高精度原油储罐液位计研究

　　1　引言

　　在我国油田自动化技术的发展中,原油储罐的动态检测问题一直未得到解决。所谓油罐的动态检测是指在原油集输工艺生产中,对储油罐中储油面、油水界面、油重及油密度等参数的测量,根据原油集输的计量要求,将来油、输油、耗油和油罐中的储油量的测量数据用于经济核算以保证罐区以及相关生产装置的平稳运行。

　　目前,国内外用于油罐面的测量方法主要有手工检尺、钢带浮子式、伺服式液位计、雷达式液位计、HTG系统及成串电容式物位测量系统及WCM型磁致伸缩液位变送器等[1]。目前,高精度液位测量系统在全世界应用较为普遍的是美国罗斯蒙特公司HTG系统,该系统的核心部件是高精度智能压力变送器,这种传感器其内置的存储器存有多条温度补偿曲线,以克服HTG系统中变送器因温度变化带来的误差,精度可达0.5%FS以下[1];HTG系统价格昂贵一直很难为国内大多数企业所接受。

　　2　设计原理

　　2·1　数字式电容液位计原理

　　变介电常数电容式液位传感器,稳定性好,精度高,但单级电容在测量较高的液位时,易出现多值和测量精度低等问题;采用数字式电容液位计,可以方便地实现油水界面的测量;利用时分巡检技术采集信息,其液位测量精度可达毫米量级[2]。单级电容液位计的结构如图1示。

　　对于液位测量,以结构上考虑,采用圆柱形电容为宜。该传感器内外电极全部绝缘,因为油水分界面下的水为导电介质,内电极绝缘采用玻璃管烧结封装,外电极镀一层薄的绝缘层。

　　由电容的计算公式可得其总电容为:

式中:ε0为空气的介电常数;ε1为液体的介电常数;ε2为绝缘层的介电常数;L为电极的有效长度;H为浸入液面下的电极长度;d为内电极的外直径;D1为内电极绝缘漆的外径;D2为外电极绝缘漆的内径;D3为外电极的内径;C0为寄生电容。

　　数字式电容液位计结构如图2所示[2]。该设计的外极筒为一个整体,内极筒可设为n节,对原油储罐n可设为10节,节间距为Δ,每节高为H,每节彼此绝缘。Hx为总液位高,Hy为油水界面高度,每节彼此绝缘。

　　若油水界面在第i节,即第i节电容器充满者沉脱水和混油,示意图如图3示。

　　2·2　等值基准电容法精度校正原理

　　环境温度、极板腐蚀和原油粘结等因素对电容值的影响很大,室温与65℃温度下测出的电容值约改变10%[3]。等值基准电容法[3],即在同一基板上制作两个结构、尺寸完全相同的电容器,如图5示。