儲罐集中實時計量系統的實現
發布時間：2017-09-01
在石油化工行業, 儲罐是企業中液體原料產品進出廠的重要計量工具。為提高儲罐的計量準確性及計量效率, 實現遠程實時、集中監控, 我公司采用了儲罐集中實時計量系統。該系統利用原有裝置的DCS、PLC、IPC等系統及全廠局域網, 對儲罐的液位、溫度、壓力等計量參數進行實時采集,然后通過系統集成的含立式儲罐、球罐、臥罐的集中計量軟件, 對分散在企業各裝置的儲罐實現集中、實時計量。
一、儲罐計量參數的采集
實時數據的采集如圖1所示, 各裝置、罐區儲罐的液位、溫度、壓力信號通過變送器轉換為電信號, 然后送至相應的DCS、PLC、IPC系統, 并在此實現現場的控制、顯示、通訊等功能。
實時數據庫系統是由下層的數據采集、中層的數據核心及上層應用系統等三部分組成。數據采集使用C/S體系結構。采集最底層是DCS、PLC、IPC, 數采工作站通過TCP/IP協議的網絡, 或RS232和RS485通信口采集現場數據。數采工作站安裝CIOMIOClient, 它包含采集接口模塊(Collect Module)、數據存儲和共享模塊 (Shared RAMArea) 以及數據轉發樞紐模塊 (Router Module)。CollectModule以匹配的數據通信協議獲取DCS、PLC、IPC的數據, 存儲入內存共享區Shared RAMArea中, 再由RouterModule轉發數據。CIMIOServer位于服務器, 實時接收、存儲CIMIOClient發來的數據, 經緩存處理后存入實時數據庫Infoplus中。
手工輸入的數據, 分別通過CIMIO Client和SybaseClient將數據送入到實時數據庫Infoplus或關系數據庫Sybase。關系數據庫通過ODBC接口與實時數據庫實現實時數據庫集成。
儲罐集中實時計量軟件作為上層應用系統, 采集實時數據庫中的儲罐液位、溫度、壓力等參數, 實現實時計量與監控。
二、儲罐計量軟件
儲罐按其外形可分為立式儲罐、球罐、臥罐, 它們的罐容(Vh) 計算方法不同, 但從罐容到罐存量的計算是相同的, 所以儲罐集中實時計量軟件可以分為5個模塊, 即主程序( 輸入輸出功能) 模塊、立式儲罐Vh( 液位h對應的容積) 計算模塊、球罐Vh計算模塊、臥罐Vh計算模塊、從Vh到罐存量m的計算模塊, 其集中計量軟件主程序流程如圖 2 所示。
1.立式儲罐Vh的算法及編程
(1)立式儲罐Vh的算法
由于立式儲罐各圈板的厚度不同, 其各圈板的內直徑也不同, 所以Vh不能簡單用 πr2h計算, 而用區間( 圈板)累計容積加本區間所占容積計算, 即Vh=Vn-1+ΔVn, 各區間累計容積Vn預先算好存在程序中。
因為YVn是儲罐在水壓下測得的修正容積, 所以乘以ρ20得出所裝物料下的靜壓力修正容積。
式中: h―――油品高度; hn―――儲罐各區間 ( 圈板) 點累計高度, 儲罐區間數n=1, 2, 3 ; Vn―――對應于hn的累計容積, 儲罐區間數n=1, 2, 3 ; YVn―――對應于hn的水靜壓力引起的累計修正容積, 儲罐區間數n=1, 2, 3 ;ρ20―――物料標準密度 (20℃下密度); Vh―――立式儲罐在標準溫度(20℃) 下, 液位h對應的容積; Vh―――立式儲罐在標準溫度下, 液位h對應的靜壓力修正容積。
(2)立式儲罐Vh計算軟件模塊的編程
把各立式儲罐Vh及ΔVh的區間數、hn、Vn、YVn預先算好存于程序中, 作為Vh的計算參數.
