混合法油罐计量分析
黄岑越
摘 要：对各种油罐自动计量方法进行了讨论，较详细地阐述了各种计量方法的原理和特点。
关键词：液位，密度，油重
Analysis of the Automatic Metering Method for Tank
Abstract ：Each of the automatic metering method for tank is discussed. Their principle and characteristics are presented in detail. Key words：level ，density ，oil weight
油罐自动计量可极大地提高计量精度，减少人为误差及人员劳动强度，为生产与管理提供准确的数据。
目前多种油罐自动计量方法得到了广泛地使用。在使用中，不同的计量方法会有不同的效果。本文将就各种计量方法在原理、数据处理及性能上的各自特点进行讨论。
1 油罐自动计量方法分析
目前使用的油罐自动计量方法有多种，但都可归结为3类：液位计法（ATG 法）、静压法（HTG 法）、混合法（HIMS 法）。
1.1 液位计法
液位计法是通过安装在油罐上的液位计测量罐内液体的液位。其设备安装如图1所示。根据所安装液位计的种类不同，液位计的测量方法有两种：一种是测量空高，如雷达液位计，液位高度是通过用液位计的安装高度减去所测得的空高得到；另一种是直接测量液位高度，如钢带浮子液位计。这二种方法相比，前者由于罐可能产生的变形而误差要大些，后者则精度要高些，但其可靠性相对低些。
图1
液位计法由于只能得到罐内液体液位，所以罐内油品的其他参数只能通过人工测量或计算得出。如油品密度需通过人工测量得到，油品重量则需通过下式计算得到：
M=V20×ρ20
如考虑到空气浮力则为：
M=V20×（ρ20-0.0011）
其中，M 为油重；V 20为油品标准体积，通过液位查表换算得到；ρ20为油品标准密度。
由于人工测量密度误差较大，且只能得到某些层面的密度值，不能得到准确的平均密度，因而计算出来的重量的误差也较大。其误差取决于人工取样测得的密度是否为整个罐的平均密度及罐表的误差。
随着科学技术的飞速发展，液位计也出现多种高精度易安装的产品。例如伺服式液位计，分辨力可达0.1mm ，精度可达±1mm。再如磁致伸缩式液位计等，这类智能型的液位计与常见的钢带浮子式液位计有本质的区别。它安装方便，不需清罐动火，不但可以测量出液位，而且可以测量出油水界面，也就是通常说的可以测水高，精度在±2mm。伺服式液位计一般用于静态测量液位，也有可用于动态测量。如磁致伸缩式、雷达式液位计。总之，液位计法是以测量油罐内液位为主。它对罐内油品的质量计量是间接的，因此质量计量的精度一般是偏低的。
1.2 静压法
标准的静压法设备安装如图2所示。
图2
静压法的测量原理是通过安装在油罐底部压力传感器T 1测量罐内液体的压强。再根据罐体的截面积的大小即可计算出罐内油品的重量。T 2是安装于T 1之上大约3m 左右的一个压力传感器，其主要作用是测量密度。T 3是装罐顶部的压力传感器，其主要作用是测量罐内油气混合物的压力。它用于密封的拱顶罐，而内浮顶罐则不必用T 3，因为T 3等于大气压强。其各参数的计算方法如下：
其中，M 为油重；A 为罐平均截面积；H 为液位；ρ为油品真实密度；P 1为罐底部压力；P 2为罐上部压力；P 3为罐顶部压力；H 1为T 1安装高度；H 2为T 2安装高度。 由上面的公式可以看出所有这些参数的取得均是由传感器测量得到或系统安装后为常数的值。没有人工测量值，因而也减少了人工测量产生的误差。静压法的详细计算公式见“中华人民共和国国家计量检定规程”JJG759-97“静压法油罐计量装置”。
静压法测量的特点是：
