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溶劑儲(chǔ)罐液位計(jì)在生產(chǎn)計(jì)量中同質(zhì)量流量計(jì)配合使用的效果分析
一、 本文概述
近幾年來，伴隨著企業(yè)經(jīng)濟(jì)體制改革的逐漸深入以及企業(yè)科技進(jìn)步的加速發(fā)展，相比較以前對于節(jié)能及能源計(jì)量管理工作、能源計(jì)量器具的配備有了更高更新的要求。能源計(jì)量對于企業(yè)的生產(chǎn)與發(fā)展來說，是一個(gè)非常重要的事情，是企業(yè)邁向現(xiàn)代化生產(chǎn)經(jīng)營管理的基礎(chǔ)。企業(yè)需要通過能源計(jì)量這種手段對對能源進(jìn)行科學(xué)管理，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗，提高經(jīng)濟(jì)效益，失去了正確的計(jì)量基礎(chǔ)工作，就無法有效地維護(hù)企業(yè)的利益，無法有效地提高經(jīng)濟(jì)效益。能源計(jì)量器具是能源計(jì)量工作的物質(zhì)基礎(chǔ)，科學(xué)合理地配置、管理計(jì)量器具是企業(yè)做好能源計(jì)量工作的技術(shù)保證，因此企業(yè)中能源計(jì)量工作尤顯重要。溶劑儲(chǔ)罐液位計(jì)是工業(yè)生產(chǎn)中一種非常普遍、用量特別大的液位測量儀表，在許多的液位測量現(xiàn)場發(fā)揮了重要作用。撰寫本文就是對溶劑儲(chǔ)罐液位計(jì)計(jì)量產(chǎn)生誤差原因進(jìn)行分析，提出解決意見，并對其他流量計(jì)的原理及性能進(jìn)行分析，從而可以即安全又準(zhǔn)確的保證生產(chǎn)運(yùn)行和維護(hù)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)利益。
二、 問題背景
液化氣*三分公司坐落在大港區(qū)板廠路，長期擔(dān)負(fù)著通過80公里液化石油氣輸送管線的輸送任務(wù)和少量的鋼瓶罐裝業(yè)務(wù)。液化氣*一分公司坐落在西青區(qū)汪莊子村南，擔(dān)負(fù)著全市及近郊約10萬民用戶和部分工商戶的用氣業(yè)務(wù)。一直以來，對一、三分公司通過80公里高壓管線輸送液化石油氣的情況始終采用液化石油氣儲(chǔ)罐的液位計(jì)量，方法是采用溶劑儲(chǔ)罐液位計(jì)的計(jì)量方法。溶劑儲(chǔ)罐液位計(jì)是利用磁耦合作用的原理，儀表和儲(chǔ)罐連接形成連通器，在儀表內(nèi)設(shè)有磁性浮子，為確保液位顯示準(zhǔn)確，磁性浮子的比重參數(shù)按容器內(nèi)介質(zhì)的密度設(shè)計(jì)，在儀表連通管外表面設(shè)有顯示器，顯示器安裝外顯磁翻板。磁性浮子在連通管內(nèi)隨儲(chǔ)罐液位的變化上、下浮動(dòng)時(shí)，通過磁耦合作用，顯示器的磁翻板也同步翻轉(zhuǎn)變換顏色，紅色顯示液相，白色顯示氣相，紅白顏色交界處就是儲(chǔ)罐內(nèi)的實(shí)際液位。此種液位計(jì)及計(jì)量方式一直沿用至今，但是，我們經(jīng)過一段時(shí)間的跟蹤監(jiān)測。發(fā)現(xiàn)按溶劑儲(chǔ)罐液位計(jì)的讀數(shù)來計(jì)算，結(jié)果不可靠。例如一臺(tái)1000M3的液化石油氣儲(chǔ)罐，不同時(shí)間讀取的數(shù)據(jù)，計(jì)算出的結(jié)果有時(shí)（特別是夏季）相差10噸左右。見數(shù)據(jù)1：
三、 問題分析
以1000M3（直徑為12.3m）為例。我們知道，液體受熱會(huì)膨脹，其密度會(huì)變小。相反，液體受冷時(shí)其體積會(huì)縮小，密度會(huì)變大。特別是罐體內(nèi)液體較多時(shí)，在環(huán)境溫度高于罐內(nèi)溫度時(shí)，儲(chǔ)罐吸熱，而在環(huán)境溫度低于儲(chǔ)罐內(nèi)溫度時(shí)，儲(chǔ)罐放熱，根據(jù)一年多時(shí)間的觀察、觀測，也就是說儲(chǔ)罐內(nèi)的溫度變化不如環(huán)境溫度變化大。見數(shù)據(jù)2：
| 日期 | 罐號 | 當(dāng)日下午儲(chǔ)罐液位噸數(shù) | 次日上午儲(chǔ)罐液位噸數(shù) | ||||
| 尺高 | 噸數(shù) | 環(huán)境溫度 | 尺高 | 噸數(shù) | 環(huán)境溫度 | ||
