翻板液位计与质量流量计计量分析

    一、前言

    近年来，随着企业经济体制改革的逐渐深入，对于节能及能源计量管理工作、能源计量器具的配备提出了新的要求。能源计量工作对于一个企业是非常重要的，是企业实现现代化管理的重要基础，能源计量是企业对能源进行科学管理，实现节能降耗，提高经济效益的重要手段。没有正确的计量，谈不上维护企业的利益，提高经济效益；能源计量器具是能源计量工作的物质基础，科学合理地配置、管理计量器具是企业做好能源计量工作的技术保证，因此企业中能源计量工作尤显重要。

    二、问题提出

    液化气第三分公司坐落在大港区板厂路，长期担负着通过80公里液化石油气输送管线的输送任务和少量的钢瓶罐装业务。液化气*分公司坐落在西青区汪庄子村南，担负着全市及近郊约10万民用户和部分工商户的用气业务。一直以来，对一、三分公司通过80公里高压管线输送液化石油气的情况始终采用液化石油气储罐的液位计量，方法是采用磁翻板液位计的计量方法。磁翻板液位计是利用磁耦合作用的原理，仪表和储罐连接形成连通器，在仪表内设有磁性浮子，为确保液位显示准确，磁性浮子的比重参数按容器内介质的密度设计，在仪表连通管外表面设有显示器，显示器安装外显磁翻板。磁性浮子在连通管内随储罐液位的变化上、下浮动时，通过磁耦合作用，显示器的磁翻板也同步翻转变换颜色，红色显示液相，白色显示气相，红白颜色交界处就是储罐内的实际液位。此种液位计及计量方式一直沿用至今，但是，我们经过一段时间的跟踪监测。发现按磁翻板液位计的读数来计算，结果不可靠。例如一台1000M³的液化石油气储罐，不同时间读取的数据，计算出的结果有时（特别是夏季）相差10吨左右。见数据1：

    三、问题分析

    以1000M³（直径为12.3m）为例。我们知道，液体受热会膨胀，其密度会变小。相反，液体受冷时其体积会缩小，密度会变大。特别是罐体内液体较多时，在环境温度高于罐内温度时，储罐吸热，而在环境温度低于储罐内温度时，储罐放热，根据一年多时间的观察、观测，也就是说储罐内的温度变化不如环境温度变化大。见数据2：

    表中可见罐内温度变化比较平稳。而液位计与储罐相连接的连通管直径较小（DN50），管内的液体数量很少，受环境温度影响很大，特别是连通管处在阳光直射位置时，其温度变化更大，就是说，储罐内的液体温度和与液位计连通管内的液体温度不同，则其密度也不同。一般认为，连通管内的液面高度和罐内液面高度应处于同一水平上，其实不一定。我们做了一个实验，在室外温度为30℃时，连通管的温度为30℃，储罐内的温度为22℃，特别是由于液化石油气的膨胀系数比水大得多，密度的差异就更大。这时，储罐内液体与连通管内液体关系如同U型压差计的工作原理一样，两侧的液体相对连接管底部水平段的作用力相等，假设储罐内的液化石油气组份为：

    1、丙烷：丁烷=50:50
    2、储罐内液化石油气平均温度T℃
    3、连通管内液化石油气平均温度t℃
    4、储罐内液位为H（m）
    5、连通管内液位为h（m）

    10℃时  ρ_丙10=0.516
            ρ_丁10=0.570
    40℃时  ρ_丙40=0.469
            ρ_丁40=0.532

