液化石油气储罐玻璃板液位计计量误差

　　一、前言
　　近年来，我国液化石油气市场发展很快，家用、商用和工业用气量持续增加，大小液化石油气储配站场遍布各地，储存罐的数量也就越来越多，单罐容积也有增大的趋势。
　　众所周知，计量工作对于一个企业是非常重要的，没有正确的计量，谈不上维护企业的利益、提高企业的信誉、搞好生产管理，还容易产生贸易摩擦，石油产品的贸易往往价高量大，计量工作尤显重要。
　　二、问题的提出
　　以船运液化石油气码头交接贸易为例，其计量方法一般是用体积重量法，即首先测量计算得到液体体积，再换算成重量的方法，船上储罐的液位测定普遍采用拨杆式液位计，也有直接在仪表舱读数的，一般认为，操作规范时，拔杆式液位计读数比较可靠，岸上接收库的液化石油气球罐，按规定其液位测定，除采用玻璃板式液位计外，还要设磁跟踪钢带液位计，这两种设备的读数似乎都可靠。
　　不管是以船上或岸上的那一方计量为准，岸上接收罐的计量是必不可少的，不要以为船上拔杆式液位计可靠，计量准确，岸上接收罐的计量就不重要了，实际上船上读数也会有问题，如拉杆式液位计的拉放速度、停留的时间、风浪的大小等都可能影响其读数的准确性，船体陈旧时，由于已作过多次维修改造，其容积表的准确性也值得怀疑，其它一些人为因素也不是不可能。所以，作为收发计量也罢，盘点计量也罢，岸罐计量的准确性是客观要求。
　　许多人对液化石油气球罐上玻璃板直读式液位计的液位读数一直没有怀疑。其实，其读数直接用于计量时存在一定问题。笔者几年来在实践中发现，用玻璃板液位计的读数来计算，结果极不可靠，比如同一罐（ l，000米3）液化石油气，不同时间读取的数据，计算出的结果有时相差10吨以上，
　　根本不可取。
　　三、问题分析
　　如附页图一1所示，以1，000米3球罐（φ12米）为例，其玻璃液位计装于球罐液位导管ABCD[DN 50]的竖直段BC上，该管上下分别与罐顶和罐底相通。
　　一般认为，导管内的液面和罐内液面处于同一水平面上，其实不一定，可能差别很大，进人导管内的液体，如同进人了死胡同，在某一平衡状态下，导管水平段CD内的液体承受着垂直段BC内液柱和储罐内液柱对等的压力，其作用有如一个活塞，阻隔着经直管内的液体流向储罐内。
　　由于储罐容积大，特别是在储液很多时，储罐实际上成了一个大“热容”，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，也就是说，储罐内的温度变化不如环境温度变化大，罐内温度变化比较温和，而导管很小（DN50），其中的液体数量很少，导管壁完全暴露，故受环境影响很大，特别是导管处在阳光直射位置时，其温度变化更大。
　　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，就是说，若果储罐内液体的温度和导管内液体的温度不同时，则其密度也不同，特别是液化石油气的膨胀系数比水的大得多，密度的差异就更大，不能忽略不计。这时，储罐内液体和导管内液体的关系，如同“U”形压差计的工作原理一样，两侧液柱对“活塞”（水平段）的作用力相等。
　　假设储罐内的液化石油气为：
　　1．丙烷：异丁烷=50：50.
