罐區自動計量技術國內外發展
作者: lily 發表日期: 2006-01-24 23:09 復制鏈接

近年來，隨著石油化工工業的發展，石化部門對油罐自動計量技術也越來越重視。由于目前采用的儲罐容量較大，因此油罐的計量精度要求非常高，因為很小的液位高度測量誤差都會帶來很大的容量誤差。一些發達國家從八十年代開始，就借助于微電子、計算機、光纖、超聲波、傳感器等高科技的迅猛發展，將各種新技術、新方法應用到儲罐計量領域，使儲罐自動計量呈現出集功能、精度、現場一體化的新局面。 ?

1、國外罐區自動化計量儀表技術?

目前從自動化計量方法看，國外采用的主要有三種方法：檢尺法、靜壓法和液位法。檢尺法是全球通用的測量方法；靜壓法是利用壓力傳感器（變送器）測量罐內液體的靜壓力，根據儲罐幾何參數計算出容量和重量；液位法是通過測量罐內液體的液位高度及密度等參數，來獲得罐內儲液的容量及重量。歐美油罐儲量測量儀表不但品種齊全、方法多、技術先進而且性能優良。他們在發展高精度、多功能測量儀表的同時，著重考慮性能可靠、價格便宜，適應不同目的和用途；尤其強調使用周期長，減少維護費用以及時間浪費；重視尖端技術、先進技術和工藝的應用，及時引入各種現代化技術，推出各種新型測量儀表。

靜壓計量儀表 靜壓計量技術的關鍵技術是制造精度高、穩定性好的壓力傳感器。從七十年代起，各發達國家開始致力于研究各種壓力傳感器，在傳感器的制造工藝、電路補償及智能化方面作了大量工作。主要的生產廠商有美國霍尼維爾公司、美國羅斯蒙特公司、德國恩德斯豪斯公司、英國德魯克公司等。 

美國霍尼維爾公司在總結分析了Class41型擴散硅力敏傳感器的基礎上，開發研究出來ST3000智能型壓阻傳感器。在工藝上，ST3000的電阻獲得不是用擴散法而是用離子注入法實現，這樣阻值均勻，一致性好；配置差壓、靜壓及溫度三種傳感元件，可進行輸入數據的補償、標度變換、具有自動采樣掃描、自診斷、自動校正等功能，采用微處理器和大規模集成電路，其量程比可達100：1（最大可達400：1），精度一般為±0.1%，使用溫度范圍為-40～+100℃，并具有數字通訊接口，能與計算機直接連接。

羅斯蒙特公司的3001C電容變送器，采用以自由懸浮電容為基礎的硅傳感器技的CERABAR過程壓力變送器系列是取代傳統變送器及壓力表的現代化高精度儀表。CERABAR過程壓力變送器采用電容式陶瓷測量元件作為傳感器，無中間液，無磨損，極耐過壓和壓力交替變化，抗沖擊能力強，溫度穩定性0.1%F.S，長期穩定性0.15%F.S，儀表可輸出模擬信號（4～20mA），并與HART協議兼容，可以方便地進行計算機組態。

液位計量儀表 國外液位儀表主要發展了許多新的測量原理。智能化液位計、非接觸測量方式的液位計、新原理的小型液位開關為當前的主要發展方向，通過利用電子技術及微機技術，使得儀表的結構和功能都有很大改進，并且儀表在朝著總線式方向發展。

伺服式液位計是屬于一種智能化儀表。這類儀表通過一個平衡浮子和重力敏感裝置測量浮子的重量（在液面、液內、界面上有相應不同的浮力），并控制伺服電機動作升降浮子，跟蹤液位變化，同時發出遠傳信號。伺服式液位計的微機智能化，使得它的跟蹤誤差可達0.1mm。同時還能補償液面高低對鋼絲繩產生的附加重量的誤差，最高精度可達±0.7mm。另外，還可測量密度、界位等計量參數，具有自診斷及通信功能。由于幾乎沒有傳動部件，因此儀表可靠性高。目前荷蘭Enraf公司的ATG854和XTG854伺服液位計精度可達±1mm，主要適用于儲罐的精密計量，在美國、荷蘭和德國等國家都已被計量管理部門認可，可以作為貨物交接依據。

