液化石油氣儲罐玻璃板液位計計量誤差初探論文
一、前言
近年來(lái)，我國液化石油氣市場(chǎng)發(fā)展很快，家用、商用和工業(yè)用氣量持續增加，大小液化石油氣儲配站場(chǎng)遍布各地，儲存罐的數量也就越來(lái)越多，單罐容積也有增大的趨勢。
眾所周知，計量工作對于一個(gè)企業(yè)是非常重要的，沒(méi)有正確的計量，談不上維護企業(yè)的利益、提高企業(yè)的信譽(yù)、搞好生產(chǎn)管理，還容易產(chǎn)生貿易摩擦，石油產(chǎn)品的貿易往往價(jià)高量大，計量工作尤顯重要。
二、問(wèn)題的提出
以船運液化石油氣碼頭交接貿易為例，其計量方法一般是用體積重量法，即首先測量計算得到液體體積，再換算成重量的方法，船上儲罐的液位測定普遍采用撥桿式液位計，也有直接在儀表艙讀數的，一般認為，操作規范時(shí)，拔桿式液位計讀數比較可靠，岸上接收庫的液化石油氣球罐，按規定其液位測定，除采用玻璃板式液位計外，還要設磁跟蹤鋼帶液位計，這兩種設備的讀數似乎都可靠。
不管是以船上或岸上的那一方計量為準，岸上接收罐的計量是必不可少的，不要以為船上拔桿式液位計可靠，計量準確，岸上接收罐的計量就不重要了，實(shí)際上船上讀數也會(huì )有問(wèn)題，如拉桿式液位計的拉放速度、停留的時(shí)間、風(fēng)浪的大小等都可能影響其讀數的準確性，船體陳舊時(shí)，由于已作過(guò)多次維修改造，其容積表的準確性也值得懷疑，其它一些人為因素也不是不可能。所以，作為收發(fā)計量也罷，盤(pán)點(diǎn)計量也罷，岸罐計量的準確性是客觀(guān)要求。
許多人對液化石油氣球罐上玻璃板直讀式液位計的液位讀數一直沒(méi)有懷疑。其實(shí)，其讀數直接用于計量時(shí)存在一定問(wèn)題。筆者幾年來(lái)在實(shí)踐中發(fā)現，用玻璃板液位計的讀數來(lái)計算，結果極不可靠，比如同一罐（ l,000米3）液化石油氣，不同時(shí)間讀取的數據，計算出的結果有時(shí)相差10噸以上，根本不可取。
三、問(wèn)題分析
如附頁(yè)圖一1所示，以1,000米3球罐（φ12米）為例，其玻璃液位計裝于球罐液位導管ABCD[DN 50]的豎直段BC上，該管上下分別與罐頂和罐底相通。
一般認為，導管內的液面和罐內液面處于同一水平面上，其實(shí)不一定，可能差別很大，進(jìn)人導管內的液體，如同進(jìn)人了死胡同，在某一平衡狀態(tài)下，導管水平段CD內的液體承受著(zhù)垂直段BC內液柱和儲罐內液柱對等的壓力，其作用有如一個(gè)活塞，阻隔著(zhù)經(jīng)直管內的液體流向儲罐內。
由于儲罐容積大，特別是在儲液很多時(shí)，儲罐實(shí)際上成了一個(gè)大“熱容”，在環(huán)境溫度高于罐內溫度時(shí)，儲罐吸熱，而在環(huán)境溫度低于儲罐內溫度時(shí)，儲罐放熱，也就是說(shuō)，儲罐內的溫度變化不如環(huán)境溫度變化大，罐內溫度變化比較溫和，而導管很�。―N50），其中的液體數量很少，導管壁完全暴露，故受環(huán)境影響很大，特別是導管處在陽(yáng)光直射位置時(shí)，其溫度變化更大。
我們知道，液體受熱會(huì )膨脹，其密度會(huì )變小，相反，液體受冷時(shí)其體積會(huì )縮小，密度會(huì )變大，就是說(shuō)，若果儲罐內液體的溫度和導管內液體的溫度不同時(shí)，則其密度也不同，特別是液化石油氣的膨脹系數比水的大得多，密度的差異就更大，不能忽略不計。這時(shí)，儲罐內液體和導管內液體的關(guān)系，如同“U”形壓差計的工作原理一樣，兩側液柱對“活塞”（水平段）的作用力相等。
假設儲罐內的液化石油氣為：
1．丙烷：異丁烷=50：50。
2．儲罐內平均溫度為T(mén)℃。
3．導管內液體的平均溫度為t℃。
4．儲罐內液位為H（m）
5．導管內液位為h（m）
根據烷烴液體的比重和溫度關(guān)系圖～ 2可知，丙烷和丁烷的比重在-20℃---＋ 50℃范圍內呈直線(xiàn)變化，而且兩直線(xiàn)大體平行。由圖--2（見(jiàn)附頁(yè)）可查得密度（這里，在數值上，比重和密度是相等的）如下：
15℃時(shí)：丙15=0.507 丁15 =0.563
40℃時(shí)：丙40 =0.468 丁40=0.533
則混合密度為：
m15=iVi=0.507×0.5+0.563×0.5=0.535
m40=0.468×0.5+0.533×0.5=0.5005
液體密度變化的溫度系數為：
ν=(m40-m15)/(40-15)=(0.5005-0.535)/25=-0.00138
某一溫度t℃時(shí)的密度為（亦可以直接查圖一2）
t=15+ν(t-15)
液位為h時(shí)，產(chǎn)生的壓強為：
P=P0+*g*h
任何平衡時(shí)刻，導管內液柱和儲罐內液柱對水平段所產(chǎn)生的壓強必定相等，則：