2.球罐Vh算法及編程
(1)球罐Vh算法
球罐總體積V為: V=4/3π×r3
用積分法計算物料所占球缺部分體積Vh為:
Vh=∫h0π〔r2- (r- h)2〕dh
利用總體積V算式把上式進一步化簡為:
Vh=V×(h/2r)2×(3- h/r)
根據 JJG642- 1990《球形金屬罐容量( 試行)》檢定規程, 其液位h對應的靜壓力修正容積的計算方法為:
ΔVh=Vh×r×p/e×5×10-12
式中: Vh―――球罐在標準溫度(20℃) 下, 液位h對應的容積; r―――球罐平均內半徑; h―――液位高度; p―――球罐工作壓力; e―――球罐圈板平均厚度。
(2)球罐Vh計算軟件模塊的編程
把各儲罐的r、e預先存于程序中, 作為Vh的計算參數.
3.臥罐Vh的算法及編程
(1)臥罐Vh的算法
式中: Vh―――臥罐在標準溫度(20℃) 下, 液位h對應的容積; h―――液位高度; L1―――臥罐筒體長度; L2―――伸長部分總長度; r1―――臥罐筒體內半徑; r2―――伸長部分內半徑; r3―――球形端板平均半徑。
根據 JJG266- 1996《臥式金屬罐容積》檢定規程, 壓力對臥罐的體積影響很小, 可忽略不計。
(2)臥罐Vh計算軟件模塊的編程
把各儲罐的L1、L2、r1、r2、r3預先存于程序中, 作為Vh的計算參數, 臥罐Vh計算軟件流程圖與圖4相似(程序略)。
4.Vh到罐存量m的計算
依據 JJF1014- 1989 《罐內液體石油產品計量技術規范》, 其計算過程如下:
(1)Vh是在儲罐檢定狀態( 溫度 20℃) 下計算出的, 當實際溫度偏離 20℃時, 罐壁材料熱脹冷縮會引起儲罐容積發生變化, 其修正如下:
Vt=Vh×〔1+a(t- 20)〕
式中:Vt―――儲罐在溫度t時對應的容積;a―――罐壁材料的熱膨脹系數, 鋼為 0.000036。
(2)把油品在實際溫度的體積轉化為標準溫度(20℃)下的體積。
V20=Vt×〔1- f(t- 20)〕
式中: V20―――油品在 20℃時的體積; f―――油品體積溫度系數(1/℃)。
(3)計算油品在空氣中的質量。
m1=V20×(ρ20- 0.0011)
式中: ρ20―――油品在 20℃時的密度。
(4)如果是立式浮頂罐, 則要扣除浮盤質量。
m2=m1- G
式中: G―――內浮頂罐的浮盤質量, 否則G=0。
(5)如果油品含水,則要扣除油品中水分才能得出純油量。
m=m2×(1- w)
式中:w―――油品水的百分含量;m―――儲罐中純油量。
(6)令收付料前的罐存量m為m前, 收付料后的罐存量m為m后, 則儲罐的收付量Δm為:
Δm=m后- m前
Δm值為正是收料量, 為負則是付料量。
三、應用效果
1.準確度驗證情況
本儲罐集中實時計量系統實現后, 用不同裝置、類型、物料的儲罐在不同液位、溫度、壓力下進行多次計量驗證,驗證結果達到了 JJF1014-1989 的計量準確度要求。
立罐: ±0.35%; 球罐: ±0.5%; 臥罐: ±0.7%。
2.應用效果情況
本儲罐集中實時計量系統在茂名分公司化工分部有關部門及崗位應用以來, 效果顯著:
(1)應用在罐區計量操作崗位, 使操作人員對儲罐的罐存量及進出量能準確計量。
(2)應用在生產調度崗位, 使調度人員能依據罐存量情況對原料、產品進行輸轉調配, 使生產穩定有序進行。
(3)應用在貿易結算崗位, 使崗位人員對儲罐的進出量進行開單結算或核驗數據。
(4)應用在計量管理部門, 對原料產品進出廠計量數據進行監督管理, 及時發現超差數據, 更正失準數據, 避免計量損失。
摘自：中國計量測控網
