液位测量:一般工艺与库存罐测量

水位线测量有很多方面，从点水位线指示以防止容器超载，到为保管转移提供必要的精度的极其精确的测量。特定应用所需的仪器仪表将根据测量要求而有所不同。当我们考虑工艺罐液位测量与库存罐液位测量(也可以包括保管转移罐测量)时，用于每种测量的仪器将是不同的。这两种测量方法之间的区别是什么?分别在哪里使用?本文将解析这些问题，并提供一些示例，说明在哪些地方需要解决这些问题。

处理槽液位

在许多应用中，只需要一般的库存信息或过程控制。这些通常应用于流程工业，其中存储容器中的材料定期(每天、每周或根据需要)从设施的一个部分转移到另一个部分，或作为批处理过程以创建最终产品。该产品在一个设施内使用，不改变所有权。这方面的一个例子是用于生产最终产品的大宗原材料。用于这些应用的容器通常相当小。尺寸范围从几百到40000加仑或更多。

库存对于成本考虑和确保产品及时重新订购是很重要的。但是，由于产品没有变更所有权，精度要求不那么严格。生产过程中使用的产品量可以用总流量计测量，也可以用液位变送器根据罐体液位的变化计算。通常，一般库存控制应用的精度要求为±1英寸。

用于一般库存控制的最常见的液位测量设备是标准的自由空气雷达和导波雷达仪器。这些产品可以提供精确到几毫米的精度，这对于一般库存需求是足够的。这些液位变送器的输出可以线性化(图1)，以提供容器内容物的体积指示。一般工艺和控制级设备通常不需要对温度和密度变化进行额外补偿。

库存罐计量

在某些应用中，需要更高精度的测量。这些应用通常用于容器中物料的水平不是很重要，但需要知道容器中物料的体积以用于库存目的的产品。客户需要API(美国石油学会)标准中称为自动油罐测量(ATG)的系统。需要这种更高精度的常见产品是油、燃料、食用油、酒精、一些溶剂和果汁。ATG系统通常使用工艺等级级仪器，但附加附加功能以提高精度，例如温度校正(点或多点)，以及提供内置密度校正表的系统。温度校正调整热膨胀的产品，因为这将影响产品的给定体积的准确水平。

例如，对于直径为100英尺的储罐，1摄氏度的温度变化可以使储罐的液位膨胀或收缩至实际液位的0.1%。在10米高的储罐中，0.1%意味着10毫米的液位变化，或78.6个桶。

对于储罐测量应用，液位，温度，有时压力(用于密度计算)测量仪器被使用。常用的技术包括雷达、导波雷达，有时还有压力测量发射机。这些技术可以提供±2 ~ 3mm或更好的精度。

液位变送器越精确越好。使用上述相同的储罐尺寸，2毫米的液位误差为15.7桶。

因此，如果将热膨胀的误差与发射机精度的误差相加，就可能在库存值中产生数千美元的误差。对于一个拥有20辆坦克的油库来说，这可能远远超过10万美元的产品差异，必须加以解释。

保管转移罐计量

在此罐测量部分中，有一些应用需要极高的精度测量;这些都是储罐计量的特点。这些应用通常是产品从一个地方转移到另一个地方或改变所有权(保管权从一方转移到另一方)，以及产品由一个或多个政府实体征税的应用。销售点的例子包括石油和燃料终端(LNG、NGL、LPG、喷气燃料、原油、柴油等)、食用油储存和酒精储存容器。这些是典型的大直径储罐，直径40到120英尺，高30到65英尺，可能包含数十万到数百万加仑的产品。

对于这些高精度的要求，需要保管转移罐测量系统。库存储罐计量与保管转移储罐计量的标准可参考API第3.1B章，题为“储罐计量-用自动储罐计量测量固定储罐中液态碳氢化合物的标准操作规程”。哪怕是几分之一英寸的误差都可能导致数千加仑的产品损失，从而导致数千美元的库存损失。