非接觸測量液位計主要包括超聲波液位計、微波液位計、激光液位計和γ射線液位計等。

超聲波液位計是非接觸液位計中發展最快的一種。該技術基于超聲波在空氣中的傳播速度及遇到被測物體表面產生反射的原理。智能化的超聲波液位計帶有一個功能很強的智能回波分析軟件包，它可以將攪拌器產生的干擾過濾出來；識別多重回波；分析信號強度和環境溫度等有關信息，這樣即便在有擾動條件下讀數也是精確的。新型氣密結構、耐腐蝕的超聲換能器可測量高達15m的液位，E+H公司研制的Prosonic FMU860/861/862超聲液位計精度可達0.2%，FMU40/41超聲液位計精度可達±2mm，輸出信號符合HART協議或Profibus總線標準或FF總線標準。

連續式微波液位計這幾年逐步推向市場。它通常采用調頻雷達原理，利用同步調頻脈沖技術，微波發射和接收器安裝在罐頂，向液面發射頻率調制的微波信號。當接收到回波信號時，由于來回傳播的時間延遲，發射頻率已改變了。將兩者信號混合處理，所得的差頻信號正比于罐頂到液面之間的距離。荷蘭Enraf公司的Radar872液位計采用同步調頻脈沖技術，精度達±2mm，95年新推出的SmartRadar雷達液位計利用平面天線技術（PAT）、高級數字信號處理技術（ADSP）和虛擬天線技術（VAT）結合寬陣列線性平面天線，提高了信號純凈度，能夠分析全反射譜，考慮假回波、蒸氣影響和其他因素，避免了由于墻壁反射干擾效應造成的精度損失，使測量精度可達±1mm。法國AUXITROL公司的TA840雷達液位計采用多點平面天線技術，精度可達±1mm。激光液位計的測量原理與超聲波式相同，只是用光波代替聲波。即由傳感器發射激光照射被測物面，并接收反射光，將這從發射至接收到光的時間換算成液位。激光的光束是很窄的，在液位計中通過光學系統轉換成約20mm寬的光束，這樣即使被測物面很粗糙，漫反射光也能被傳感器接收。激光液位計非常適用于開口很狹的容器及高溫、高粘度的測量對象。

γ射線液位計技術是基于γ射線對不同物質產生不同衰減的理論，將放射源鈷60或銫137置于一防護容器內，放在被測容器的一側，在被測容器的另一側裝有一檢測器，當γ射線穿透容器時它被衰減，其衰減率取決于被測液體的密度、吸收系數和厚度。液位越高，衰減越大，接收器將γ射線量變為光脈沖信號，再由光電倍增管轉換為電脈沖信號。由于液位與γ射線衰減量是非線性關系，所以必須通過統計標定。γ射線液位計特別適用于傳統測量儀表不能解決的測量問題，因為，測量件沒任何部件與被測物體相接觸。E+H公司提出了一個點放射/棒探頭接收的概念，這樣放射源被降到最小，而且容易安裝，目前該公司研制的FMG671已用于過程控制。

在液位計智能化的同時，一些利用新檢測原理、新型電子部件構成的小型現場液位開關大量推向市場，使液位儀表呈現兩極發展的趨勢。較典型的是利用超聲波穿透空氣及液體時衰減率的顯著差別來檢測液面的超聲液位開關和利用空氣和液體對振動體的阻尼差別來檢測液位的振動式液位開關，以及利用空氣和液體電導率的不同來檢測液位的電導式液位開關。液位開關信號可現場顯示，還能發出控制信號，有的還采用二線制，能直接和計算機接口。精度可達±1mm，混合式儲罐計量系統（HIMS） HIMS綜合應用現代高精度液位計（伺服式或雷達式）及HTG技術，在一個罐上安裝一臺高精度伺服式（或雷達式）液位計，在罐底部安裝一臺高精度壓力變送器。伺服式液位計精確地測量液位及界位，從而獲得高精度的儲液體積。壓力變送器精確地測量總的儲液壓強，從而獲得從上到下整個儲液的高精度平均密度。然后計算出高精度的儲液質量。HIMS能獲得儲罐計量所需的各種高精度參數，廣泛應用于常壓罐和高壓罐。

2．國外罐區自動化的主要特點?

