罐区自动计量技术国内外发展


近年来，随着石油化工工业的发展，石化部门对油罐自动计量技术也越来越重视。由于目前采用的储罐容量较大，因此油罐的计量精度要求非常高，因为很小的液位高度测量误差都会带来很大的容量误差。一些发达国家从八十年代开始，就借助于微电子、计算机、光纤、超声波、传感器等高科技的迅猛发展，将各种新技术、新方法应用到储罐计量领域，使储罐自动计量呈现出集功能、精度、现场一体化的新局面。

1、国外罐区自动化计量仪表技术

  目前从自动化计量方法看，国外采用的主要有三种方法：检尺法、静压法和液位法。检尺法是全球通用的测量方法；静压法是利用压力传感器（变送器）测量罐内液体的静压力，根据储罐几何参数计算出容量和重量；液位法是通过测量罐内液体的液位高度及密度等参数，来获得罐内储液的容量及重量。欧美油罐储量测量仪表不但品种齐全、方法多、技术先进而且性能优良。他们在发展高精度、多功能测量仪表的同时，着重考虑性能可靠、价格便宜，适应不同目的和用途；尤其强调使用周期长，减少维护费用以及时间浪费；重视尖端技术、先进技术和工艺的应用，及时引入各种现代化技术，推出各种新型测量仪表。

  静压计量仪表 静压计量技术的关键技术是制造精度高、稳定性好的压力传感器。从七十年代起，各发达国家开始致力于研究各种压力传感器，在传感器的制造工艺、电路补偿及智能化方面作了大量工作。主要的生产厂商有美国霍尼维尔公司、美国罗斯蒙特公司、德国恩德斯豪斯公司、英国德鲁克公司等。

  美国霍尼维尔公司在总结分析了Class41型扩散硅力敏传感器的基础上，开发研究出来ST3000智能型压阻传感器。在工艺上，ST3000的电阻获得不是用扩散法而是用离子注入法实现，这样阻值均匀，一致性好；配置差压、静压及温度三种传感元件，可进行输入数据的补偿、标度变换、具有自动采样扫描、自诊断、自动校正等功能，采用微处理器和大规模集成电路，其量程比可达100：1（最大可达400：1），精度一般为±0.1%，使用温度范围为-40～+100℃，并具有数字通讯接口，能与计算机直接连接。

  罗斯蒙特公司的3001C电容变送器，采用以自由悬浮电容为基础的硅传感器技的CERABAR过程压力变送器系列是取代传统变送器及压力表的现代化高精度仪表。CERABAR过程压力变送器采用电容式陶瓷测量元件作为传感器，无中间液，无磨损，极耐过压和压力交替变化，抗冲击能力强，温度稳定性0.1%F.S，长期稳定性0.15%F.S，仪表可输出模拟信号（4～20mA），并与HART协议兼容，可以方便地进行计算机组态。

  液位计量仪表 国外液位仪表主要发展了许多新的测量原理。智能化液位计、非接触测量方式的液位计、新原理的小型液位开关为当前的主要发展方向，通过利用电子技术及微机技术，使得仪表的结构和功能都有很大改进，并且仪表在朝着总线式方向发展。

  伺服式液位计是属于一种智能化仪表。这类仪表通过一个平衡浮子和重力敏感装置测量浮子的重量（在液面、液内、界面上有相应不同的浮力），并控制伺服电机动作升降浮子，跟踪液位变化，同时发出远传信号。伺服式液位计的微机智能化，使得它的跟踪误差可达0.1mm。同时还能补偿液面高低对钢丝绳产生的附加重量的误差，最高精度可达±0.7mm。另外，还可测量密度、界位等计量参数，具有自诊断及通信功能。由于几乎没有传动部件，因此仪表可靠性高。目前荷兰Enraf公司的ATG854和XTG854伺服液位计精度可达±1mm，主要适用于储罐的精密计量，在美国、荷兰和德国等国家都已被计量管理部门认可，可以作为货物交接依据。

  非接触测量液位计主要包括超声波液位计、微波液位计、激光液位计和γ射线液位计等。

  超声波液位计是非接触液位计中发展最快的一种。该技术基于超声波在空气中的传播速度及遇到被测物体表面产生反射的原理。智能化的超声波液位计带有一个功能很强的智能回波分析软件包，它可以将搅拌器产生的干扰过滤出来；识别多重回波；分析信号强度和环境温度等有关信息，这样即便在有扰动条件下读数也是精确的。新型气密结构、耐腐蚀的超声换能器可测量高达15m的液位，E+H公司研制的Prosonic FMU860/861/862超声液位计精度可达0.2%，FMU40/41超声液位计精度可达±2mm，输出信号符合HART协议或Profibus总线标准或FF总线标准。