　　2．储罐内平均温度为T℃。
　　3．导管内液体的平均温度为t℃。
　　4．储罐内液位为H（m）
　　5．导管内液位为h（m）
　　根据烷烃液体的比重和温度关系图～ 2可知，丙烷和丁烷的比重在-20℃——＋ 50℃范围内呈直线变化，而且两直线大体平行。由图——2（见附页）可查得密度（这里，在数值上，比重和密度是相等的）如下：
　　15℃时：ρ丙15=0.507 ρ丁15 =0.563
　　40℃时：ρ丙40 =0.468 ρ丁40=0.533
　　则混合密度为：
　　ρm15=ΣρiVi=0.507×0.5+0.563×0.5=0.535
　　ρm40=0.468×0.5+0.533×0.5=0.5005
　　液体密度变化的温度系数为：
　　ν=（ρm40-ρm15）/（40-15）=（0.5005-0.535）/25=-0.00138
　　某一温度t℃时的密度为（亦可以直接查图一2）
　　ρt=ρ15+ν（t-15）
　　液位为h时，产生的压强为：
　　P=P0+ρ*g*h
　　任何平衡时刻，导管内液柱和储罐内液柱对水平段所产生的压强必定相等，则：
　　P0+ρ*g*h=P0+ργ*g*H
　　H=ρth/ρT=（ρ15+ν（t-15））/（ρ15+ν（T-15））*h=（1-ν（T-t）/（ρ15+ν（T-15）））*h
　　1．当环境温度高于储罐内温度时，设 t＝ 30℃，T＝ 20℃，由式一1可得：
　　H=（1+0.00138*（20-30）/（0.535-0.00138（20-15）））*h=（1-0.0026）*h=0.974h
　　2．当环境温度低于储罐内温度时，设t＝10℃，T＝20℃
　　由式一1可得：
　　H＝（ l＋ 0.026） h＝ 1.026h（式一3）
　　以上分析说明，液位计读数和储罐内实际液位是有差距的，而且温差越大，则差距就越大，这样，用液位计读数h直接查储罐容积表，计算出的重量结果必然不准确，而且罐的容积越大，误差就越大，特别是液位刚好在储罐赤道带或附近时误差大。
　　这就印证了笔者在实践中发现的问题：l）在岸上储罐接收船载低于环境温度的冷冻液化石油气（＜10℃）时，计算的结果往往比船上结果偏多，但几天后重新读取数据重算时，结果可能又少了许多。2）同一罐液化石油气，即使经过长时间的停放，使其充分吸／放热量，达到大体上和环境温度平衡后，一天之中不同时间读取的数据，计算得的结果也差别很大，都是因为液位计受环境影响大，而储罐是一个大“热容”，受环境影响小，从而产生温差，导致密度和液位的不同。
　　以某1000m3球罐为例，其条件同上，不考虑气相的影响，设液位计读数 h＝7.0m
　　1）设液位计内液体温度为 30℃，罐内液体平均温度为 20℃，根据式一2，得罐内液位为：
　　H＝0.974h＝0.974X 7.0＝6.82（m）
　　由h和H查罐容表，得到液体的体积分别为：
　　586．928m3和 565．873m3
　　罐内混合密度为：
　　ρ20＝ρ15＋ν（t－15）＝0.535－0.00138（20－15）＝0.5281
　　由G＝0.99785Vρ20算得在空气中的重量分别为：309．290吨和 298．200吨
　　就是说，若果直接以液位计读数计算，则偏多 11.090T.
　　2）设液位计内的温度为 10℃，储罐内平均温度为 20℃，根据式一 3，则：
　　H＝1.026h＝1.026X7.0＝7.182（m）
　　由h和H查罐容表，得液体体积分别为：
　　586．928m3和 607．809m3
　　计算出的重量分别为：
　　309．290吨和 320300吨
　　就是说，如果用液位读数直接计算，则偏少 11． 010吨。
　　四、解决问题的办法
　　为了解决储罐玻璃液位计的读数误差问题，笔者认为有如下几个办法：
　　1．公式修正法。
　　按上述分析的方法，对液位计读数进行修正，该法实际上难以准确，因为导管内液体的平均温度难以测准。
　　2．选择读数时间。
　　改变读数时间的随意性，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，最好把读数时间选在气温比较温和、气温比较接近一天之中的平均温度或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，但该法对生产作业有一定影响，不够方便。
　　3．更换液位计内的液体。
　　在读数前，把液位计导管内的液化石油气换掉，可以1）把导管内的液化石油气放掉，换人罐内新的液体，但该法不安全；2）加一手摇泵，将导管内的液化石油气往回储罐内，再从罐内放人新的液化石油气，然后尽快读取液位数据。
　　4加装计量设备。
　　可考虑在储罐顶部增设防爆型雷达测深系统，该法在旧罐上改造较难。
　　五、结束语
　　玻璃板直读式液位计读数难以读准，球形储罐上的磁跟踪钢带液位计读数又如何？实际情况是，就所安装的国产钢带液位计而言，很大一部分是失效的，这是因为：首先，制造技术和安装质量上存在问题，钢带很容易被卡住；其次是其使用环境恶劣，在接卸液化石油气船时，特别是罐内液位很低时，高速进人储罐的液化石油气，在罐内剧烈翻腾，使钢带液位计系统的浮筒及其导向钢丝波动报大，有时会使磁吸头脱落，无法计量，有的甚至使导向钢丝脱钩，并相互纠缠在一起，从而彻底失去计量作用；再者，即使钢带液位计系统没有问题，但不同组成的液化石油气及不同的温度下，其密度亦不同，致使液体对浮筒的浮力不同，从而影响了液位的显示精度。
　　除液位计外，影响计量准确性的另一个因素是储罐内气液相的平均温度，由于测温棒伸入罐内的长度有限，故测得的内温有时并不能反映平均温度。
　　总之，相比之下，钢带液位计不如玻璃板直读式液位计可靠，而选取恰当的读数时间能有效地克服环境因素造成的影响。除液化石油气球罐外，其它储存轻质液体的储罐，当设玻璃板液位计时，其读数也应引起注意。