高技術領域與國際市場接軌 德國恩德斯豪斯公司其總部設在毛爾堡，在世界上40多個國家和地區設有分公司，并有一個全球的儀表銷售網和服務網。荷蘭ENRAF公司在70多個國家有銷售工程師和分銷商，在世界各大石油公司幾乎都擁有煉廠，各種儲罐多達9000個，和各煉廠有著密切的聯系，同時還與ROSEMOUNT公司有著密切的合作關系，羅斯蒙特公司的所有變送器和ENRAF的儀表系統具有相同的通訊協議。使得其在國際工程招標和國際市場銷售上屢屢中標，在市場上占有很大的優勢。

技術和生產與市場緊密聯系 荷蘭ENRAF公司的集散式控制測量系統應用在各煉廠罐區，系統測量精度高，運行穩定可靠；工作環境適應性強；現場一次儀表雷擊防護能力強；通訊協議靈活；系統擴展性好。罐區儲量可達到國際認可的商業化交接。EN-BUS總線替代了原來的現場信號集中器，為了適合HTG測量方法的應用和推廣，ROSEMOUNT公司的壓力變送器也是按EN-BUS通訊協議生產的，可以方便地組成DCS測量系統。為創造一個開放系統新近提出三層通信概念：主層（CIU Prime）作為現場儀表到控制室的接口，每個通信接口可連接50個罐。擴展實時數據掃描和采集任務，并發緩沖和并行處理，保證數據平滑獨立地輸出；從層（CIU Plus）進行獨立庫存計算，50罐可用一個單元監測；上層（Entis Pro）基于Windows NT系統圖形用戶界面。通過以太網或令環網可組成局域網或廣域網，使應用領域更加廣泛。產品的質量意識和生產的自動化程度高 產品從機加工到組裝生產線，每道工序都根據檢驗標準自查，合格后才轉到下一個工序。儀器儀表電路的設計向智能化、小型化、通用化發展，采用計算機輔助設計對電路板的布線和表面安裝進行優化設計，恩德斯豪斯公司新建投產的一條表面貼焊自動生產線是世界上最快的，速度是其他的3倍。產供銷服務網絡化 由計算機支持的零件、部件以及成品管理系統，從產品的訂購，安排生產，生產過程，到產品出廠，基本上是計算機管理。各公司在各地的產品定單，一般要求3個月產品到貨，一般產品基本上擁有10年的備件，世界各地需要備件可在1個月內到貨。利用總公司的供銷信息網，收集并分類各種產品的數量。生產調度利用網絡發布產品生產詳細清單。公司在產品市場的驅動下，具有良好的技術服務網配以有實際經驗的專家。

3．國內自動計量儀表的發展現狀?

目前國內計量儀表的發展主要采用引進加仿制等手段，還有許多合資企業代理國外相應產品。國內靜壓儀表的發展始于七十年代中期，最初用于軍事、科研，八十年代開始轉向民用。目前不少廠家已形成批量生產能力。北京遠東儀表公司（原北京電表廠）研制的3051系列壓力變送器精度可達0.075%F.S，航天部701所研制的JP濺射薄膜壓力傳感器精度達0.1～0.5%，沈陽儀器儀表工藝研究所生產的HB2138型擴散硅壓力傳感器精度可達±0.2%F.S。近年來中科院聲學所、武漢大學都研制了光纖液位測量系統，北京航天智控工程公司研制的UBG光導電子液位儀精度可達±2mm，MET-Ⅰ型磁效應液位儀采用磁效應原理，精度為0.05%，95年又推出了BL30雷達液位儀，精度為±[1+（空高）×3‰]。總后油料研究所最新研制的UGJ98型光導式油罐計量遙測系統，采用光柵干涉原理，以圓光柵傳感器為核心，結合高速數據采集和處理技術和RS-485總線標準，實現了機光電一體化，一次儀表不帶電，系統綜合精度達到±2mm。

4．對國內儲罐自動計量儀表的看法

我國在該領域的發展相對國外還有很大差距，普遍存在產品性能指標低、儀表可靠性差、企業技術力量及裝備差等問題。近年來，由于業界同人的不斷努力，某些高新技術產品也已經達到國際先進水平，但在市場占有率上還遠遠不及國外儀表的市場份額。為解決上述問題，建議應當加快產業結構調整步伐，統一組織，聯合設計，統一標準，逐步理順產品結構，使產品占領國內市場。加速電子技術在儲罐計量儀表中的應用，成套引進國外儲罐自動化先進技術和設備，消化吸收，開發高技術含量產品，提高產品性能指標。發現新領域、開拓新市場、支持新產品，大力推廣國內具有相當技術水平的儀表的市場占有率。

來源：自動化網