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磁翻板液位計在液化石油氣液位測量應用中的情況分析
一,、本文背景
液化石油氣作為一種化工基本原料和新型燃料,，越來越受到人們的重視,，隨著我國液化石油氣市場發(fā)展很快,，我國已然成為了一個液化石油氣用量大國，家用,、商用和工業(yè)用氣量持續(xù)增加,。大小液化石油氣儲配站場遍布全國各地，用于液化氣儲存的罐子數(shù)量逐年增加,，單罐容積也有增大的趨勢,。對液化石油氣儲罐中的存量進行計量是每個企業(yè)生產(chǎn)貿(mào)易過程中重要的一部分工作，沒有正確的計量,，談不上維護企業(yè)的利益,、提高企業(yè)的信譽、搞好生產(chǎn)治理,，還輕易產(chǎn)生貿(mào)易摩擦,，石油產(chǎn)品的貿(mào)易往往價高量大，計量工作尤顯重要,。
二,、問題的提出
計量球形儲罐中液化氣存量先是依照儲罐上的磁翻板液位計的液位高度,，再查出對應液位下的液化氣儲量。以船運液化石油氣碼頭交接貿(mào)易為例,，其計量方法一般是用體積重量法,，即首先測量計算得到液體體積，再換算成重量的方法,，船上儲罐的液位測定普遍采用撥桿式液位計,，也有直接在儀表艙讀數(shù)的，一般認為,，操作規(guī)范時,，拔桿式液位計讀數(shù)比較可靠，岸上接收庫的液化石油氣球罐,，按規(guī)定其液位測定,，除采用玻璃板式液位計外，還要設磁跟蹤鋼帶液位計,，這兩種設備的讀數(shù)似乎都可靠。
不管是以船上或岸上的那一方計量為準,，岸上接收罐的計量是*的,，不要以為船上拔桿式液位計可靠，計量準確,，岸上接收罐的計量就不重要了，實際上船上讀數(shù)也會有問題,，如拉桿式液位計的拉放速度,、停留的時間、風浪的大小等都可能影響其讀數(shù)的準確性,，船體陳舊時,，由于已作過多次維修改造，其容積表的準確性也值得懷疑,，其它一些人為因素也不是不可能,。所以，作為收發(fā)計量也罷,，盤點計量也罷,，岸罐計量的準確性是客觀要求。
許多人對液化石油氣球罐上磁翻板液位計的液位讀數(shù)一直沒有懷疑,。其實,，其讀數(shù)直接用于計量時存在一定問題。筆者幾年來在實踐中發(fā)現(xiàn),，用玻璃板液位計的讀數(shù)來計算,，結果極不可靠,，比如同一罐（ l,000米3）液化石油氣，不同時間讀取的數(shù)據(jù),，計算出的結果有時相差10噸以上，根本不可取,。
三,、問題分析
如附頁圖一1所示,，以1，000米3球罐（φ12米）為例,，其磁翻板液位計裝于球罐液位導管ABCD【DN 50】的豎直段BC上，該管上下分別與罐頂和罐底相通,。
一般認為,，導管內(nèi)的液面和罐內(nèi)液面處于同一水平面上,，其實不一定,，可能差別很大，進人導管內(nèi)的液體,，如同進人了死胡同,，在某一平衡狀態(tài)下，導管水平段CD內(nèi)的液體承受著垂直段BC內(nèi)液柱和儲罐內(nèi)液柱對等的壓力,，其作用有如一個活塞,，阻隔著經(jīng)直管內(nèi)的液體流向儲罐內(nèi)。
由于儲罐容積大,，非凡是在儲液很多時,，儲罐實際上成了一個大“熱容”，在環(huán)境溫度高于罐內(nèi)溫度時,，儲罐吸熱，而在環(huán)境溫度低于儲罐內(nèi)溫度時,，儲罐放熱,，也就是說，儲罐內(nèi)的溫度變化不如環(huán)境溫度變化大,，罐內(nèi)溫度變化比較暖和,，而導管很小（DN50）,，其中的液體數(shù)量很少,，導管壁*暴露,，故受環(huán)境影響很大，非凡是導管處在陽光直射位置時,，其溫度變化更大,。
