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液化石油气储罐伺服液位计计量误差分析探究

作时间:2019-07-24 09:19:50   来源:中建安装工程全民彩开户  作者:胡 健
摘 要:随着我国社会经济的不断发展,对于能源的需求量越来越多,为了确保我国经济的可持续发展,就要保障充足的能源供应。液化石油气是一种非常重要的能源,在我国多个领域都得到了非常广泛的应用,但是在液化石油气的实际储存过程中,由于其自身的特殊性,往往存储于金属球罐中,这就导致传统的测量方式无法对球罐内液化石油气的储量进行准确的计量,只能将液位计和温度计设置在球罐表面,造成测量误差的出现。对伺服液位计与球罐液位计的工作原理进行了论述,在此基础上,进一步对伺服液位计的计量误差进行了深入的分析,并结合实际的测量实例对误差进行分析,进而明确了误差的形成原因。
1前言
液化石油气是一种非常重要的能源,具有非常广泛的应用范围,为人们工作和生活的顺利进行提供了能源保障。由于其具有气体的特殊性,当前主要采用金属球罐进行存储,而且在其存储过程中球罐还要保持一定的压力,这就给液化石油气球罐的准确计量带来了不小的难度。为了维持球罐内的压力,球罐就要处于稳定的密闭状态,因此,传统的人工检尺和检温测量方式也就无法对球罐内的液化石油气储量进行准确的测量,只能通过在金属球罐上设置磁翻板液位计和温度计进行测量。但是在液位计实际的工作过程中,其会受到环境温度的严重影响,这就会导致液位计内液化气的温度与球罐内液化气的温度之间存在较大的差距。因为液体的密度随温度的变化而变化,因此罐内密度和液位计内液化气的密度不一样,引起液位计实际测量值与罐内液位有偏差,从而造成计量误差,这就不利于对球罐内的液化石油气进行科学合理的管理。因此,需要对液位计的计量误差进行科学合理的分析研究,进而为合理制定改善措施提供资料支持,从而降低液化石油气伺服液位计的计量误差,提高其测量精度。
2伺服液位计与球罐液位计的工作原理
2.1伺服液位计的工作原理
伺服液位计是由接线端子部分、电子部分、磁鼓室、测量钢丝以及浮子等部分组成。其中,浮子通过钢丝与测量鼓进行有效的连接,由于浮子的工作环境非常恶劣,为了确保连接的稳定性,所采用的连接钢丝要具有较高的强度和良好的柔性。当球罐内液化石油气的液面保持不变时,浮子处于受力平衡的状态而漂浮在液面上,也就是说浮子受到向上的拉力,即钢丝内的张力等于浮子重力减去其所受到的浮力。钢丝内的张力通过一定的杠杆滑轮组合进一步传递到高精度的张力传感器上,传感器所测得的张力大小就被设定到伺服机构的控制器中作为液面变化的参考。当球罐内的液化石油气液面下降后,浮子所受到的浮力就会减小,随之钢丝上的张力就会增加,传感器就能测得钢丝中的张力变化。伺服液位计通过将所测得的钢丝张力与液面静止的设定值进行比较,就能促使伺服马达启动并带动测量鼓运行,进而能够将钢丝放下,浮子就会逐渐下降,直至其所受到的拉力等于伺服传感器中的设定值。当液位上升时,过程正好相反。
2.2球罐外设液位计的工作原理
由于液化石油气在储存过程中需要保持一定的压力,所以储存球罐需要保持密闭状态,因此,伺服液位计只能设置在球罐外侧。液位计中的浮球位于DN300的竖直不锈钢管内,并通过一根强度和柔性很高的钢丝连接到测量装置上。在液位计钢筒的上下两端有两根DN50的不锈钢管与球罐进行有效的连通,这就构成了一个连通器的结构,进而确保不锈钢管内的液位与球罐内的液化石油气液位始终保持相同。当球罐内的液化石油气处于平衡状态时,球罐内的液位就和液位计内的液化石油气液位相同,这时伺服液位计测得的液位就是罐内液化气的液位,以此作为液化气计量的依据。
