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储罐集中实时计量系统的实现

2014/11/13 22:20:44  来源:计测网通讯员 
字号: 13号字 16号字

  在石油化工行业, 储罐是企业中液体原料产品进出厂的重要计量工具。为提高储罐的计量准确性及计量效率, 实现远程实时、集中监控, 我公司采用了储罐集中实时计量系统。该系统利用原有装置的DCS、PLC、IPC等系统及全厂局域网, 对储罐的液位、温度、压力等计量参数进行实时采集,然后通过系统集成的含立式储罐、球罐、卧罐的集中计量软件, 对分散在企业各装置的储罐实现集中、实时计量。

  一、储罐计量参数的采集

  实时数据的采集如图1所示, 各装置、罐区储罐的液位、温度、压力信号通过变送器转换为电信号, 然后送至相应的DCS、PLC、IPC系统, 并在此实现现场的控制、显示、通讯等功能。

  实时数据库系统是由下层的数据采集、中层的数据核心及上层应用系统等三部分组成。数据采集使用C/S体系结构。采集最底层是DCS、PLC、IPC, 数采工作站通过TCP/IP协议的网络, 或RS232和RS485通信口采集现场数据。数采工作站安装CIOMIOClient, 它包含采集接口模块(Collect Module)、数据存储和共享模块 (Shared RAMArea) 以及数据转发枢纽模块 (Router Module)。CollectModule以匹配的数据通信协议获取DCS、PLC、IPC的数据, 存储入内存共享区Shared RAMArea中, 再由RouterModule转发数据。CIMIOServer位于服务器, 实时接收、存储CIMIOClient发来的数据, 经缓存处理后存入实时数据库Infoplus中。

  手工输入的数据, 分别通过CIMIO Client和SybaseClient将数据送入到实时数据库Infoplus或关系数据库Sybase。关系数据库通过ODBC接口与实时数据库实现实时数据库集成。

  储罐集中实时计量软件作为上层应用系统, 采集实时数据库中的储罐液位、温度、压力等参数, 实现实时计量与监控。

  二、储罐计量软件

  储罐按其外形可分为立式储罐、球罐、卧罐, 它们的罐容(Vh) 计算方法不同, 但从罐容到罐存量的计算是相同的, 所以储罐集中实时计量软件可以分为5个模块, 即主程序( 输入输出功能) 模块、立式储罐Vh( 液位h对应的容积) 计算模块、球罐Vh计算模块、卧罐Vh计算模块、从Vh到罐存量m的计算模块, 其集中计量软件主程序流程如图 2 所示。

  1.立式储罐Vh的算法及编程

  (1)立式储罐Vh的算法

  由于立式储罐各圈板的厚度不同, 其各圈板的内直径也不同, 所以Vh不能简单用 πr2h计算, 而用区间( 圈板)累计容积加本区间所占容积计算, 即Vh=Vn-1+ΔVn, 各区间累计容积Vn预先算好存在程序中, 本区间所占容积的计算公式如下:

  因为YVn是储罐在水压下测得的修正容积, 所以乘以ρ20得出所装物料下的静压力修正容积。

  式中: h———油品高度; hn———储罐各区间 ( 圈板) 点累计高度, 储罐区间数n=1, 2, 3 ; Vn———对应于hn的累计容积, 储罐区间数n=1, 2, 3 ; YVn———对应于hn的水静压力引起的累计修正容积, 储罐区间数n=1, 2, 3 ;ρ20———物料标准密度 (20℃下密度); Vh———立式储罐在标准温度(20℃) 下, 液位h对应的容积; Vh———立式储罐在标准温度下, 液位h对应的静压力修正容积。

  (2)立式储罐Vh计算软件模块的编程

  把各立式储罐Vh及ΔVh的区间数、hn、Vn、YVn预先算好存于程序中, 作为Vh的计算参数, 立式储罐Vh计算软件流程图如图 3 所示(程序略).

