罐區(qū)自動(dòng)計(jì)量技術(shù)國(guó)內(nèi)外發(fā)展

罐區(qū)自動(dòng)計(jì)量技術(shù)國(guó)內(nèi)外發(fā)展
作者: lily 發(fā)表日期: 2006-01-24 23:09 復(fù)制鏈接

近年來，隨著石油化工工業(yè)的發(fā)展，石化部門對(duì)油罐自動(dòng)計(jì)量技術(shù)也越來越重視。由于目前采用的儲(chǔ)罐容量較大，因此油罐的計(jì)量精度要求非常高，因?yàn)楹苄〉囊何桓叨葴y(cè)量誤差都會(huì)帶來很大的容量誤差。一些發(fā)達(dá)國(guó)家從八十年代開始，就借助于微電子、計(jì)算機(jī)、光纖、超聲波、傳感器等高科技的迅猛發(fā)展，將各種新技術(shù)、新方法應(yīng)用到儲(chǔ)罐計(jì)量領(lǐng)域，使儲(chǔ)罐自動(dòng)計(jì)量呈現(xiàn)出集功能、精度、現(xiàn)場(chǎng)一體化的新局面。 ?

1、國(guó)外罐區(qū)自動(dòng)化計(jì)量?jī)x表技術(shù)?

目前從自動(dòng)化計(jì)量方法看，國(guó)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(cè)量方法；靜壓法是利用壓力傳感器（變送器）測(cè)量罐內(nèi)液體的靜壓力，根據(jù)儲(chǔ)罐幾何參數(shù)計(jì)算出容量和重量；液位法是通過測(cè)量罐內(nèi)液體的液位高度及密度等參數(shù)，來獲得罐內(nèi)儲(chǔ)液的容量及重量。歐美油罐儲(chǔ)量測(cè)量?jī)x表不但品種齊全、方法多、技術(shù)先進(jìn)而且性能優(yōu)良。他們?cè)诎l(fā)展高精度、多功能測(cè)量?jī)x表的同時(shí)，著重考慮性能可靠、價(jià)格便宜，適應(yīng)不同目的和用途；尤其強(qiáng)調(diào)使用周期長(zhǎng)，減少維護(hù)費(fèi)用以及時(shí)間浪費(fèi)；重視尖端技術(shù)、先進(jìn)技術(shù)和工藝的應(yīng)用，及時(shí)引入各種現(xiàn)代化技術(shù)，推出各種新型測(cè)量?jī)x表。

靜壓計(jì)量?jī)x表 靜壓計(jì)量技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)是制造精度高、穩(wěn)定性好的壓力傳感器。從七十年代起，各發(fā)達(dá)國(guó)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(bǔ)償及智能化方面作了大量工作。主要的生產(chǎn)廠商有美國(guó)霍尼維爾公司、美國(guó)羅斯蒙特公司、德國(guó)恩德斯豪斯公司、英國(guó)德魯克公司等。 

美國(guó)霍尼維爾公司在總結(jié)分析了Class41型擴(kuò)散硅力敏傳感器的基礎(chǔ)上，開發(fā)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(kuò)散法而是用離子注入法實(shí)現(xiàn)，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(jìn)行輸入數(shù)據(jù)的補(bǔ)償、標(biāo)度變換、具有自動(dòng)采樣掃描、自診斷、自動(dòng)校正等功能，采用微處理器和大規(guī)模集成電路，其量程比可達(dá)100：1（最大可達(dá)400：1），精度一般為±0.1%，使用溫度范圍為-40～+100℃，并具有數(shù)字通訊接口，能與計(jì)算機(jī)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(chǔ)的硅傳感器技的CERABAR過程壓力變送器系列是取代傳統(tǒng)變送器及壓力表的現(xiàn)代化高精度儀表。CERABAR過程壓力變送器采用電容式陶瓷測(cè)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(qiáng)，溫度穩(wěn)定性0.1%F.S，長(zhǎng)期穩(wěn)定性0.15%F.S，儀表可輸出模擬信號(hào)（4～20mA），并與HART協(xié)議兼容，可以方便地進(jìn)行計(jì)算機(jī)組態(tài)。

液位計(jì)量?jī)x表 國(guó)外液位儀表主要發(fā)展了許多新的測(cè)量原理。智能化液位計(jì)、非接觸測(cè)量方式的液位計(jì)、新原理的小型液位開關(guān)為當(dāng)前的主要發(fā)展方向，通過利用電子技術(shù)及微機(jī)技術(shù)，使得儀表的結(jié)構(gòu)和功能都有很大改進(jìn)，并且儀表在朝著總線式方向發(fā)展。