    则混合密度为：

    ρ_ш10=∑ρ_iV_i-0.516×0.5+0.570×0.5=0.543

    ρ_ш40=∑ρ_iV_i=0.469×0.5+0.532×0.5=0.501

    液体密度变化的温度系数为：

    v=（ρ_ш40-ρ_ш10）/（40-10）=（0.501-0.543）/（40-10）= -0.0014

    在某一温度t℃时的密度为

    ρ_t=ρ₁₀+v（t-10）

    连通管的液位高度为h时，对连通管底部水平的压强为：

    P=P₀+ρqh

    任意时刻，连通管内液柱和储罐内液柱对连通管水平段所产生的压强必定相等，则：

    P₀+ρgh=P₀+ρvgH

    H=ρth/ρT=（1-v（T-t）/（ρ₁₀+（T-l0）））h       式-l

    ①当环境温度高于储罐内温度时，

    设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当环境温度低于储罐内的温度时，

    设t=10℃，T=20℃

    H=（1+0.026）h=1.026h              式-3

    以上分析说明，液位计液位读数与储罐内的实际液位是有差距的，而且温差越大，则差距就越大，这样用液位计的读数h直接查储罐容积表，计算出的质量结果必然不准确，而且罐的容积越大，误差越大，特别是液位刚好在储罐赤道带附近时，误差更大，这样就印证了前面所观测的数据变化情况。

    以1000M³球罐为例，不考虑气相的影响，设液位计读数h=7m，设液位计内的液体温度为30℃，罐内液体平均温度为20℃，根据式-2，得罐内液位为：

    H=0.974h=0.974×7=6.82m，查罐容表，得到液体的体积分别为：

    586.928m³和565.873m³

    罐内在20℃时的混合密度：

    ρ₂₀=ρ₁₀+v（T-10）=0.543-0.0014（20-10）=0.529

    310.48吨和299.347吨，则偏多11.13吨，反之则偏少。

    四、解决问题的办法

    按上述分析的情况看，磁翻板液位计在计量上确实存在读数误差的问题，解决该问题可以采用：① 将磁翻板液位计安装防晒装置，选好读取时间，能在一定程度上克服环境因素对液位计读数的影响，选择在气温比较接近储罐内温的时候，如夏天在日出之前读数，冬天在早上9:00左右读数，但该办法对生产运行有一定的影响；②在读数前，将液位计中液体全部放掉，换入罐内新的液化石油气，然后尽快读取液位数据，这种方法不安全。③采用浮子式钢带液位计计量，该液位计是根据力平衡原理，当液面上升时，钢带张力减少松驰，系统平衡受到破坏，而作为力平衡源的盘簧力矩减少而做相应收卷，把已松驰的钢带缠在钢带轮上使钢带张紧，使系统平衡，液面下降的则反之。钢带上打有非常均匀的小孔，当钢带上下移动时，其孔正好与链轮上的齿咬合，并带动表头上的齿轮及指针进行液位显示。由于制造技术和安装质量上存在问题，目前，就国产钢带液位计而言，很大一部分是失效的，在罐内液位很低时，高速进人的液化石油气容易使钢带液位计系统的浮筒及其导向钢丝波动很大。再有，不同组份的液化石油气及不同温度下，密度不同，致使液体对浮筒的浮力不同，出现误差，影响液位计的显示精度。④为更好地、科学合理地配置计量装置，维护企业利益，我们在启用三分公司美国产质量流量计的基础上，在一分公司也安装上美国产DS300S/56SU型质量流量计，该种流量计由传感器、变送器、显示器三部分组成，该设备具有压力、温度、密度补偿功能，流量计精度可达±0.2%，系统精度可达±0.35%，它是通过输送液体流量由传感器将采集数据信号传送给变送器，由变送器将采集的数据进行分析调整以获得高精度的质量流量信号，通过显示器将流量、吨数显示出来。经一段时间的运行，两单位计量数据误差基本控制在0.6%以下。见数据3：

    运行中，该质量流量计出现零点漂移现象，经数据跟踪采集观察，密度值在0.54吨/m3以下时，流量计开始出现零点漂移现象，经分析验证管道中确实存在气相液化石油气。怎样才能解决这一问题，我们考虑流量计安装位置起决定性作用，安装流量计zui高点必须低于工艺管道的高度，只有这样，才能保证流量计在非工作时的充满度，避免液相管道中出现气化而产生流量计零点漂移。

    综上所述，采用质量流量计，可避免因温度、压力、密度的影响而产生误差，同时，储罐的安全运行，仍离不开浮子式磁翻板液位计，双重并用，既可保证安全运行，又确保计量的准确。