3伺服液位计计量误差分析
根据球罐形成的连通器原理可知,当液位计内的液化石油气液位与球罐内保持一致时,两者所形成的压强也相同。假设磁翻板液位计内的液化石油气密度为ρ1,液位高度为h1,液化石油气在液位计内形成的压强P1=ρ1gh1,假设球罐内的液化石油气密度为ρ2,液位高度为h2,那么其在球罐内所形成的压强为P2=ρ2gh2。由于球罐和液位计构成了连通器,那么其平衡公式为:ρ1gh1=ρ2gh2。当ρ1和ρ2相同时,液位计内的高度h1也就等于球罐内的液体高度h2。但是在实际的测量过程中,液位计内的液化石油气密度与球罐内的并不相同,存在一定的差异。由于球罐容积远大于液位计垂直管的容积,当球罐内储存了较多的液化石油气时,球罐内的温度变化远小于垂直管,并且球罐内的液化石油气体积还会随着温度的升高而发生一定程度的膨胀,进而导致球罐内的液化石油气密度ρ1发生较大的变化,与垂直管内的液化石油气密度ρ1之间就出现较大的差距,反之当环境温度较低时,球罐内的液化石油气体积将会发生一定程度的缩小,这就会导致其密度升高。因此,当垂直管与球罐中的液化石油气在温度上存在较大的差异,就会导致两者的密度不同,则垂直管所测得的液位高度与球罐内的液位高度不同。
在冬季环境气温较低时,液位计垂直管内的液化石油气体积较小,极易受到环境温度的影响,而变得与环境温度相同,因为球罐内的液化石油气体积较大所受到的影响相对较小,其温度会逐渐趋近环境温度。一般情况下,冬季时期球罐液化石油气的温度要高于液位计垂直管内的液化石油气温度,这就导致球罐内的液化石油气密度低于液位计垂直管内的液化石油气密度;而在环境温度较高的夏季这种情况刚好相反,由于球罐内液化石油气的温度要低于液位计垂直管内的液化石油气温度,进而导致球罐内的液化石油气密度高于磁翻板液位计垂直管内的液化石油气密度。根据球罐与液位计垂直管之间的连通器原理可以知道,当环境温度较低,液位计读数就偏小,即h1<h2;当环境温度较高时,液位计读数就偏大,即h1>h2。
4伺服液位计计量误差的实例分析
球罐液位计的垂直管直径一般小于10cm,而球罐的直径一般为几米,甚至十几米,由于连通器中的垂直管和球罐尺寸差距悬殊,这就导致两者在相同的温度和光照环境中所发生的变化并不相同,进而造成测量误差的出现。由于球罐与液位计在材质上几乎相同,以此在热传导原理的作用下,受热面积成为对液体温度产生影响的主要因素,因此可以通过对二者液体产生的能量大小,对受热面积进行计算,即:
20190724091548.jpg
S管为液位计内液化石油气的管壁面积。对于容积为1000m3球罐而言,其直径大约为12.3m,液位计垂直管直径按照10cm计算,当球罐内存储了一半容积的液化石油气时,将数据带入上式可得:
20190724091604.jpg
根据上面的计算可以看出,当球罐内的液化石油气与液位计垂直管内的液化石油气在温度上存在一定的差异时,两者的受热量之间就会存在500倍的巨大差距。通过对液化石油气的密度进行计算,在周围环境的影响下,当两者之间的温差为10℃时,对于容积为1000m3的球罐而言,所造成的体积误差可达10t,这就给球罐的体积读数造成严重的影响。
5结语
液化石油气储罐的伺服液位计计量误差受到环境的严重影响。当环境温度较高时,液位计所测得的高度将大于球罐内的液化石油气高度,反之则低于球罐内的液化石油气高度,并且其计量误差会随着温度的升高而增加。
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