CN108469286B - 一种浮顶式储槽液位测量中的自动密度补正方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种浮顶式储槽液位测量中的自动密度补正方法，针对带浮顶的储槽的结构特点，根据压力测量在液位上升过程中或液位下降过程中浮顶接触挡块的时候产生压力突变现象，通过计算突变发生的时刻压力测量值和压力的突变值进行液体密度计算和浮顶重力计算，实现储槽内液体密度的自动补正和浮顶重量影响的的自动补偿，从而给出储槽液位的补正后的计算公式。适应浮顶工作过程中因浮顶吸附物或结晶造成重量的变化，提高液位测量精度。尤其在介质密度波动大的情况下可以满足液位的准确测量的需求，提高了储槽的应用范围和适应性，从而提高了储槽的使用效率。

Description

一种浮顶式储槽液位测量中的自动密度补正方法

技术领域

本发明涉及热交换控制技术领域，特别涉及一种浮顶式储槽液位测量中的自动密度补正方法。

背景技术

在石化、化工和煤化工等等工业领域中经常有一些储槽内的液体是易挥发的，产生有毒的放散气到空气中，造成环境污染和浪费，一种有效的措施就是采用浮顶方式设计储槽。但是采浮顶方式的储槽存在液位测量的难题，主要是浮顶与储槽侧壁是密封的，采用其他方式测量液位非常困难，一旦破坏浮顶的密封会造成有毒气体的扩散影响环境。现在普遍采用压力法测量，由于浮顶的重量会因为吸附物或结晶造成重量无法准确给出，液位测量精度很差，尤其是在储槽液位低于挡块的时候，按照常规的计算方法液位测量存在本质误差，无法给出准确液位。另外储槽中液体密度波动，直接影响采用压力法进行液位测量的精度。采用压力法测量储槽液位需要消除浮顶的影响和密度波动的影响。

发明内容

为了解决背景技术中所述问题，针对带浮顶的储槽的结构特点，本发明提供一种浮顶式储槽液位测量中的自动密度补正方法，根据压力测量在液位上升过程中或液位下降过程中浮顶接触挡块的时候产生压力突变现象，通过计算突变发生的时刻压力测量值和压力的突变值进行液体密度计算和浮顶重力计算，实现储槽内液体密度的自动补正和浮顶重量影响的的自动补偿，从而给出储槽液位的补正后的计算公式。在控制系统中通过计算模型算法实现液位测量的介质密度动态补正和浮顶重量的动态补正。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种浮顶式储槽液位测量中的自动密度补正方法，所述的浮顶式储槽设有进料泵P1和出料泵P2，储槽底部设有压力测量仪表LT，储槽出口管路设有流量仪表FT，由控制系统采集压力、流量数据以及进料泵和出料泵的状态，对液体密度及液位进行补正计算。

所述的自动密度补正方法包括如下步骤：

步骤一、由控制系统进行数据采集，采集压力LT、流量FT数据以及进料泵P1和出料泵P2的状态；

步骤二、判断储槽液位是上升段还是下降段；

步骤三、记录储槽底部压力测量仪表LT的测量值P的变化曲线；

步骤四、捕捉压力P的突变过程，采用迭代模型方法实时计算d(P(t))/d(t)发生阶跃的起始点压力和结束点压力，计算压力突变值ΔP1和压力发生阶跃的下限值PL1；

步骤五、重复步骤二至四的过程得到多次的突变压力值ΔP1，ΔP2，ΔP3…ΔPn，同时可以得到压力发生阶跃的下限值PL1，PL2，PL3…PLn，其中：n为捕捉到的压力突变次数；

步骤六、计算ΔP的平均值P0和PL的平均值Pj：

步骤七、计算补正的密度：

步骤八、计算补正的液位：

所述的步骤二的判断储槽液位是上升段还是下降段的方法具体为：

当出料泵P2关闭、进料泵P1打开，出口流量F接近为零，则进入上升段测试，此时，如果储槽底部压力P为逐渐增大的状态，则判定为储槽液位是上升段。

当出料泵P2打开、进料泵P1关闭，出口流量F大于设定数值，则进入下降段测试，此时，如果储槽压力P为逐渐减小的状态，则判定为储槽液位是下降段段。

所述的步骤四具体为：

在装料过程中，当液位上升达到浮顶挡块处压力发生突然增加，是因为此时浮顶加在液面上造成的，可以得到压力的突变值ΔP1：

ΔP1＝abs(PH-PL)其中：PH为压力发生突变的结束点压力，PL为压力发生突变的起始点压力。

发生突变时刻对应的液位值就是挡块到液位测量接口处的距离H0，H0的值是由储槽结构决定的，针对每个储槽H0的值是已知的。

在放料过程中，当液位下降达到浮顶挡块处压力发生突然降低，是因为此时浮顶脱离液面造成的，可以得到压力的突变值ΔP2：

ΔP2＝abs(PH-PL)其中：PH为压力发生突变的始点压力，PL为压力发生突变的结束点压力。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明的一种浮顶式储槽液位测量中的自动密度补正方法，通过控制系统对储槽的槽底压力变送器测量数据采集，同时对进料泵和出料泵的工作状态及出口的流量状态进行在线监控，结合浮顶槽的浮顶挡块位置信息，在控制系统中通过计算模型算法实现液位测量的介质密度动态补正和浮顶重量的动态补正。