①油品质量计量精度高。这是因为油品质量是直接由底部压力传感器测量得到。它与密度、温度等参数的变化均无关系，所以不受这些参数误差的影响。 ②密度ρ为T 1与T 2之间的平均密度。由于密度分层的影响，所以ρ略大于罐内液体的平均密度。
③液位误差较大。由于液位是用密度ρ反推得出，ρ又略大于罐内液体的平均密度，所以液位略低于真实的液位。
④静压法由于没有可动部件因而可靠性较高。
1.3 混合法
混合法是液位计法与静压法的一种结合。它结合了两种方法的优点，但缺点是造价较高。其设备安装如图3所示。
图3
混合法的测量原理则是通过罐上安装的液位计直接测量得到罐内液体的真实液位H 。通过安装在底部的压力传感器测量得出液体压强，并由下式得出罐内液体的质量：
其中，M 为油重；ρ为罐内液体平均密度；P 1为罐底部压力；P 3为罐顶部压力（浮顶罐P 3=0）；H 1为T 1安装高度；A 为罐的有效截面积；H 为液位高度。 由混合法的测量原理和各参数的计算可以看出，此种方法对液位质量、密度的测量精度都较高。因而混合法是一种较理想的计量方法。
混合法另一最大优点是它可以测量出储罐所有已知的参数。如采用高级混合法设计方案，可以在计算机上自动地得到诸如液位、点密度、平均密度、点油温、平均油温、油水界面（水高）、体积、商业质量等所需要的所有物理参数。因此可以说混合法是储罐自动计量系统中功能最全面、测量精度最高、可靠性最好的一种，但它的造价也是最高的。
2 结论
上面三种计量方法的优缺点可由下表1看出。
表1 各种油罐计量技术方案比较(供参考)
由表1可见，不同的计量方法所测得的参数精度也不相同。液位计法只能测得液位，其他参数则仍需通过人工测量来获取，因而不能完全取消人工计量。静压法与混合法则可测量得到各种参数，因而可以完全取代人工计量，但在密度与液位的计量精度上又以混合法为好。因而在实际应用中可根据不同需要及资金的情况选取不同的计量方法。
作者单位：北京长城航空测控技术研究所石化部(100022)
混合法油罐计量分析
黄岑越
摘 要：对各种油罐自动计量方法进行了讨论，较详细地阐述了各种计量方法的原理和特点。
关键词：液位，密度，油重
Analysis of the Automatic Metering Method for Tank
Abstract ：Each of the automatic metering method for tank is discussed. Their principle and characteristics are presented in detail. Key words：level ，density ，oil weight
油罐自动计量可极大地提高计量精度，减少人为误差及人员劳动强度，为生产与管理提供准确的数据。
目前多种油罐自动计量方法得到了广泛地使用。在使用中，不同的计量方法会有不同的效果。本文将就各种计量方法在原理、数据处理及性能上的各自特点进行讨论。
1 油罐自动计量方法分析
目前使用的油罐自动计量方法有多种，但都可归结为3类：液位计法（ATG 法）、静压法（HTG 法）、混合法（HIMS 法）。
1.1 液位计法
液位计法是通过安装在油罐上的液位计测量罐内液体的液位。其设备安装如图1所示。根据所安装液位计的种类不同，液位计的测量方法有两种：一种是测量空高，如雷达液位计，液位高度是通过用液位计的安装高度减去所测得的空高得到；另一种是直接测量液位高度，如钢带浮子液位计。这二种方法相比，前者由于罐可能产生的变形而误差要大些，后者则精度要高些，但其可靠性相对低些。
图1
液位计法由于只能得到罐内液体液位，所以罐内油品的其他参数只能通过人工测量或计算得出。如油品密度需通过人工测量得到，油品重量则需通过下式计算得到：
M=V20×ρ20
如考虑到空气浮力则为：
M=V20×（ρ20-0.0011）
其中，M 为油重；V 20为油品标准体积，通过液位查表换算得到；ρ20为油品标准密度。
