伺服在线液位计在油罐自动计量中的应用

张海　袁海宁

摘 要：详细描述了伺服在线液位计的组成，解释了伺服在线液位计每个部分的作用，以及伺服在线液位计的工作原理。对油罐中油水密度及界面的测量难点进行了分析，指出常规测量方法难以有效计量的原因，同时对比分析了伺服在线液位计与传统计量工具在测量精度及重复性上的优势。最后对伺服在线液位计的实际应用做出了解释。

关键词：伺服在线液位计；油罐；自动计量

Abstract：The composition of the servo on-line liquid level meter is described in detail， explaining the role of each part of the servo on-line liquid level meter and the working principle of the servo on-line liquid level meter. The difficulties in measuring the oil-water density and interface in the oil tank were analyzed. The reasons why the conventional measurement method was difficult to measure effectively were pointed out. At the same time， the advantages of servo on-line densitometer and traditional dose tool in measurement accuracy and repeatability were compared and analyzed. Finally， the practical application of the servo on-line liquid level meter is explained.

Keywords：Servo on-line liquid level meter；oil tank；automatic metering

在成品油开采及成品油储运过程中，对油罐内液面监测及管内液体液位计量具有较高精度要求，又由于油罐储量越来越大，油水易分层，传统的测量方法如检尺法、静压法和液位法均采用单独测量油罐内液面高度的办法，不能准确测量出油水分界面及油水密度，无法实现油罐自动计量的有效性与准确性。随着科学技术的发展，油罐计量技术已经逐步从物理方法升级到光电一体化测量技术。在如今大规模应用的现代计量技术中，伺服液位计由于既可以测量液面高度同时还可以测量油水界面、高度、罐底等参数，具有较高精确度而被广泛使用。下面，重点介绍伺服液位计工作原理及实际应用。

1 伺服液位计工作原理

1.1 伺服液位计组成

伺服式液位计一般由浮子、测量钢丝、轮鼓、齿轮、伺服电机、编码器、磁耦器、CPU等原件组成，如图1所示。伺服式液位计浮子在油罐中受到重力及浮力两个力的作用，在微伺服电动机的驱动下，可以精确的测出油罐中液面高度、油水分界面等参数。

当伺服式液位计正常工作时，浮子重力与浮力的差值通过测量钢丝传递到外轮鼓，通过置于内部的磁铁耦合，产生磁偶力矩，改变磁通量，再通过带有温度补偿的电磁传感器-霍尔原件转换成电信号输出。浮子处于平衡位置时，即输出电压与CPU参考电压相同。当浮子失去平衡，通过测量钢丝传递到轮鼓，引起磁通量变化，即输出电压发生变化，与CPU电压差值会驱动伺服电机，调整浮子位置重新处于平衡状态。伺服式液位计精度可以达到0.7±mm。

1.2 液位测量

一般伺服式液位计浮子重量为250g，直径为50mm，体积为140mL，当浮子处于平衡状态时体积为整个体积的1/2，即70mL。

其中M1为平衡重量，单位为g；M2为浮子重量，单位为g；V1为平衡体积，为70mL；ρ为介质密度，0.8g/mL。

1mm液位引起的重量变化为：

其中M为1mm液位引起的重量变化，单位为g；S为浮子截面积，单位为cm2，ρ为介质密度，0.8g/mL。

1.3 界面测量

伺服式液位计可以对油罐两个界面进行测量。理想工况下，假设油水界面非常清晰，在CPU输入“上密度”和“中密度”值，牵引浮子的测量钢丝受力为：

其中F为牵引浮子的测量钢丝受力，G为浮子受到的重力，V为浮子体积，ρ1为上部液体密度，ρ2为下部液体密度，Vb为浮子平衡时浸入中部被测介质的体积。

在实际工况中，由于油水分层现象不明显，导致ρ1及ρ2不是完全选择油水密度，必须根据油水界面实际密度来选择ρ1及ρ2的值。

1.4 密度测量

油罐内液体液位测量采用阿基米德公式，即：

其中：G为浮子重力；F为牵引浮子的测量钢丝受力；V为浮子体积。

2 系统安装后可以实现以下效果

①实现监测储罐内的油位，减少95%以上的爬罐作业，降低了安全事故风险；

②实现了多点密度、多点温度、油水界面的自动测量，减少了因人为原因带来的偏差；

③实现了储罐内介质的标准密度、標准体积、质量的自动换算，帮助油库进行日常的运营管理；

④实现了储罐由上至下多点密度的自动测量以及定点高度的密度测量，能够比较直观的发现油品分层问题；

⑤液位计可设置液位安全高度，能够实现高、低液位报警功能，保证油品不会溢出，杜绝溢油安全事故的发生，维护油库安全；

⑥通过该系统能够及时发现阀门没有关闭或者关严，甚至储罐渗漏等现象，降低油品损失；

⑦远程实时查看、分析储罐数据，有助于管理层高效制定生产经营计划，提高综合管理水平；

⑧实时了解储罐状态信息，杜绝滴、跑、冒、漏。

伺服式液位计不仅测量精度上具有绝对优势，在测量重复性上也非常好。伺服式液位计采用浮力平衡原理，通过测量钢丝将浮子受到的力的变化传递到轮鼓中，由于测量钢丝精度高，自带温度补偿功能，所以传递过程中不容易出现力的损耗及惯性，对油罐中液体浮力表现更加真实，即液体密度测量更加准确。

3 结论

在成品油储运及成品油输送中，尤其是成品油这类成分复杂，状态多变的混合物进行计量，大多数依靠浮力测量油水界面及密度的方法均不能很好地进行计量。伺服液位计不仅解决了储罐液位精准测量问题，还可测量储罐内液体的多点密度、温度，实时掌握储罐密度分布情况，并实现储罐内介质的标准密度、标准体积、质量的自动换算，帮助油库进行日常的运营管理，减少95%以上的爬罐作业，降低安全事故的风险。

参考文献：

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