  2.球罐Vh算法及编程

  (1)球罐Vh算法

  球罐总体积V为: V=4/3π×r3

  用积分法计算物料所占球缺部分体积Vh为:

  Vh=∫h0π〔r2- (r- h)2〕dh

  利用总体积V算式把上式进一步化简为:

  Vh=V×(h/2r)2×(3- h/r)

  根据 JJG642- 1990《球形金属罐容量( 试行)》检定规程, 其液位h对应的静压力修正容积的计算方法为:

  ΔVh=Vh×r×p/e×5×10-12

  式中: Vh———球罐在标准温度(20℃) 下, 液位h对应的容积; r———球罐平均内半径; h———液位高度; p———球罐工作压力; e———球罐圈板平均厚度。

  (2)球罐Vh计算软件模块的编程

  把各储罐的r、e预先存于程序中, 作为Vh的计算参数, 球罐Vh计算软件流程图如图 4 所示(程序略).

  3.卧罐Vh的算法及编程

  (1)卧罐Vh的算法

  如图 5 所示, 物料所占部分体积Vh由筒体部分体积V1、伸长部分体积V2、两半球形端板体积V3三部分构成。即:

  式中: Vh———卧罐在标准温度(20℃) 下, 液位h对应的容积; h———液位高度; L1———卧罐筒体长度; L2———伸长部分总长度; r1———卧罐筒体内半径; r2———伸长部分内半径; r3———球形端板平均半径。

  根据 JJG266- 1996《卧式金属罐容积》检定规程, 压力对卧罐的体积影响很小, 可忽略不计。

  (2)卧罐Vh计算软件模块的编程

  把各储罐的L1、L2、r1、r2、r3预先存于程序中, 作为Vh的计算参数, 卧罐Vh计算软件流程图与图4相似(程序略)。

  4.Vh到罐存量m的计算

  依据 JJF1014- 1989 《罐内液体石油产品计量技术规范》, 其计算过程如下:

  (1)Vh是在储罐检定状态( 温度 20℃) 下计算出的, 当实际温度偏离 20℃时, 罐壁材料热胀冷缩会引起储罐容积发生变化, 其修正如下:

  Vt=Vh×〔1+a(t- 20)〕

  式中:Vt———储罐在温度t时对应的容积;a———罐壁材料的热膨胀系数, 钢为 0.000036。

  (2)把油品在实际温度的体积转化为标准温度(20℃)下的体积。

  V20=Vt×〔1- f(t- 20)〕

  式中: V20———油品在 20℃时的体积; f———油品体积温度系数(1/℃)。

    (3)计算油品在空气中的质量。

  m1=V20×(ρ20- 0.0011)

  式中: ρ20———油品在 20℃时的密度。

  (4)如果是立式浮顶罐, 则要扣除浮盘质量。

  m2=m1- G

  式中: G———内浮顶罐的浮盘质量, 否则G=0。

  (5)如果油品含水,则要扣除油品中水分才能得出纯油量。

  m=m2×(1- w)

  式中:w———油品水的百分含量;m———储罐中纯油量。

  (6)令收付料前的罐存量m为m前, 收付料后的罐存量m为m后, 则储罐的收付量Δm为:

  Δm=m后- m前

  Δm值为正是收料量, 为负则是付料量。

  三、应用效果

  1.准确度验证情况

  本储罐集中实时计量系统实现后, 用不同装置、类型、物料的储罐在不同液位、温度、压力下进行多次计量验证,验证结果达到了 JJF1014-1989 的计量准确度要求。验证结果如表 1 所示。

  立罐: ±0.35%; 球罐: ±0.5%; 卧罐: ±0.7%。

  2.应用效果情况

  本储罐集中实时计量系统在茂名分公司化工分部有关部门及岗位应用以来, 效果显著:

  (1)应用在罐区计量操作岗位, 使操作人员对储罐的罐存量及进出量能准确计量。

  (2)应用在生产调度岗位, 使调度人员能依据罐存量情况对原料、产品进行输转调配, 使生产稳定有序进行。

  (3)应用在贸易结算岗位, 使岗位人员对储罐的进出量进行开单结算或核验数据。

  (4)应用在计量管理部门, 对原料产品进出厂计量数据进行监督管理, 及时发现超差数据, 更正失准数据, 避免计量损失。

  作者单位【中国石化茂名分公司】

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