由于人工测量密度误差较大，且只能得到某些层面的密度值，不能得到准确的平均密度，因而计算出来的重量的误差也较大。其误差取决于人工取样测得的密度是否为整个罐的平均密度及罐表的误差。
随着科学技术的飞速发展，液位计也出现多种高精度易安装的产品。例如伺服式液位计，分辨力可达0.1mm ，精度可达±1mm。再如磁致伸缩式液位计等，这类智能型的液位计与常见的钢带浮子式液位计有本质的区别。它安装方便，不需清罐动火，不但可以测量出液位，而且可以测量出油水界面，也就是通常说的可以测水高，精度在±2mm。伺服式液位计一般用于静态测量液位，也有可用于动态测量。如磁致伸缩式、雷达式液位计。总之，液位计法是以测量油罐内液位为主。它对罐内油品的质量计量是间接的，因此质量计量的精度一般是偏低的。
1.2 静压法
标准的静压法设备安装如图2所示。
图2
静压法的测量原理是通过安装在油罐底部压力传感器T 1测量罐内液体的压强。再根据罐体的截面积的大小即可计算出罐内油品的重量。T 2是安装于T 1之上大约3m 左右的一个压力传感器，其主要作用是测量密度。T 3是装罐顶部的压力传感器，其主要作用是测量罐内油气混合物的压力。它用于密封的拱顶罐，而内浮顶罐则不必用T 3，因为T 3等于大气压强。其各参数的计算方法如下：
其中，M 为油重；A 为罐平均截面积；H 为液位；ρ为油品真实密度；P 1为罐底部压力；P 2为罐上部压力；P 3为罐顶部压力；H 1为T 1安装高度；H 2为T 2安装高度。 由上面的公式可以看出所有这些参数的取得均是由传感器测量得到或系统安装后为常数的值。没有人工测量值，因而也减少了人工测量产生的误差。静压法的详细计算公式见“中华人民共和国国家计量检定规程”JJG759-97“静压法油罐计量装置”。
静压法测量的特点是：
①油品质量计量精度高。这是因为油品质量是直接由底部压力传感器测量得到。它与密度、温度等参数的变化均无关系，所以不受这些参数误差的影响。 ②密度ρ为T 1与T 2之间的平均密度。由于密度分层的影响，所以ρ略大于罐内液体的平均密度。
③液位误差较大。由于液位是用密度ρ反推得出，ρ又略大于罐内液体的平均密度，所以液位略低于真实的液位。
④静压法由于没有可动部件因而可靠性较高。
1.3 混合法
混合法是液位计法与静压法的一种结合。它结合了两种方法的优点，但缺点是造价较高。其设备安装如图3所示。
图3
混合法的测量原理则是通过罐上安装的液位计直接测量得到罐内液体的真实液位H 。通过安装在底部的压力传感器测量得出液体压强，并由下式得出罐内液体的质量：
其中，M 为油重；ρ为罐内液体平均密度；P 1为罐底部压力；P 3为罐顶部压力（浮顶罐P 3=0）；H 1为T 1安装高度；A 为罐的有效截面积；H 为液位高度。 由混合法的测量原理和各参数的计算可以看出，此种方法对液位质量、密度的测量精度都较高。因而混合法是一种较理想的计量方法。
混合法另一最大优点是它可以测量出储罐所有已知的参数。如采用高级混合法设计方案，可以在计算机上自动地得到诸如液位、点密度、平均密度、点油温、平均油温、油水界面（水高）、体积、商业质量等所需要的所有物理参数。因此可以说混合法是储罐自动计量系统中功能最全面、测量精度最高、可靠性最好的一种，但它的造价也是最高的。
2 结论
上面三种计量方法的优缺点可由下表1看出。
表1 各种油罐计量技术方案比较(供参考)
由表1可见，不同的计量方法所测得的参数精度也不相同。液位计法只能测得液位，其他参数则仍需通过人工测量来获取，因而不能完全取消人工计量。静压法与混合法则可测量得到各种参数，因而可以完全取代人工计量，但在密度与液位的计量精度上又以混合法为好。因而在实际应用中可根据不同需要及资金的情况选取不同的计量方法。
作者单位：北京长城航空测控技术研究所石化部(100022)