| 4.24 | 8# | 4. 9l | 198 | 29℃ | 4. 8l | l 9l | 24℃ |
| 5.20 | l# | 4.35 | l62 | 3l ℃ | 4.25 | l55 | 27℃ |
| 5.28 | l# | 4.18 | l 5l | 27℃ | 4.12 | 147 | 24℃ |
| 5.29 | l0# | 4.58 | 176 | 33℃ | 4.50 | l 7l | 30℃ |
| 7.26 | 9# | 4.89 | l97 | 32℃ | 4.79 | l90 | 28℃ |
| 10.17 | 11# | 4.38 | l64 | 22℃ | 4. 3l | l59 | l 8℃ |
| 日期 | 環(huán)境溫度 | 當(dāng)日下午儲(chǔ)罐液位噸數(shù) | 次日上午儲(chǔ)罐液位噸數(shù) | ||||
| 尺高 | 噸數(shù) | 罐溫度 | 尺高 | 噸數(shù) | 罐溫度 | ||
| 5.14 | 2# 25℃ | 3.27 | 98.6 | 23℃ | 3.25 | 97.53 | 22℃ |
| 5.14 | l# 23℃ | 3.13 | 91.17 | 23℃ | 、3.13 | 91.17 | 2l ℃ |
| 5.16 | l#l 6℃ | 6.37 | 297.8 | l 5℃ | 6.37 | 297.8 | l 4℃ |
| 5.17 | l#l 7℃ | 5.77 | 265.4 | l 6℃ | 5.77 | 265.4 | l 6℃ |
| 5.17 | 2#l 9℃ | 3.16 | 92.75 | l 8℃ | 3.16 | 92.75 | l 7℃ |
| 5.18 | l# 20℃ | 5.07 | 208.9 | l 9℃ | 5.02 | 205.6 | 20℃ |
| 6.03 | 8# 27℃ | 6.25 | 289.5 | 25℃ | 6.19 | 285.4 | 25℃ |
1、丙烷：丁烷=50:50
2、儲(chǔ)罐內(nèi)液化石油氣平均溫度T℃
3、連通管內(nèi)液化石油氣平均溫度t℃
4、儲(chǔ)罐內(nèi)液位為H（m）
5、連通管內(nèi)液位為h（m） 10℃時(shí) ρ丙10=0.516
ρ丁10=0.570
40℃時(shí) ρ丙40=0.469
ρ丁40=0.532 則混合密度為： ρш10=∑ρiVi-0.516×0.5+0.570×0.5=0.543 ρш40=∑ρiVi=0.469×0.5+0.532×0.5=0.501 液體密度變化的溫度系數(shù)為： v=（ρш40-ρш10）/（40-10）=（0.501-0.543）/（40-10）= -0.0014 在某一溫度t℃時(shí)的密度為 ρt=ρ10+v（t-10） 連通管的液位高度為h時(shí)，對連通管底部水平的壓強(qiáng)為： P=P0+ρqh 任意時(shí)刻，連通管內(nèi)液柱和儲(chǔ)罐內(nèi)液柱對連通管水平段所產(chǎn)生的壓強(qiáng)必定相等，則： P0+ρgh=P0+ρvgH H=ρth/ρT=（1-v（T-t）/（ρ10+（T-l0）））h 式-l ①當(dāng)環(huán)境溫度高于儲(chǔ)罐內(nèi)溫度時(shí)， 設(shè)t=30℃ ，T=20℃ ，由式-l可得 H=（1+0.0014×（20-30）/（0.543-0.0014（20-10）））h 式-2 ②當(dāng)環(huán)境溫度低于儲(chǔ)罐內(nèi)的溫度時(shí)， 設(shè)t=10℃，T=20℃ H=（1+0.026）h=1.026h 式-3 以上分析說明，液位計(jì)液位讀數(shù)與儲(chǔ)罐內(nèi)的實(shí)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(jì)的讀數(shù)h直接查儲(chǔ)罐容積表，計(jì)算出的質(zhì)量結(jié)果必然不準(zhǔn)確，而且罐的容積越大，誤差越大，特別是液位剛好在儲(chǔ)罐赤道帶附近時(shí)，誤差更大，這樣就印證了前面所觀測的數(shù)據(jù)變化情況。 以1000M3球罐為例，不考慮氣相的影響，設(shè)液位計(jì)讀數(shù)h=7m，設(shè)液位計(jì)內(nèi)的液體溫度為30℃，罐內(nèi)液體平均溫度為20℃，根據(jù)式-2，得罐內(nèi)液位為： H=0.974h=0.974×7=6.82m，查罐容表，得到液體的體積分別為： 586.928m3和565.873m3 罐內(nèi)在20℃時(shí)的混合密度： ρ20=ρ10+v（T-10）=0.543-0.0014（20-10）=0.529 310.48噸和299.347噸，則偏多11.13噸，反之則偏少。