伺服式液位計(jì)是屬于一種智能化儀表。這類儀表通過一個(gè)平衡浮子和重力敏感裝置測(cè)量浮子的重量（在液面、液內(nèi)、界面上有相應(yīng)不同的浮力），并控制伺服電機(jī)動(dòng)作升降浮子，跟蹤液位變化，同時(shí)發(fā)出遠(yuǎn)傳信號(hào)。伺服式液位計(jì)的微機(jī)智能化，使得它的跟蹤誤差可達(dá)0.1mm。同時(shí)還能補(bǔ)償液面高低對(duì)鋼絲繩產(chǎn)生的附加重量的誤差，最高精度可達(dá)±0.7mm。另外，還可測(cè)量密度、界位等計(jì)量參數(shù)，具有自診斷及通信功能。由于幾乎沒有傳動(dòng)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(jì)精度可達(dá)±1mm，主要適用于儲(chǔ)罐的精密計(jì)量，在美國(guó)、荷蘭和德國(guó)等國(guó)家都已被計(jì)量管理部門認(rèn)可，可以作為貨物交接依據(jù)。

非接觸測(cè)量液位計(jì)主要包括超聲波液位計(jì)、微波液位計(jì)、激光液位計(jì)和γ射線液位計(jì)等。

超聲波液位計(jì)是非接觸液位計(jì)中發(fā)展最快的一種。該技術(shù)基于超聲波在空氣中的傳播速度及遇到被測(cè)物體表面產(chǎn)生反射的原理。智能化的超聲波液位計(jì)帶有一個(gè)功能很強(qiáng)的智能回波分析軟件包，它可以將攪拌器產(chǎn)生的干擾過濾出來；識(shí)別多重回波；分析信號(hào)強(qiáng)度和環(huán)境溫度等有關(guān)信息，這樣即便在有擾動(dòng)條件下讀數(shù)也是精確的。新型氣密結(jié)構(gòu)、耐腐蝕的超聲換能器可測(cè)量高達(dá)15m的液位，E+H公司研制的Prosonic FMU860/861/862超聲液位計(jì)精度可達(dá)0.2%，F(xiàn)MU40/41超聲液位計(jì)精度可達(dá)±2mm，輸出信號(hào)符合HART協(xié)議或Profibus總線標(biāo)準(zhǔn)或FF總線標(biāo)準(zhǔn)。

連續(xù)式微波液位計(jì)這幾年逐步推向市場(chǎng)。它通常采用調(diào)頻雷達(dá)原理，利用同步調(diào)頻脈沖技術(shù)，微波發(fā)射和接收器安裝在罐頂，向液面發(fā)射頻率調(diào)制的微波信號(hào)。當(dāng)接收到回波信號(hào)時(shí)，由于來回傳播的時(shí)間延遲，發(fā)射頻率已改變了。將兩者信號(hào)混合處理，所得的差頻信號(hào)正比于罐頂?shù)揭好嬷g的距離。荷蘭Enraf公司的Radar872液位計(jì)采用同步調(diào)頻脈沖技術(shù)，精度達(dá)±2mm，95年新推出的SmartRadar雷達(dá)液位計(jì)利用平面天線技術(shù)（PAT）、高級(jí)數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)（ADSP）和虛擬天線技術(shù)（VAT）結(jié)合寬陣列線性平面天線，提高了信號(hào)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(yīng)造成的精度損失，使測(cè)量精度可達(dá)±1mm。法國(guó)AUXITROL公司的TA840雷達(dá)液位計(jì)采用多點(diǎn)平面天線技術(shù)，精度可達(dá)±1mm。激光液位計(jì)的測(cè)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(fā)射激光照射被測(cè)物面，并接收反射光，將這從發(fā)射至接收到光的時(shí)間換算成液位。激光的光束是很窄的，在液位計(jì)中通過光學(xué)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成約20mm寬的光束，這樣即使被測(cè)物面很粗糙，漫反射光也能被傳感器接收。激光液位計(jì)非常適用于開口很狹的容器及高溫、高粘度的測(cè)量對(duì)象。