P0+*g*h=P0+γ*g*H
H=th/T=(15+ν(t-15))/(15+ν(T-15))*h=(1-ν(T-t)/(15+ν(T-15)))*h
1．當環(huán)境溫度高于儲罐內溫度時(shí)，設 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．當環(huán)境溫度低于儲罐內溫度時(shí)，設t＝10℃，T＝20℃
由式一1可得：
H＝（ l＋ 0.026） h＝ 1.026h（式一3）
以上分析說(shuō)明，液位計讀數和儲罐內實(shí)際液位是有差距的，而且溫差越大，則差距就越大，這樣，用液位計讀數h直接查儲罐容積表，計算出的重量結果必然不準確，而且罐的容積越大，誤差就越大，特別是液位剛好在儲罐赤道帶或附近時(shí)誤差大。
這就印證了筆者在實(shí)踐中發(fā)現的問(wèn)題：l）在岸上儲罐接收船載低于環(huán)境溫度的冷凍液化石油氣（＜10℃）時(shí)，計算的結果往往比船上結果偏多，但幾天后重新讀取數據重算時(shí)，結果可能又少了許多。2）同一罐液化石油氣，即使經(jīng)過(guò)長(cháng)時(shí)間的'停放，使其充分吸／放熱量，達到大體上和環(huán)境溫度平衡后，一天之中不同時(shí)間讀取的數據，計算得的結果也差別很大，都是因為液位計受環(huán)境影響大，而儲罐是一個(gè)大“熱容”，受環(huán)境影響小，從而產(chǎn)生溫差，導致密度和液位的不同。
以某1000m3球罐為例，其條件同上，不考慮氣相的影響，設液位計讀數 h＝7.0m
1）設液位計內液體溫度為 30℃，罐內液體平均溫度為 20℃，根據式一2，得罐內液位為：
H＝0.974h＝0.974X 7.0＝6.82（m）
由h和H查罐容表，得到液體的體積分別為：
586．928m3和 565．873m3
罐內混合密度為：
20＝15＋ν（t－15）＝0.535－0.00138（20－15）＝0.5281
由G＝0.99785V20算得在空氣中的重量分別為：309．290噸和 298．200噸
就是說(shuō)，若果直接以液位計讀數計算，則偏多 11.090T。
2）設液位計內的溫度為 10℃，儲罐內平均溫度為 20℃，根據式一 3，則：
H＝1.026h＝1.026X7.0＝7.182（m）
由h和H查罐容表，得液體體積分別為：
586．928m3和 607．809m3
計算出的重量分別為：
309．290噸和 320300噸
就是說(shuō)，如果用液位讀數直接計算，則偏少 11． 010噸。
四、解決問(wèn)題的辦法
為了解決儲罐玻璃液位計的讀數誤差問(wèn)題，筆者認為有如下幾個(gè)辦法：
1．公式修正法。
按上述分析的方法，對液位計讀數進(jìn)行修正，該法實(shí)際上難以準確，因為導管內液體的平均溫度難以測準。
2．選擇讀數時(shí)間。
改變讀數時(shí)間的隨意性，選好讀取時(shí)間，能在一定程度上克服環(huán)境因素對液位計讀數的影響，最好把讀數時(shí)間選在氣溫比較溫和、氣溫比較接近一天之中的平均溫度或接近儲罐內溫的時(shí)候，如夏天在日出之前讀數，冬天在早上9：00左右讀數，但該法對生產(chǎn)作業(yè)有一定影響，不夠方便。
3．更換液位計內的液體。
在讀數前，把液位計導管內的液化石油氣換掉，可以1）把導管內的液化石油氣放掉，換人罐內新的液體，但該法不安全；2）加一手搖泵，將導管內的液化石油氣往回儲罐內，再從罐內放人新的液化石油氣，然后盡快讀取液位數據。
4加裝計量設備。
可考慮在儲罐頂部增設防爆型雷達測深系統，該法在舊罐上改造較難。
五、結束語(yǔ)
玻璃板直讀式液位計讀數難以讀準，球形儲罐上的磁跟蹤鋼帶液位計讀數又如何？實(shí)際情況是，就所安裝的國產(chǎn)鋼帶液位計而言，很大一部分是失效的，這是因為：首先，制造技術(shù)和安裝質(zhì)量上存在問(wèn)題，鋼帶很容易被卡��；其次是其使用環(huán)境惡劣，在
接卸液化石油氣船時(shí)，特別是罐內液位很低時(shí)，高速進(jìn)人儲罐的液化石油氣，在罐內劇烈翻騰，使鋼帶液位計系統的浮筒及其導向鋼絲波動(dòng)報大，有時(shí)會(huì )使磁吸頭脫落，無(wú)法計量，有的甚至使導向鋼絲脫鉤，并相互糾纏在一起，從而徹底失去計量作用；再者，即使鋼帶液位計系統沒(méi)有問(wèn)題，但不同組成的液化石油氣及不同的溫度下，其密度亦不同，致使液體對浮筒的浮力不同，從而影響了液位的顯示精度。
除液位計外，影響計量準確性的另一個(gè)因素是儲罐內氣液相的平均溫度，由于測溫棒伸入罐內的長(cháng)度有限，故測得的內溫有時(shí)并不能反映平均溫度。
總之，相比之下，鋼帶液位計不如玻璃板直讀式液位計可靠，而選取恰當的讀數時(shí)間能有效地克服環(huán)境因素造成的影響。除液化石油氣球罐外，其它儲存輕質(zhì)液體的儲罐，當設玻璃板液位計時(shí)，其讀數也應引起注意。