我們知道，液體受熱會膨脹,，其密度會變小,，相反，液體受冷時其體積會縮小,，密度會變大,，就是說，若果儲罐內(nèi)液體的溫度和導管內(nèi)液體的溫度不同時,，則其密度也不同,，非凡是液化石油氣的膨脹系數(shù)比水的大得多，密度的差異就更大,，不能忽略不計,。這時，儲罐內(nèi)液體和導管內(nèi)液體的關系,，如同“U”形壓差計的工作原理一樣,，兩側液柱對“活塞”（水平段）的作用力相等。
假設儲罐內(nèi)的液化石油氣為：
1．丙烷：異丁烷＝50：50,。
2．儲罐內(nèi)平均溫度為T℃。
3．導管內(nèi)液體的平均溫度為t℃,。
4．儲罐內(nèi)液位為H（m）
5．導管內(nèi)液位為h（m）
根據(jù)烷烴液體的比重和溫度關系圖～ 2可知,，丙烷和丁烷的比重在－20℃--－＋ 50℃范圍內(nèi)呈直線變化，而且兩直線大體平行,。由圖--2（見附頁）可查得密度（這里,，在數(shù)值上，比重和密度是相等的）如下：
15℃時：ρ丙15＝0.507 ρ丁15 ＝0.563
40℃時：ρ丙40 ＝0.468 ρ丁40＝0.533
則混合密度為：
ρm15＝ΣρiVi＝0.507×0.5+0.563×0.5＝0.535
ρm40＝0.468×0.5+0.533×0.5＝0.5005
液體密度變化的溫度系數(shù)為：
ν＝/＝/25＝－0.00138
某一溫度t℃時的密度為（亦可以直接查圖一2）
ρt＝ρ15+ν
液位為h時,，產(chǎn)生的壓強為：
P＝P0+ρgh
任何平衡時刻,，導管內(nèi)液柱和儲罐內(nèi)液柱對水平段所產(chǎn)生的壓強必定相等，則：
P0+ρgh＝P0+ργgH
H＝ρth/ρT＝）/）h＝/））h
1．當環(huán)境溫度高于儲罐內(nèi)溫度時,，設 t＝ 30℃,，T＝ 20℃，由式一1可得：
H＝/））h＝h＝0.974h
2．當環(huán)境溫度低于儲罐內(nèi)溫度時,，設t＝10℃,，T＝20℃
由式一可得：
H＝（ l＋ 0.026） h＝ 1.026h（式一3）
以上分析說明，液位計讀數(shù)和儲罐內(nèi)實際液位是有差距的,，而且溫差越大,，則差距就越大,，這樣，用液位計讀數(shù)h直接查儲罐容積表,，計算出的重量結果必然不準確,，而且罐的容積越大，誤差就越大,，非凡是液位剛好在儲罐赤道帶或四周時誤差大,。
這就印證了筆者在實踐中發(fā)現(xiàn)的問題：l）在岸上儲罐接收船載低于環(huán)境溫度的冷凍液化石油氣（＜10℃）時，計算的結果往往比船上結果偏多,，但幾天后重新讀取數(shù)據(jù)重算時,，結果可能又少了許多。2）同一罐液化石油氣,，即使經(jīng)過長時間的停放,，使其充分吸／放熱量，達到大體上和環(huán)境溫度平衡后,，一天之中不同時間讀取的數(shù)據(jù),，計算得的結果也差別很大，都是因為液位計受環(huán)境影響大,，而儲罐是一個大“熱容”,，受環(huán)境影響小，從而產(chǎn)生溫差,，導致密度和液位的不同,。
以某1000m3球罐為例，其條件同上,，不考慮氣相的影響,，設液位計讀數(shù) h＝7.0m
1）設液位計內(nèi)液體溫度為 30℃，罐內(nèi)液體平均溫度為 20℃,，根據(jù)式一2,，得罐內(nèi)液位為：
