關于液化石油氣儲罐伺服液位計計量誤差分析
日期:2018-09-19 來源: 作者:
摘要:在社會經濟不斷發展的背景下,我國石油液化氣得到廣泛的應用,在液化氣的存儲方面,由于受到氣體特殊性影響,通常采用金屬球罐的方式進行保存,因此在對液化氣進行計量時也無法采用常規的測量方式,只能將液位計與溫度計安裝在金屬球罐表面進行測量,由此導致誤差的產生。基于此,本文將以伺服液位計為例,對伺服液位計與球罐液位計的工作原理進行分析,并對產生的誤差進行研究與討論。
引言:由于液化氣具有一定的特殊性,因此在對其數量與溫度進行測量時,需要將三暢液位計與溫度計安裝在球罐的表面,而液位計在使用時容易受到周圍環境的影響,使測量的溫度與球罐中的實際問題相比存在一定的差距。同時,在密度方面也存在一定的誤差,主要由于液體的密度受溫度的影響而發生變化,因此罐內的密度與液化氣的密度間產生了計量誤差。
一、伺服液位計與球罐液位計的工作原理
(一)伺服液位計原理
通過一根具有較大強度與柔性的鋼絲,使浮子懸掛在測量鼓之上,當液面較為穩定時,浮子將平衡漂浮在液面之上,其所受拉力方向向上,利用浮子的重力與浮力相減后便能夠得到鋼絲的張力,該張力借助杠桿滑輪的力量直接轉移到力傳感器中,進而被投定到伺服機構控制器中;如若液位下沉,則浮子將失去原本液面賦予其向上的浮力,則傳感器中感應到的張力提升,將張力與傳感器中設定數值相對比,能夠使伺服馬達發生作用,促使測量股將鋼絲下沉,保障浮子能夠始終受到液面的浮力作用,直至浮子所受拉力與傳感器中的額定值相同;如若液面上升,則浮子所經歷的過程將恰恰相反。
(二)球罐液位計原理
通常情況下,伺服液位計被設置在球罐的外側部分,液位計中的浮球處于 DN300 鋼管當中,并通過牽引鋼絲與測量裝置相連接。在液位計鋼筒的兩端分別由兩根 DN50 的鋼管相連,另一端連接到球罐當中,進而構成一個簡易的連通器。如若球罐內部的液化氣保持平衡,則氣罐中的液位將與液位計中顯示的一致,這時通過伺服液位計所獲取到的便是罐內的液化氣位置,該測量結果能夠為液化氣的計量提供重要參考[1] 。
二、伺服液位計計量誤差分析
根據上文所述的連通器原理可知,當三暢液位計與罐內的液體相一致時,二者的壓強也自然處于相同狀態。假設氣罐液的壓強為 P 1 ,液位的高度為 h 1 ,液體的密度為 m,液位計內的液體壓強為 P 2 ,液位的高度為 h 2 ,液體的密度為 m 2 ,則根據連通器的使用原理,即 P 1 與 P 2 相同,便能夠得出二者間的平衡公式為:
m 1 gh 1 = m 2 gh 2
h 2 = m 1 h 1 /m 2
當 m 1 與 m 2 的數值相同時,則 h 1 與 h 2 的數值也一致,假設液化氣罐中的溫度為 t 1 ,液位計中的溫度值為 t 2 ,則從理論方面來看,在垂直鋼管中的液面與氣罐中的液面應保持一致,但是在具體測量的過程中,由于兩側的液體受到密度因素的影響,會產生一定的差異。由于垂直管與儲罐的容積存在較大的差異,當液化氣的數量較多時,氣罐中的溫度變化與垂直管相比不夠明顯,加之氣罐在溫度上升以后會出現膨脹情況,使密度降低,反之液體在溫度較低的環境下,整體體積將縮小,密度自然會變大,因此,如若垂直管與氣罐中液體在溫度上存在差異,則二者的密度也勢必不相一致。
例如,在冬季時期,由于大氣環境的溫度較低,與球罐相比來看,三暢液位計將受到外界溫度的影響而發生改變,逐漸向環境溫度靠近。一般情況下,冬季時期的氣罐內液體溫度要高于液位計中液體的溫度,氣罐內液體密度要低于液位計中液體的密度;而在夏天則剛好相反,罐內液體溫度要低于液位計中液體的溫度,氣罐內液體密度要高于液位計中液體的密度;從連通器原理中能夠看出,在冬季時期的液位高度變化上看,液位計的讀數與氣罐內液體相比較小,也就是 h 2 < h 1 ,則到了夏天則相反,液位計的讀數大于氣罐液體,h 2 > h 1 。
三、伺服液位計計量誤差的實例分析
氣罐與液位計采用 U 形管的原理,二者之間上下連通,從理論上來看,二者在液體的液面高度應相同,因此通過液位計便能夠展示出氣罐中液體的高度。但是在實際測量的過程中,由于液位計大多為直徑小于 10cm 的細管,而氣罐則是直徑為幾米,甚至十幾米的球罐,二者間的差距十分懸殊,這將導致氣罐與液位計由于受到溫度、光照等外界因素的影響產生誤差。由于氣罐與液位計在材質上幾乎相同,以此在熱傳導原理的作用下,受熱面積成為對液體溫度產生影響的主要因素,因此可以通過對二者液體產生的能量大小,對受熱面積進行計算,即:
△ E 罐= k·S 罐 /V 罐
△ E 管= k·S 管 /V 管
式中,△ E 罐代表的是氣罐內部液體的受熱量;△ E 管代表的是液位計內液體的受熱量;K 代表的是系數;V 管代表的是液位計內部液體的體積;V 罐代表的是氣罐內液體的體積大小;S 管代表的是三暢液位計內液體的管壁面積;S 罐代表的是氣罐內液體的罐壁面積;
例如,在 1000m 3 的球罐,相當于直徑為 12.3m,以及10cm 的液位計中,假設液體充裝容器的一半,則可列出以下公式:
△ E 罐= k·S 罐 /V 罐= k·(4π(12.3/2))/ (4/3π(12.3/2))= k·0.487
△ E 管= k·S 管 /V 管= k·(0.1π(12.3/2))/ (π(0.1/2))= k·245
由此可見,當氣罐內部與液位計之間在溫度上存在差異時,二者間的差距能夠達到 500 倍,經過對密度的計算可知,由于受環境因素影響,使二者間的溫度每相差 10℃時,在1000m 3 氣罐中讀數的誤差可達 10 噸以上,這一結論與實際狀況相符合[2] 。
結論:綜上所述,通過本文的論述可知,當液位計中溫度低于氣罐內溫度時,液位計中的液體高度將低于氣罐內液體;反之則高于氣罐內液體;經過實例分析驗證可知,三暢液位計與氣罐中液位存在一定的差距,并且隨著溫差的增加而不斷加大,由此導致了劑量誤差的產生。
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