四、 解決問題的辦法
按上述分析的情況看，溶劑儲(chǔ)罐液位計(jì)在計(jì)量上確實(shí)存在讀數(shù)誤差的問題，解決該問題可以采用：
① 將溶劑儲(chǔ)罐液位計(jì)安裝防曬裝置，選好讀取時(shí)間，能在一定程度上克服環(huán)境因素對液位計(jì)讀數(shù)的影響，選擇在氣溫比較接近儲(chǔ)罐內(nèi)溫的時(shí)候，如夏天在日出之前讀數(shù)，冬天在早上9:00左右讀數(shù)，但該辦法對生產(chǎn)運(yùn)行有一定的影響；
②在讀數(shù)前，將液位計(jì)中液體全部放掉，換入罐內(nèi)新的液化石油氣，然后盡快讀取液位數(shù)據(jù)，這種方法不安全。
③采用浮子式鋼帶液位計(jì)計(jì)量，該液位計(jì)是根據(jù)力平衡原理，當(dāng)液面上升時(shí)，鋼帶張力減少松馳，系統(tǒng)平衡受到破壞，而作為力平衡源的盤簧力矩減少而做相應(yīng)收卷，把已松馳的鋼帶纏在鋼帶輪上使鋼帶張緊，使系統(tǒng)平衡，液面下降的則反之。鋼帶上打有非常均勻的小孔，當(dāng)鋼帶上下移動(dòng)時(shí)，其孔正好與鏈輪上的齒咬合，并帶動(dòng)表頭上的齒輪及指針進(jìn)行液位顯示。由于制造技術(shù)和安裝質(zhì)量上存在問題，目前，就國產(chǎn)鋼帶液位計(jì)而言，很大一部分是失效的，在罐內(nèi)液位很低時(shí)，高速進(jìn)人的液化石油氣容易使鋼帶液位計(jì)系統(tǒng)的浮筒及其導(dǎo)向鋼絲波動(dòng)很大。再有，不同組份的液化石油氣及不同溫度下，密度不同，致使液體對浮筒的浮力不同，出現(xiàn)誤差，影響液位計(jì)的顯示精度。
④為更好地、科學(xué)合理地配置計(jì)量裝置，維護(hù)企業(yè)利益，我們在啟用三分公司美國產(chǎn)質(zhì)量流量計(jì)的基礎(chǔ)上，在一分公司也安裝上美國產(chǎn)DS300S/56SU型質(zhì)量流量計(jì)，該種流量計(jì)由傳感器、變送器、顯示器三部分組成，該設(shè)備具有壓力、溫度、密度補(bǔ)償功能，流量計(jì)精度可達(dá)±0.2%，系統(tǒng)精度可達(dá)±0.35%，它是通過輸送液體流量由傳感器將采集數(shù)據(jù)信號傳送給變送器，由變送器將采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析調(diào)整以獲得高精度的質(zhì)量流量信號，通過顯示器將流量、噸數(shù)顯示出來。經(jīng)一段時(shí)間的運(yùn)行，兩單位計(jì)量數(shù)據(jù)誤差基本控制在0.6%以下。見數(shù)據(jù)3： 運(yùn)行中，該質(zhì)量流量計(jì)出現(xiàn)零點(diǎn)漂移現(xiàn)象，經(jīng)數(shù)據(jù)跟蹤采集觀察，密度值在0.54噸/m3以下時(shí)，流量計(jì)開始出現(xiàn)零點(diǎn)漂移現(xiàn)象，經(jīng)分析驗(yàn)證管道中確實(shí)存在氣相液化石油氣。怎樣才能解決這一問題，我們考慮流量計(jì)安裝位置起決定性作用，安裝流量計(jì)*高點(diǎn)必須低于工藝管道的高度，只有這樣，才能保證流量計(jì)在非工作時(shí)的充滿度，避免液相管道中出現(xiàn)氣化而產(chǎn)生流量計(jì)零點(diǎn)漂移。
綜上所述，采用質(zhì)量流量計(jì)，可避免因溫度、壓力、密度的影響而產(chǎn)生誤差，同時(shí)，儲(chǔ)罐的安全運(yùn)行，仍離不開浮子式溶劑儲(chǔ)罐液位計(jì)，雙重并用，既可保證安全運(yùn)行，又確保計(jì)量的準(zhǔn)確。
| 日期 | 三公司流量計(jì) | 一公司流量計(jì) | 實(shí)際誤差 | 系統(tǒng)充許誤差 |
| 04.5.1 | l52.57 | l51.72 | 0.85 | ±1.07 |
| 04.5.2 | 173.98 | 175.69 | -1.7l | ±1.22 |
| 04.5.9 | l46.3 | l45.65 | 0.65 | ±1.02 |
| 04.6.16 | 301.47 | 299.4l | 2.06 | ± 2.1l |
| 04.5.2 l | 310.4l | 3l 0 .7l | -0.3 | ±2.17 |
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