γ射線液位計(jì)技術(shù)是基于γ射線對(duì)不同物質(zhì)產(chǎn)生不同衰減的理論，將放射源鈷60或銫137置于一防護(hù)容器內(nèi)，放在被測(cè)容器的一側(cè)，在被測(cè)容器的另一側(cè)裝有一檢測(cè)器，當(dāng)γ射線穿透容器時(shí)它被衰減，其衰減率取決于被測(cè)液體的密度、吸收系數(shù)和厚度。液位越高，衰減越大，接收器將γ射線量變?yōu)楣饷}沖信號(hào)，再由光電倍增管轉(zhuǎn)換為電脈沖信號(hào)。由于液位與γ射線衰減量是非線性關(guān)系，所以必須通過統(tǒng)計(jì)標(biāo)定。γ射線液位計(jì)特別適用于傳統(tǒng)測(cè)量?jī)x表不能解決的測(cè)量問題，因?yàn)椋瑴y(cè)量件沒任何部件與被測(cè)物體相接觸。E+H公司提出了一個(gè)點(diǎn)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(jì)智能化的同時(shí)，一些利用新檢測(cè)原理、新型電子部件構(gòu)成的小型現(xiàn)場(chǎng)液位開關(guān)大量推向市場(chǎng)，使液位儀表呈現(xiàn)兩極發(fā)展的趨勢(shì)。較典型的是利用超聲波穿透空氣及液體時(shí)衰減率的顯著差別來檢測(cè)液面的超聲液位開關(guān)和利用空氣和液體對(duì)振動(dòng)體的阻尼差別來檢測(cè)液位的振動(dòng)式液位開關(guān)，以及利用空氣和液體電導(dǎo)率的不同來檢測(cè)液位的電導(dǎo)式液位開關(guān)。液位開關(guān)信號(hào)可現(xiàn)場(chǎng)顯示，還能發(fā)出控制信號(hào)，有的還采用二線制，能直接和計(jì)算機(jī)接口。精度可達(dá)±1mm，混合式儲(chǔ)罐計(jì)量系統(tǒng)（HIMS） HIMS綜合應(yīng)用現(xiàn)代高精度液位計(jì)（伺服式或雷達(dá)式）及HTG技術(shù)，在一個(gè)罐上安裝一臺(tái)高精度伺服式（或雷達(dá)式）液位計(jì)，在罐底部安裝一臺(tái)高精度壓力變送器。伺服式液位計(jì)精確地測(cè)量液位及界位，從而獲得高精度的儲(chǔ)液體積。壓力變送器精確地測(cè)量總的儲(chǔ)液壓強(qiáng)，從而獲得從上到下整個(gè)儲(chǔ)液的高精度平均密度。然后計(jì)算出高精度的儲(chǔ)液質(zhì)量。HIMS能獲得儲(chǔ)罐計(jì)量所需的各種高精度參數(shù)，廣泛應(yīng)用于常壓罐和高壓罐。

2．國(guó)外罐區(qū)自動(dòng)化的主要特點(diǎn)?

高技術(shù)領(lǐng)域與國(guó)際市場(chǎng)接軌 德國(guó)恩德斯豪斯公司其總部設(shè)在毛爾堡，在世界上40多個(gè)國(guó)家和地區(qū)設(shè)有分公司，并有一個(gè)全球的儀表銷售網(wǎng)和服務(wù)網(wǎng)。荷蘭ENRAF公司在70多個(gè)國(guó)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(chǔ)罐多達(dá)9000個(gè)，和各煉廠有著密切的聯(lián)系，同時(shí)還與ROSEMOUNT公司有著密切的合作關(guān)系，羅斯蒙特公司的所有變送器和ENRAF的儀表系統(tǒng)具有相同的通訊協(xié)議。使得其在國(guó)際工程招標(biāo)和國(guó)際市場(chǎng)銷售上屢屢中標(biāo)，在市場(chǎng)上占有很大的優(yōu)勢(shì)。

