其罐底高點以下容量(V底),罐底部排量如圖中斜線所示,其中心部分可視為一個圓柱體加上一個圓錐體,兩者地麵積相等,其他部分可視為環體積,通過疊加得下式計算:
  
  V排=πR2()(1)
  
  式中:V底—罐底部分容量,為高度h的函數;
     h0—罐底中心高度;
     hⅠ,hⅡ……hm-1—圓周m-1測量點高度。
  V底=πR2-V排 (2)
  
  在中華人民共和國國家計量檢定規程JJG 168—2005中,取m=n=8,底量計算公式:
  V底=πR2(0.119792-0.018229-0.015625Ⅰ~Ⅶ) (3)
  
  測量精度:在立式金屬油罐底量測量中,選用精度為±0.1%,量程為20m的投入式液位傳感器,它的大**誤差為:
  20000×(±0.1%)=±20mm=±2cm。
  一般情況下,立式油罐底量大約在40cm~50cm,則使用此型號的投入式液位計對底量的測量精度為:±(2/50)=±4 %。
  雖然對底量來說投入式液位計的測量精度隻有±4%,但是如果不采用此種方法,隻能空罐條件下測量,誤差可達到10cm,精度為:10/50=20%。
  從而,我們可以看出,采用投入式液位計法,在很大程度上提高了測量精度。
 
  3係統設計
  將投入式液位計逐一安放於各測量點、罐底中心點、下計量基準點和參照點上,這樣各點的液位高度被投入式液位計轉換成4mA~20mA 電流信號,數據采集部分采用EDA9017 模擬量測量模塊可應用於對壓力、溫度、電量等變送器輸出的4mA~20mA,信號的測量通訊接口為RS-485,利用PC機作為數據處理終端,以COM端作為數據采集端口,但由於EDA9017模塊通訊接口為RS-485接口,故采用MODEL485P作為RS-485/RS-232接口轉換器,實現數據轉換。數據到達上位機後,軟件部分采用VB6.0進行編程,完成數據的分析處理,形成完整的底量增量係統,並與國家大容量檢定係統相連接,完善立式金屬罐的檢定係統。
 
  4底量容量表計算
  任意一座立式罐,當罐內液位不斷上升時,會產生底量增加值△V,即由於罐底板下降導致罐容量增加。當液位值從0增加到Hk1時,罐底板狀態與空罐時相同,不發生任何變化 ,因此△v=0。當液位上升到Hk1的一瞬間.罐底板突然“失穩”,即突然產生大麵積下沉變形,造成罐容量在空罐容積的基礎上產生一個增量△v。在液位由Hx1逐漸上升到Hx2的過程中,罐底板變形總體上仍呈下沉趨勢,底量增量△v不斷增大 ,每一小區間上可看作線性變化,直至液位達到Hx2時停止,該區域內罐底板變形屬於自身彈性形,故又可稱為彈性變形區。在此區域內,由於底量增量已經改變了它的液位與容量關係,空罐容積表容量值已經不再適用,必須進行實罐狀態下的修正。
  在液位高度從下計量基準點到底量高點時,JJG168—2005中,罐底單位高度的容量計算采用區間線性插值法,但是,因測量很難是線性的,結果誤差較大,所以。在此采用準確度較高的拋物插值法。根據式(1)、式(2)和式(3)可分別計算出液高為h0、hⅠ、hⅡ、……、hm-1、hm時對應的體積 V0、 VI、VⅡ、……、Vm-1、Vm,由拉格朗日插值多項式可確定區間(hm,hm-1)內k高度的插值體積,插值函數為:
  圖1罐底變形規律曲線
  其中,s和e分別表示用於插值的(m+1)個點中的起點和終點
  序號。
  在底量高點以上,每個小區間上,將液麵高度與底量增量看作線性變化,即可得出單位高度所對應得底量增量值。將某一立式金屬罐從裝滿液體到空罐整個使用過程進行一次完整的測量,在每一段時間間隔內記錄所測量的數據,通過上位機的處理,得到各時刻的底量修正值。由此,可以得到較為完整的立式金屬油罐底量表。
  5結束語
  通過對立式金屬罐底量測量方法的分析與研究可見,運用投入式液位計法對底量進行實時在線測量可提高底量的測量精度。但是本文中將油罐的底量看作彈性形變,與實際情況有一定的差距,隨著測量技術的發展,立式金屬罐底量的測量精度還會有進一步的改善。

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