一、 本文概述
近幾年來，伴隨著企業(yè)經(jīng)濟(jì)體制改革的逐漸深入以及企業(yè)科技進(jìn)步的加速發(fā)展，相比較以前對(duì)于節(jié)能及能源計(jì)量管理工作、能源計(jì)量器具的配備有了更高更新的要求。能源計(jì)量對(duì)于企業(yè)的生產(chǎn)與發(fā)展來說，是一個(gè)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(chǔ)。企業(yè)需要通過能源計(jì)量這種手段對(duì)對(duì)能源進(jìn)行科學(xué)管理，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗，提高經(jīng)濟(jì)效益，失去了正確的計(jì)量基礎(chǔ)工作，就無法有效地維護(hù)企業(yè)的利益，無法有效地提高經(jīng)濟(jì)效益。能源計(jì)量器具是能源計(jì)量工作的物質(zhì)基礎(chǔ)，科學(xué)合理地配置、管理計(jì)量器具是企業(yè)做好能源計(jì)量工作的技術(shù)保證，因此企業(yè)中能源計(jì)量工作尤顯重要。溶劑儲(chǔ)罐液位計(jì)是工業(yè)生產(chǎn)中一種非常普遍、用量特別大的液位測(cè)量儀表，在許多的液位測(cè)量現(xiàn)場發(fā)揮了重要作用。撰寫本文就是對(duì)溶劑儲(chǔ)罐液位計(jì)計(jì)量產(chǎn)生誤差原因進(jìn)行分析，提出解決意見，并對(duì)其他流量計(jì)的原理及性能進(jìn)行分析，從而可以即安全又準(zhǔn)確的保證生產(chǎn)運(yùn)行和維護(hù)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)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(dān)負(fù)著通過80公里液化石油氣輸送管線的輸送任務(wù)和少量的鋼瓶罐裝業(yè)務(wù)。液化氣*一分公司坐落在西青區(qū)汪莊子村南，擔(dān)負(fù)著全市及近郊約10萬民用戶和部分工商戶的用氣業(yè)務(wù)。一直以來，對(duì)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(chǔ)罐的液位計(jì)量，方法是采用溶劑儲(chǔ)罐液位計(jì)的計(jì)量方法。溶劑儲(chǔ)罐液位計(jì)是利用磁耦合作用的原理，儀表和儲(chǔ)罐連接形成連通器，在儀表內(nèi)設(shè)有磁性浮子，為確保液位顯示準(zhǔn)確，磁性浮子的比重參數(shù)按容器內(nèi)介質(zhì)的密度設(shè)計(jì)，在儀表連通管外表面設(shè)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(chǔ)罐液位的變化上、下浮動(dòng)時(shí)，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(chǔ)罐內(nèi)的實(shí)際液位。此種液位計(jì)及計(jì)量方式一直沿用至今，但是，我們經(jīng)過一段時(shí)間的跟蹤監(jiān)測(cè)。發(fā)現(xiàn)按溶劑儲(chǔ)罐液位計(jì)的讀數(shù)來計(jì)算，結(jié)果不可靠。例如一臺(tái)1000M3的液化石油氣儲(chǔ)罐，不同時(shí)間讀取的數(shù)據(jù)，計(jì)算出的結(jié)果有時(shí)（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(huì)膨脹，其密度會(huì)變小。相反，液體受冷時(shí)其體積會(huì)縮小，密度會(huì)變大。特別是罐體內(nèi)液體較多時(shí)，在環(huán)境溫度高于罐內(nèi)溫度時(shí)，儲(chǔ)罐吸熱，而在環(huán)境溫度低于儲(chǔ)罐內(nèi)溫度時(shí)，儲(chǔ)罐放熱，根據(jù)一年多時(shí)間的觀察、觀測(cè)，也就是說儲(chǔ)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(hào)	當(dāng)日下午儲(chǔ)罐液位噸數(shù)			次日上午儲(chǔ)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(dāng)日下午儲(chǔ)罐液位噸數(shù)			次日上午儲(chǔ)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(jì)與儲(chǔ)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(shí)，其溫度變化更大，就是說，儲(chǔ)罐內(nèi)的液體溫度和與液位計(jì)連通管內(nèi)的液體溫度不同，則其密度也不同。一般認(rèn)為，連通管內(nèi)的液面高度和罐內(nèi)液面高度應(yīng)處于同一水平上，其實(shí)不一定。我們做了一個(gè)實(shí)驗(yàn)，在室外溫度為30℃時(shí)，連通管的溫度為30℃，儲(chǔ)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(shí)，儲(chǔ)罐內(nèi)液體與連通管內(nèi)液體關(guān)系如同U型壓差計(jì)的工作原理一樣，兩側(cè)的液體相對(duì)連接管底部水平段的作用力相等，假設(shè)儲(chǔ)罐內(nèi)的液化石油氣組份為：
1、丙烷：丁烷=50:50
2、儲(chǔ)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(chǔ)罐內(nèi)液位為H（m）
5、連通管內(nèi)液位為h（m）     10℃時(shí)  ρ丙10=0.516
ρ丁10=0.570
