一、 本文概述
近幾年來，伴隨著企業(yè)經(jīng)濟體制改革的逐漸深入以及企業(yè)科技進步的加速發(fā)展，相比較以前對于節(jié)能及能源計量管理工作、能源計量器具的配備有了更高更新的要求。能源計量對于企業(yè)的生產(chǎn)與發(fā)展來說，是一個非常重要的事情，是企業(yè)邁向現(xiàn)代化生產(chǎn)經(jīng)營管理的基礎。企業(yè)需要通過能源計量這種手段對對能源進行科學管理，實現(xiàn)節(jié)能降耗，提高經(jīng)濟效益，失去了正確的計量基礎工作，就無法有效地維護企業(yè)的利益，無法有效地提高經(jīng)濟效益。能源計量器具是能源計量工作的物質(zhì)基礎，科學合理地配置、管理計量器具是企業(yè)做好能源計量工作的技術保證，因此企業(yè)中能源計量工作尤顯重要。重油液位計是工業(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。撰寫本文就是對重油液位計計量產(chǎn)生誤差原因進行分析，提出解決意見，并對其他流量計的原理及性能進行分析，從而可以即安全又準確的保證生產(chǎn)運行和維護企業(yè)的經(jīng)濟利益。
二、 問題背景
液化氣*三分公司坐落在大港區(qū)板廠路，長期擔負著通過80公里液化石油氣輸送管線的輸送任務和少量的鋼瓶罐裝業(yè)務。液化氣*一分公司坐落在西青區(qū)汪莊子村南，擔負著全市及近郊約10萬民用戶和部分工商戶的用氣業(yè)務。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罐的液位計量，方法是采用重油液位計的計量方法。重油液位計是利用磁耦合作用的原理，儀表和儲罐連接形成連通器，在儀表內(nèi)設有磁性浮子，為確保液位顯示準確，磁性浮子的比重參數(shù)按容器內(nèi)介質(zhì)的密度設計，在儀表連通管外表面設有顯示器，顯示器安裝外顯磁翻板。磁性浮子在連通管內(nèi)隨儲罐液位的變化上、下浮動時，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罐內(nèi)的實際液位。此種液位計及計量方式一直沿用至今，但是，我們經(jīng)過一段時間的跟蹤監(jiān)測。發(fā)現(xiàn)按重油液位計的讀數(shù)來計算，結果不可靠。例如一臺1000M3的液化石油氣儲罐，不同時間讀取的數(shù)據(jù)，計算出的結果有時（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。特別是罐體內(nèi)液體較多時，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，根據(jù)一年多時間的觀察、觀測，也就是說儲罐內(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	當日下午儲罐液位噸數(shù)			次日上午儲罐液位噸數(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	當日下午儲罐液位噸數(shù)			次日上午儲罐液位噸數(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℃

表中可見罐內(nèi)溫度變化比較平穩(wěn)。而液位計與儲罐相連接的連通管直徑較小（DN50），管內(nèi)的液體數(shù)量很少，受環(huán)境溫度影響很大，特別是連通管處在陽光直射位置時，其溫度變化更大，就是說，儲罐內(nèi)的液體溫度和與液位計連通管內(nèi)的液體溫度不同，則其密度也不同。一般認為，連通管內(nèi)的液面高度和罐內(nèi)液面高度應處于同一水平上，其實不一定。我們做了一個實驗，在室外溫度為30℃時，連通管的溫度為30℃，儲罐內(nèi)的溫度為22℃，特別是由于液化石油氣的膨脹系數(shù)比水大得多，密度的差異就更大。這時，儲罐內(nèi)液體與連通管內(nèi)液體關系如同U型壓差計的工作原理一樣，兩側(cè)的液體相對連接管底部水平段的作用力相等，假設儲罐內(nèi)的液化石油氣組份為：
1、丙烷：丁烷=50:50
2、儲罐內(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、儲罐內(nèi)液位為H（m）
5、連通管內(nèi)液位為h（m）     10℃時  ρ丙10=0.516
ρ丁10=0.570
40℃時  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℃時的密度為     ρt=ρ10+v（t-10）     連通管的液位高度為h時，對連通管底部水平的壓強為：     P=P0+ρqh     任意時刻，連通管內(nèi)液柱和儲罐內(nèi)液柱對連通管水平段所產(chǎn)生的壓強必定相等，則：     P0+ρgh=P0+ρvgH     H=ρth/ρT=（1-v（T-t）/（ρ10+（T-l0）））h       式-l     ①當環(huán)境溫度高于儲罐內(nèi)溫度時，     設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當環(huán)境溫度低于儲罐內(nèi)的溫度時，     設t=10℃，T=20℃     H=（1+0.026）h=1.026h              式-3     以上分析說明，液位計液位讀數(shù)與儲罐內(nèi)的實際液位是有差距的，而且溫差越大，則差距就越大，這樣用液位計的讀數(shù)h直接查儲罐容積表，計算出的質(zhì)量結果必然不準確，而且罐的容積越大，誤差越大，特別是液位剛好在儲罐赤道帶附近時，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，設液位計讀數(shù)h=7m，設液位計內(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，重油液位計在計量上確實存在讀數(shù)誤差的問題，解決該問題可以采用：
① 將重油液位計安裝防曬裝置，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，選擇在氣溫比較接近儲罐內(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)，但該辦法對生產(chǎn)運行有一定的影響；
②在讀數(shù)前，將液位計中液體全部放掉，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計量，該液位計是根據(jù)力平衡原理，當液面上升時，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，當鋼帶上下移動時，其孔正好與鏈輪上的齒咬合，并帶動表頭上的齒輪及指針進行液位顯示。由于制造技術和安裝質(zhì)量上存在問題，目前，就國產(chǎn)鋼帶液位計而言，很大一部分是失效的，在罐內(nèi)液位很低時，高速進人的液化石油氣容易使鋼帶液位計系統(tǒng)的浮筒及其導向鋼絲波動很大。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，影響液位計的顯示精度。
④為更好地、科學合理地配置計量裝置，維護企業(yè)利益，我們在啟用三分公司美國產(chǎn)質(zhì)量流量計的基礎上，在一分公司也安裝上美國產(chǎn)DS300S/56SU型質(zhì)量流量計，該種流量計由傳感器、變送器、顯示器三部分組成，該設備具有壓力、溫度、密度補償功能，流量計精度可達±0.2%，系統(tǒng)精度可達±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)一段時間的運行，兩單位計量數(shù)據(jù)誤差基本控制在0.6%以下。見數(shù)據(jù)3：     運行中，該質(zhì)量流量計出現(xiàn)零點漂移現(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，流量計開始出現(xiàn)零點漂移現(xiàn)象，經(jīng)分析驗證管道中確實存在氣相液化石油氣。怎樣才能解決這一問題，我們考慮流量計安裝位置起決定性作用，安裝流量計*高點必須低于工藝管道的高度，只有這樣，才能保證流量計在非工作時的充滿度，避免液相管道中出現(xiàn)氣化而產(chǎn)生流量計零點漂移。    
綜上所述，采用質(zhì)量流量計，可避免因溫度、壓力、密度的影響而產(chǎn)生誤差，同時，儲罐的安全運行，仍離不開浮子式重油液位計，雙重并用，既可保證安全運行，又確保計量的準確。

日期	三公司流量計	一公司流量計	實際誤差	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