对于保管转移罐测量应用，采用最精确的液位、温度，有时压力(密度)测量仪器(图2)。技术包括自由空间雷达和伺服测量发射机。这些技术可以提供小于±1毫米的精度。

在图2和图3所示的两种罐式测量应用中，都需要温度补偿来调整被测材料因热膨胀而引起的液位变化。根据应用和要求的精度，温度变送器可以是一个单点，也可以是多个点，跨越液位测量的范围，因为一个大型罐可能具有从下到上的广泛温度分布。在一些储罐中，由于添加的来自不同来源的产品可能不容易混合，因此在不同的层中测量温度是很重要的。对于温度测量，API第7章提供了如何确定正确的点或平均测量的指导。

随着精确的液位和温度测量，一些应用需要补偿密度的变化。对于这些应用，包括压力变送器，以提供容器内容物的质量测量。液位仪结合质量测量可以检测容器变形(鼓胀)，这是由于施加在容器壁上的静水压力引起的大型容器的特征。

在许多容器中，还需要测量积聚在容器底部的水，称为waterbottom．大部分的积水来自石油和油基液体中掉落的水，但也有通过管道通风孔和浮顶罐垫片渗入的水。水分离并下沉到容器底部，必须考虑到容器中产品的净标准体积(NSV)。测量水底的一个明显原因是，在保管转移过程中，只测量所需的产品并支付费用，而不是水。作为水箱测量系统的一部分，它的测量允许从非成流阀中扣除水。除去水也是出于维护的原因;即维修部门希望定期进行除水，以防止罐底生锈，从而导致泄漏，从而造成环境危害。

水底测量通常使用电容级变送器(图3)。电容变送器利用高介电和导电水之间的电差，以及低介电和不导电碳氢化合物之间的电差来确定界面。在大多数情况下，电容传感器被合并到温度传感器的底部或通过使用伺服压力表。

其中一个系统生成的数据可以被库存管理系统进一步利用(图4)。与各种现场仪器一起，一个完整的库存管理系统可以方便地访问所收集的数据。来自现场设备的输出与储罐测量网关连接，该网关进行体积和质量校正，包括API校正表和捆带表(TCT)，并可以向客户提供数据，客户只需使用浏览器即可访问。

也可以选择基于微软windows的软件，甚至可以将正确的测量结果输入PLC或DCS。网关或软件可以提供计算，将数据转换为体积或质量测量，以满足NMi和PTB等机构批准的重量和测量要求。OIML和API对这些实践和准确性提出了建议。网关或软件可以包括一个Web服务器，使数据可以从几乎任何位置访问。

液位测量根据应用程序的要求而变化。对于工艺罐液位，通常只需要一个液位变送器，因为只使用液位测量。当库存或保管转移罐测量应用正在解决时，需要额外的考虑因素，如温度和压力补偿，以及罐测量网关或软件，以实现所需的精度。这里的主要区别在于质量或体积是必需的，而不仅仅是水平值。与熟悉各种技术的仪器供应商合作，可以建议设备满足您的需求，但不会超过您的钱包。最终的结果是获得工厂所需的正确格式的水平或体积数据，这将使您的任务更容易。

Bill Sholette是Endress+Hauser公司的产品业务经理，Brian Howsare是库存管理解决方案业务开发经理。编辑彼得·韦兰德，特约内容专家，控制工程．

关键概念:

• 测量罐中的液位可能涉及多个变量，这取决于特定应用所需的精度。
• 一些专业的制造环境对测量方法有特定的要求。

在线

欲了解更多信息，请访问:

www.us.endress.com/en

订阅控制工程过程仪表和传感器电子通讯

您是否具有本内容中提到的主题的经验和专业知识?你应该考虑为我们的CFE媒体编辑团队做出贡献，并获得你和你的公司应得的认可。点击在这里开始这个过程。