40℃時(shí)  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(shí)的密度為     ρt=ρ10+v（t-10）     連通管的液位高度為h時(shí)，對(duì)連通管底部水平的壓強(qiáng)為：     P=P0+ρqh     任意時(shí)刻，連通管內(nèi)液柱和儲(chǔ)罐內(nèi)液柱對(duì)連通管水平段所產(chǎn)生的壓強(qiáng)必定相等，則：     P0+ρgh=P0+ρvgH     H=ρth/ρT=（1-v（T-t）/（ρ10+（T-l0）））h       式-l     ①當(dāng)環(huán)境溫度高于儲(chǔ)罐內(nèi)溫度時(shí)，     設(shè)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(dāng)環(huán)境溫度低于儲(chǔ)罐內(nèi)的溫度時(shí)，     設(shè)t=10℃，T=20℃     H=（1+0.026）h=1.026h              式-3     以上分析說明，液位計(jì)液位讀數(shù)與儲(chǔ)罐內(nèi)的實(shí)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(jì)的讀數(shù)h直接查儲(chǔ)罐容積表，計(jì)算出的質(zhì)量結(jié)果必然不準(zhǔn)確，而且罐的容積越大，誤差越大，特別是液位剛好在儲(chǔ)罐赤道帶附近時(shí)，誤差更大，這樣就印證了前面所觀測(cè)的數(shù)據(jù)變化情況。     以1000M3球罐為例，不考慮氣相的影響，設(shè)液位計(jì)讀數(shù)h=7m，設(shè)液位計(jì)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(shí)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，溶劑儲(chǔ)罐液位計(jì)在計(jì)量上確實(shí)存在讀數(shù)誤差的問題，解決該問題可以采用：
① 將溶劑儲(chǔ)罐液位計(jì)安裝防曬裝置，選好讀取時(shí)間，能在一定程度上克服環(huán)境因素對(duì)液位計(jì)讀數(shù)的影響，選擇在氣溫比較接近儲(chǔ)罐內(nèi)溫的時(shí)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(duì)生產(chǎn)運(yùn)行有一定的影響；
②在讀數(shù)前，將液位計(jì)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(jì)計(jì)量，該液位計(jì)是根據(jù)力平衡原理，當(dāng)液面上升時(shí)，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(yīng)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(dāng)鋼帶上下移動(dòng)時(shí)，其孔正好與鏈輪上的齒咬合，并帶動(dòng)表頭上的齒輪及指針進(jìn)行液位顯示。由于制造技術(shù)和安裝質(zhì)量上存在問題，目前，就國產(chǎn)鋼帶液位計(jì)而言，很大一部分是失效的，在罐內(nèi)液位很低時(shí)，高速進(jìn)人的液化石油氣容易使鋼帶液位計(jì)系統(tǒng)的浮筒及其導(dǎo)向鋼絲波動(dòng)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(duì)浮筒的浮力不同，出現(xiàn)誤差，影響液位計(jì)的顯示精度。
④為更好地、科學(xué)合理地配置計(jì)量裝置，維護(hù)企業(yè)利益，我們?cè)趩⒂萌止久绹a(chǎn)質(zhì)量流量計(jì)的基礎(chǔ)上，在一分公司也安裝上美國產(chǎn)DS300S/56SU型質(zhì)量流量計(jì)，該種流量計(jì)由傳感器、變送器、顯示器三部分組成，該設(shè)備具有壓力、溫度、密度補(bǔ)償功能，流量計(jì)精度可達(dá)±0.2%，系統(tǒng)精度可達(dá)±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(hào)傳送給變送器，由變送器將采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析調(diào)整以獲得高精度的質(zhì)量流量信號(hào)，通過顯示器將流量、噸數(shù)顯示出來。經(jīng)一段時(shí)間的運(yùn)行，兩單位計(jì)量數(shù)據(jù)誤差基本控制在0.6%以下。見數(shù)據(jù)3：     運(yùn)行中，該質(zhì)量流量計(jì)出現(xiàn)零點(diǎn)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(shí)，流量計(jì)開始出現(xiàn)零點(diǎn)漂移現(xiàn)象，經(jīng)分析驗(yàn)證管道中確實(shí)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(jì)安裝位置起決定性作用，安裝流量計(jì)*高點(diǎn)必須低于工藝管道的高度，只有這樣，才能保證流量計(jì)在非工作時(shí)的充滿度，避免液相管道中出現(xiàn)氣化而產(chǎn)生流量計(jì)零點(diǎn)漂移。    
綜上所述，采用質(zhì)量流量計(jì)，可避免因溫度、壓力、密度的影響而產(chǎn)生誤差，同時(shí)，儲(chǔ)罐的安全運(yùn)行，仍離不開浮子式溶劑儲(chǔ)罐液位計(jì)，雙重并用，既可保證安全運(yùn)行，又確保計(jì)量的準(zhǔn)確。

日期	三公司流量計(jì)	一公司流量計(jì)	實(shí)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