  连续式微波液位计这几年逐步推向市场。它通常采用调频雷达原理，利用同步调频脉冲技术，微波发射和接收器安装在罐顶，向液面发射频率调制的微波信号。当接收到回波信号时，由于来回传播的时间延迟，发射频率已改变了。将两者信号混合处理，所得的差频信号正比于罐顶到液面之间的距离。荷兰Enraf公司的Radar872液位计采用同步调频脉冲技术，精度达±2mm，95年新推出的SmartRadar雷达液位计利用平面天线技术（PAT）、高级数字信号处理技术（ADSP）和虚拟天线技术（VAT）结合宽阵列线性平面天线，提高了信号纯净度，能够分析全反射谱，考虑假回波、蒸气影响和其他因素，避免了由于墙壁反射干扰效应造成的精度损失，使测量精度可达±1mm。法国AUXITROL公司的TA840雷达液位计采用多点平面天线技术，精度可达±1mm。激光液位计的测量原理与超声波式相同，只是用光波代替声波。即由传感器发射激光照射被测物面，并接收反射光，将这从发射至接收到光的时间换算成液位。激光的光束是很窄的，在液位计中通过光学系统转换成约20mm宽的光束，这样即使被测物面很粗糙，漫反射光也能被传感器接收。激光液位计非常适用于开口很狭的容器及高温、高粘度的测量对象。
  γ射线液位计技术是基于γ射线对不同物质产生不同衰减的理论，将放射源钴60或铯137置于一防护容器内，放在被测容器的一侧，在被测容器的另一侧装有一检测器，当γ射线穿透容器时它被衰减，其衰减率取决于被测液体的密度、吸收系数和厚度。液位越高，衰减越大，接收器将γ射线量变为光脉冲信号，再由光电倍增管转换为电脉冲信号。由于液位与γ射线衰减量是非线性关系，所以必须通过统计标定。γ射线液位计特别适用于传统测量仪表不能解决的测量问题，因为，测量件没任何部件与被测物体相接触。E+H公司提出了一个点放射/棒探头接收的概念，这样放射源被降到最小，而且容易安装，目前该公司研制的FMG671已用于过程控制。

  在液位计智能化的同时，一些利用新检测原理、新型电子部件构成的小型现场液位开关大量推向市场，使液位仪表呈现两极发展的趋势。较典型的是利用超声波穿透空气及液体时衰减率的显著差别来检测液面的超声液位开关和利用空气和液体对振动体的阻尼差别来检测液位的振动式液位开关，以及利用空气和液体电导率的不同来检测液位的电导式液位开关。液位开关信号可现场显示，还能发出控制信号，有的还采用二线制，能直接和计算机接口。精度可达±1mm，混合式储罐计量系统（HIMS） HIMS综合应用现代高精度液位计（伺服式或雷达式）及HTG技术，在一个罐上安装一台高精度伺服式（或雷达式）液位计，在罐底部安装一台高精度压力变送器。伺服式液位计精确地测量液位及界位，从而获得高精度的储液体积。压力变送器精确地测量总的储液压强，从而获得从上到下整个储液的高精度平均密度。然后计算出高精度的储液质量。HIMS能获得储罐计量所需的各种高精度参数，广泛应用于常压罐和高压罐。

2．国外罐区自动化的主要特点
  
  高技术领域与国际市场接轨 德国恩德斯豪斯公司其总部设在毛尔堡，在世界上40多个国家和地区设有分公司，并有一个全球的仪表销售网和服务网。荷兰ENRAF公司在70多个国家有销售工程师和分销商，在世界各大石油公司几乎都拥有炼厂，各种储罐多达9000个，和各炼厂有着密切的联系，同时还与ROSEMOUNT公司有着密切的合作关系，罗斯蒙特公司的所有变送器和ENRAF的仪表系统具有相同的通讯协议。使得其在国际工程招标和国际市场销售上屡屡中标，在市场上占有很大的优势。

  技术和生产与市场紧密联系 荷兰ENRAF公司的集散式控制测量系统应用在各炼厂罐区，系统测量精度高，运行稳定可靠；工作环境适应性强；现场一次仪表雷击防护能力强；通讯协议灵活；系统扩展性好。罐区储量可达到国际认可的商业化交接。EN-BUS总线替代了原来的现场信号集中器，为了适合HTG测量方法的应用和推广，ROSEMOUNT公司的压力变送器也是按EN-BUS通讯协议生产的，可以方便地组成DCS测量系统。为创造一个开放系统新近提出三层通信概念：主层（CIU Prime）作为现场仪表到控制室的接口，每个通信接口可连接50个罐。扩展实时数据扫描和采集任务，并发缓冲和并行处理，保证数据平滑独立地输出；从层（CIU Plus）进行独立库存计算，50罐可用一个单元监测；上层（Entis Pro）基于Windows NT系统图形用户界面。通过以太网或令环网可组成局域网或广域网，使应用领域更加广泛。产品的质量意识和