H＝0.974h＝0.974X 7.0＝6.82（m）
由h和H查罐容表，得到液體的體積分別為：
586．928m3和 565．873m3
罐內(nèi)混合密度為：
ρ20＝ρ15＋ν（t－15）＝0.535－0.00138（20－15）＝0.5281
由G＝0.99785Vρ20算得在空氣中的重量分別為：309．290噸和 298．200噸就是說,，若果直接以液位計讀數(shù)計算,，則偏多 11.090T。
2）設液位計內(nèi)的溫度為 10℃,，儲罐內(nèi)平均溫度為 20℃,，根據(jù)式一 3，則：
H＝1.026h＝1.026X7.0＝7.182（m）
由h和H查罐容表,，得液體體積分別為：
586．928m3和 607．809m3
計算出的重量分別為：
309．290噸和 320300噸就是說,，假如用液位讀數(shù)直接計算，則偏少 11． 010噸。
四,、解決問題
為了解決儲罐磁翻板液位計的讀數(shù)誤差問題,，布朗儀表推薦如下幾個方案：
1．公式修正法。
按上述分析的方法,，對液位計讀數(shù)進行修正,，該法實際上難以準確，因為導管內(nèi)液體的平均溫度難以測準,。
2．選擇讀數(shù)時間,。
改變讀數(shù)時間的隨意性，選好讀取時間,，能在一定程度上克服環(huán)境因素對液位計讀數(shù)的影響,，*好把讀數(shù)時間選在氣溫比較暖和、氣溫比較接近一天之中的平均溫度或接近儲罐內(nèi)溫的時候,，如夏天在日出之前讀數(shù),，冬天在早上9：00左右讀數(shù)，但該法對生產(chǎn)作業(yè)有一定影響,，不夠方便,。
3．更換液位計內(nèi)的液體。
在讀數(shù)前,，把液位計導管內(nèi)的液化石油氣換掉,，可以1）把導管內(nèi)的液化石油氣放掉，換人罐內(nèi)新的液體,，但該法不安全;2）加一手搖泵,，將導管內(nèi)的液化石油氣往回儲罐內(nèi)，再從罐內(nèi)放人新的液化石油氣,，然后盡快讀取液位數(shù)據(jù),。
4加裝計量設備。
可考慮儲罐頂部增設防爆型雷達測深系統(tǒng),，該法在舊罐上改造較難。
五,、結束語
磁翻板液位計讀數(shù)難以讀準,，球形儲罐上的磁跟蹤鋼帶液位計讀數(shù)又如何？實際情況是,，就所安裝的國產(chǎn)鋼帶液位計而言,，很大一部分是失效的，這是因為：首先,，制造技術和安裝質量上存在問題,，鋼帶很輕易被卡住;其次是其使用環(huán)境惡劣，在接卸液化石油氣船時，非凡是罐內(nèi)液位很低時,，高速進人儲罐的液化石油氣,，在罐內(nèi)劇烈翻騰，使鋼帶液位計系統(tǒng)的浮筒及其導向鋼絲波動報大,，有時會使磁吸頭脫落,，無法計量，有的甚至使導向鋼絲脫鉤,，并相互糾纏在一起,，從而*失去計量作用;再者，即使鋼帶液位計系統(tǒng)沒有問題,，但不同組成的液化石油氣及不同的溫度下,，其密度亦不同，致使液體對浮筒的浮力不同,，從而影響了液位的顯示精度,。除液位計外，影響計量準確性的另一個因素是儲罐內(nèi)氣液相的平均溫度,，由于測溫棒伸入罐內(nèi)的長度有限,，故測得的內(nèi)溫有時并不能反映平均溫度。
總之,，相比之下,，鋼帶液位計不如磁翻板液位計可靠，而選取恰當?shù)淖x數(shù)時間能有效地克服環(huán)境因素造成的影響,。除液化石油氣球罐外,，其它儲存輕質液體的儲罐，在選擇磁翻板液位計時也應該充分考慮到使用介質及環(huán)境的各種因素,。