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儲罐集中實時計量系統(tǒng)的實現(xiàn)
發(fā)布時間：2017-09-01
在石油化工行業(yè), 儲罐是企業(yè)中液體原料產(chǎn)品進(jìn)出廠的重要計量工具。為提高儲罐的計量準(zhǔn)確性及計量效率, 實現(xiàn)遠(yuǎn)程實時、集中監(jiān)控, 我公司采用了儲罐集中實時計量系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用原有裝置的DCS、PLC、IPC等系統(tǒng)及全廠局域網(wǎng), 對儲罐的液位、溫度、壓力等計量參數(shù)進(jìn)行實時采集,然后通過系統(tǒng)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(yè)各裝置的儲罐實現(xiàn)集中、實時計量。
一、儲罐計量參數(shù)的采集
實時數(shù)據(jù)的采集如圖1所示, 各裝置、罐區(qū)儲罐的液位、溫度、壓力信號通過變送器轉(zhuǎn)換為電信號, 然后送至相應(yīng)的DCS、PLC、IPC系統(tǒng), 并在此實現(xiàn)現(xiàn)場的控制、顯示、通訊等功能。
實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是由下層的數(shù)據(jù)采集、中層的數(shù)據(jù)核心及上層應(yīng)用系統(tǒng)等三部分組成。數(shù)據(jù)采集使用C/S體系結(jié)構(gòu)。采集最底層是DCS、PLC、IPC, 數(shù)采工作站通過TCP/IP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò), 或RS232和RS485通信口采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)。數(shù)采工作站安裝CIOMIOClient, 它包含采集接口模塊(Collect Module)、數(shù)據(jù)存儲和共享模塊 (Shared RAMArea) 以及數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)樞紐模塊 (Router Module)。CollectModule以匹配的數(shù)據(jù)通信協(xié)議獲取DCS、PLC、IPC的數(shù)據(jù), 存儲入內(nèi)存共享區(qū)Shared RAMArea中, 再由RouterModule轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。CIMIOServer位于服務(wù)器, 實時接收、存儲CIMIOClient發(fā)來的數(shù)據(jù), 經(jīng)緩存處理后存入實時數(shù)據(jù)庫Infoplus中。
手工輸入的數(shù)據(jù), 分別通過CIMIO Client和SybaseClient將數(shù)據(jù)送入到實時數(shù)據(jù)庫Infoplus或關(guān)系數(shù)據(jù)庫Sybase。關(guān)系數(shù)據(jù)庫通過ODBC接口與實時數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)庫集成。
儲罐集中實時計量軟件作為上層應(yīng)用系統(tǒng), 采集實時數(shù)據(jù)庫中的儲罐液位、溫度、壓力等參數(shù), 實現(xiàn)實時計量與監(jiān)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(yīng)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(nèi)直徑也不同, 所以Vh不能簡單用 πr2h計算, 而用區(qū)間( 圈板)累計容積加本區(qū)間所占容積計算, 即Vh=Vn-1+ΔVn, 各區(qū)間累計容積Vn預(yù)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(qū)間 ( 圈板) 點累計高度, 儲罐區(qū)間數(shù)n=1, 2, 3 ; Vn―――對應(yīng)于hn的累計容積, 儲罐區(qū)間數(shù)n=1, 2, 3 ; YVn―――對應(yīng)于hn的水靜壓力引起的累計修正容積, 儲罐區(qū)間數(shù)n=1, 2, 3 ;ρ20―――物料標(biāo)準(zhǔn)密度 (20℃下密度); Vh―――立式儲罐在標(biāo)準(zhǔn)溫度(20℃) 下, 液位h對應(yīng)的容積; Vh―――立式儲罐在標(biāo)準(zhǔn)溫度下, 液位h對應(yīng)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(qū)間數(shù)、hn、Vn、YVn預(yù)先算好存于程序中, 作為Vh的計算參數(shù).
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(jìn)一步化簡為:
Vh=V×(h/2r)2×(3- h/r)
根據(jù) JJG642- 1990《球形金屬罐容量( 試行)》檢定規(guī)程, 其液位h對應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)溫度(20℃) 下, 液位h對應(yīng)的容積; r―――球罐平均內(nèi)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(yù)先存于程序中, 作為Vh的計算參數(shù).
3.臥罐Vh的算法及編程
(1)臥罐Vh的算法
式中: Vh―――臥罐在標(biāo)準(zhǔn)溫度(20℃) 下, 液位h對應(yīng)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(nèi)半徑; r2―――伸長部分內(nèi)半徑; r3―――球形端板平均半徑。
根據(jù) JJG266- 1996《臥式金屬罐容積》檢定規(guī)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(yù)先存于程序中, 作為Vh的計算參數(shù), 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(jù) JJF1014- 1989 《罐內(nèi)液體石油產(chǎn)品計量技術(shù)規(guī)范》, 其計算過程如下:
(1)Vh是在儲罐檢定狀態(tài)( 溫度 20℃) 下計算出的, 當(dāng)實際溫度偏離 20℃時, 罐壁材料熱脹冷縮會引起儲罐容積發(fā)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(yīng)的容積;a―――罐壁材料的熱膨脹系數(shù), 鋼為 0.000036。
(2)把油品在實際溫度的體積轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)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(shù)(1/℃)。
(3)計算油品在空氣中的質(zhì)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(zhì)量。
m2=m1- G
式中: G―――內(nèi)浮頂罐的浮盤質(zhì)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(fù)則是付料量。
三、應(yīng)用效果
1.準(zhǔn)確度驗證情況
本儲罐集中實時計量系統(tǒng)實現(xiàn)后, 用不同裝置、類型、物料的儲罐在不同液位、溫度、壓力下進(jìn)行多次計量驗證,驗證結(jié)果達(dá)到了 JJF1014-1989 的計量準(zhǔn)確度要求。
立罐: ±0.35%; 球罐: ±0.5%; 臥罐: ±0.7%。
2.應(yīng)用效果情況
本儲罐集中實時計量系統(tǒng)在茂名分公司化工分部有關(guān)部門及崗位應(yīng)用以來, 效果顯著:
(1)應(yīng)用在罐區(qū)計量操作崗位, 使操作人員對儲罐的罐存量及進(jìn)出量能準(zhǔn)確計量。
(2)應(yīng)用在生產(chǎn)調(diào)度崗位, 使調(diào)度人員能依據(jù)罐存量情況對原料、產(chǎn)品進(jìn)行輸轉(zhuǎn)調(diào)配, 使生產(chǎn)穩(wěn)定有序進(jìn)行。
(3)應(yīng)用在貿(mào)易結(jié)算崗位, 使崗位人員對儲罐的進(jìn)出量進(jìn)行開單結(jié)算或核驗數(shù)據(jù)。
(4)應(yīng)用在計量管理部門, 對原料產(chǎn)品進(jìn)出廠計量數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)督管理, 及時發(fā)現(xiàn)超差數(shù)據(jù), 更正失準(zhǔn)數(shù)據(jù), 避免計量損失。
摘自：中國計量測控網(wǎng)