技術(shù)和生產(chǎn)與市場(chǎng)緊密聯(lián)系 荷蘭ENRAF公司的集散式控制測(cè)量系統(tǒng)應(yīng)用在各煉廠罐區(qū)，系統(tǒng)測(cè)量精度高，運(yùn)行穩(wěn)定可靠；工作環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)；現(xiàn)場(chǎng)一次儀表雷擊防護(hù)能力強(qiáng)；通訊協(xié)議靈活；系統(tǒng)擴(kuò)展性好。罐區(qū)儲(chǔ)量可達(dá)到國(guó)際認(rèn)可的商業(yè)化交接。EN-BUS總線替代了原來的現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)集中器，為了適合HTG測(cè)量方法的應(yīng)用和推廣，ROSEMOUNT公司的壓力變送器也是按EN-BUS通訊協(xié)議生產(chǎn)的，可以方便地組成DCS測(cè)量系統(tǒng)。為創(chuàng)造一個(gè)開放系統(tǒng)新近提出三層通信概念：主層（CIU Prime）作為現(xiàn)場(chǎng)儀表到控制室的接口，每個(gè)通信接口可連接50個(gè)罐。擴(kuò)展實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)掃描和采集任務(wù)，并發(fā)緩沖和并行處理，保證數(shù)據(jù)平滑獨(dú)立地輸出；從層（CIU Plus）進(jìn)行獨(dú)立庫存計(jì)算，50罐可用一個(gè)單元監(jiān)測(cè)；上層（Entis Pro）基于Windows NT系統(tǒng)圖形用戶界面。通過以太網(wǎng)或令環(huán)網(wǎng)可組成局域網(wǎng)或廣域網(wǎng)，使應(yīng)用領(lǐng)域更加廣泛。產(chǎn)品的質(zhì)量意識(shí)和生產(chǎn)的自動(dòng)化程度高 產(chǎn)品從機(jī)加工到組裝生產(chǎn)線，每道工序都根據(jù)檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)自查，合格后才轉(zhuǎn)到下一個(gè)工序。儀器儀表電路的設(shè)計(jì)向智能化、小型化、通用化發(fā)展，采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)對(duì)電路板的布線和表面安裝進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，恩德斯豪斯公司新建投產(chǎn)的一條表面貼焊自動(dòng)生產(chǎn)線是世界上最快的，速度是其他的3倍。產(chǎn)供銷服務(wù)網(wǎng)絡(luò)化 由計(jì)算機(jī)支持的零件、部件以及成品管理系統(tǒng)，從產(chǎn)品的訂購(gòu)，安排生產(chǎn)，生產(chǎn)過程，到產(chǎn)品出廠，基本上是計(jì)算機(jī)管理。各公司在各地的產(chǎn)品定單，一般要求3個(gè)月產(chǎn)品到貨，一般產(chǎn)品基本上擁有10年的備件，世界各地需要備件可在1個(gè)月內(nèi)到貨。利用總公司的供銷信息網(wǎng)，收集并分類各種產(chǎn)品的數(shù)量。生產(chǎn)調(diào)度利用網(wǎng)絡(luò)發(fā)布產(chǎn)品生產(chǎn)詳細(xì)清單。公司在產(chǎn)品市場(chǎng)的驅(qū)動(dòng)下，具有良好的技術(shù)服務(wù)網(wǎng)配以有實(shí)際經(jīng)驗(yàn)的專家。

3．國(guó)內(nèi)自動(dòng)計(jì)量?jī)x表的發(fā)展現(xiàn)狀?

目前國(guó)內(nèi)計(jì)量?jī)x表的發(fā)展主要采用引進(jìn)加仿制等手段，還有許多合資企業(yè)代理國(guó)外相應(yīng)產(chǎn)品。國(guó)內(nèi)靜壓儀表的發(fā)展始于七十年代中期，最初用于軍事、科研，八十年代開始轉(zhuǎn)向民用。目前不少?gòu)S家已形成批量生產(chǎn)能力。北京遠(yuǎn)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(dá)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(dá)0.1～0.5%，沈陽儀器儀表工藝研究所生產(chǎn)的HB2138型擴(kuò)散硅壓力傳感器精度可達(dá)±0.2%F.S。近年來中科院聲學(xué)所、武漢大學(xué)都研制了光纖液位測(cè)量系統(tǒng)，北京航天智控工程公司研制的UBG光導(dǎo)電子液位儀精度可達(dá)±2mm，MET-Ⅰ型磁效應(yīng)液位儀采用磁效應(yīng)原理，精度為0.05%，95年又推出了BL30雷達(dá)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(dǎo)式油罐計(jì)量遙測(cè)系統(tǒng)，采用光柵干涉原理，以圓光柵傳感器為核心，結(jié)合高速數(shù)據(jù)采集和處理技術(shù)和RS-485總線標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)了機(jī)光電一體化，一次儀表不帶電，系統(tǒng)綜合精度達(dá)到±2mm。

4．對(duì)國(guó)內(nèi)儲(chǔ)罐自動(dòng)計(jì)量?jī)x表的看法

我國(guó)在該領(lǐng)域的發(fā)展相對(duì)國(guó)外還有很大差距，普遍存在產(chǎn)品性能指標(biāo)低、儀表可靠性差、企業(yè)技術(shù)力量及裝備差等問題。近年來，由于業(yè)界同人的不斷努力，某些高新技術(shù)產(chǎn)品也已經(jīng)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，但在市場(chǎng)占有率上還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及國(guó)外儀表的市場(chǎng)份額。為解決上述問題，建議應(yīng)當(dāng)加快產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整步伐，統(tǒng)一組織，聯(lián)合設(shè)計(jì)，統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，逐步理順產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，使產(chǎn)品占領(lǐng)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)。加速電子技術(shù)在儲(chǔ)罐計(jì)量?jī)x表中的應(yīng)用，成套引進(jìn)國(guó)外儲(chǔ)罐自動(dòng)化先進(jìn)技術(shù)和設(shè)備，消化吸收，開發(fā)高技術(shù)含量產(chǎn)品，提高產(chǎn)品性能指標(biāo)。發(fā)現(xiàn)新領(lǐng)域、開拓新市場(chǎng)、支持新產(chǎn)品，大力推廣國(guó)內(nèi)具有相當(dāng)技術(shù)水平的儀表的市場(chǎng)占有率。

來源：自動(dòng)化網(wǎng)