2、本发明的一种浮顶式储槽液位测量中的自动密度补正方法，针对带浮顶的储槽的结构特点，根据压力测量在液位上升过程中或液位下降过程中浮顶接触挡块的时候产生压力突变现象，通过计算突变发生的时刻压力测量值和压力的突变值进行液体密度计算和浮顶重力计算，实现储槽内液体密度的自动补正和浮顶重量影响的的自动补偿，从而给出储槽液位的补正后的计算公式。

3、本发明的一种浮顶式储槽液位测量中的自动密度补正方法，液位测量采用最经济的压力法测量，仪表投资最少，使用寿命最长。液位补正计算模型充分结合带浮顶储槽的结构特点，通过计算算法补正可以提高液位测量精度。

4、本发明的一种浮顶式储槽液位测量中的自动密度补正方法，可以通过对浮顶的重量的实时算法补正，适应浮顶工作过程中因浮顶吸附物或结晶造成重量的变化，提高液位测量精度。

5、本发明的一种浮顶式储槽液位测量中的自动密度补正方法，可以通过模型算法实时计算介质密度，使得压力法测量液位更加准确，尤其在介质密度波动大的情况下可以满足液位的准确测量的需求，提高了储槽的应用范围和适应性，从而提高了储槽的使用效率。

附图说明

图1为本发明的一种浮顶式储槽液位测量中的自动密度补正方法的应用实施例结构示意图；

图2为本发明的一种浮顶式储槽液位测量中的自动密度补正方法的储槽高度和压力测量变化曲线；

图3为本发明的一种浮顶式储槽液位测量中的自动密度补正方法的控制系统程序流程框图。

其中：1-储槽放散口 2-储槽 3-浮顶 4-浮顶挡块 5-压力变送器 6-流量变送器7-进料泵 8-出料泵 9-进料浮顶运动方向 10-放料浮顶运动方向。

具体实施方式

以下结合附图对本发明提供的具体实施方式进行详细说明。

一种浮顶式储槽液位测量中的自动密度补正方法，所述的浮顶式储槽设有进料泵P1和出料泵P2，储槽底部设有压力测量仪表LT，储槽出口管路设有流量仪表FT，由控制系统采集压力、流量数据以及进料泵和出料泵的状态，对液体密度及液位进行补正计算。

如图1所示，本发明的一种浮顶式储槽液位测量中的自动密度补正方法应用对象是工业领域广泛应用的带浮顶的储槽的液位测量，带浮顶的储槽的结构由储槽2、浮顶3、浮顶挡块4和下部液位测量接口构成，浮顶3与储槽2内壁是密封的，在储槽浮顶3上有放气装置1，当液位下降到挡块位置4时，浮顶3受到挡块4的阻挡停止运动，液位继续下降时，浮顶放气装置1打开。储槽2的下端有进料口和出料口，进料口连接进料管道，进料管道安装进料泵P1，出料口连接出料管道，出料管道安装出料泵P2和流量仪表FT，流量仪表作为可选项，如果选择不用流量计时，需要在算法中做启动计算条件处理。在储槽下部设有液位测量接口，安装压力变送器LT进行压力测量。

所有的测量数据包括进料泵P1的工作状态，出料泵P2的工作状态，液位测量接口的压力变送器值P和出口流量仪表值F均通过远传送至控制系统(PLC或DCS)。

本发明的自动密度补正方法包括如下步骤：

步骤一、由控制系统进行数据采集，采集压力LT、流量FT数据以及进料泵P1和出料泵P2的状态；

步骤二、判断储槽液位是上升段还是下降段；判断方法如下：

1、当出料泵P2关闭、进料泵P1打开，出口流量F接近为零，则进入上升段测试，此时，如果储槽底部压力P为逐渐增大的状态，则判定为储槽液位是上升段。

2、当出料泵P2打开、进料泵P1关闭，出口流量F大于设定数值，则进入下降段测试，此时，如果储槽压力P为逐渐减小的状态，则判定为储槽液位是下降段段。

步骤三、记录储槽底部压力测量仪表LT的测量值P的变化曲线；

如图2所示，图中的曲线给出了浮顶储槽液位测量的变化曲线。其中横坐标为时间(t)，纵坐标分别为液位(H)和液位测量用压力(P)。图中分别给出了储槽在装料时和放料时的液位曲线和压力曲线，可以明显看出液位曲线是平稳变化的，而压力曲线在t1和t2时刻发生突变。曲线中示意一次完整的储槽上料过程和放料过程。

步骤四、捕捉压力P的突变过程，采用迭代模型方法实时计算d(P(t))/d(t)发生阶跃的起始点压力和结束点压力(PH和PL)，计算压力突变值ΔP1和压力发生阶跃的下限值PL1；

通过图2的曲线分析可以获得如下信息：

1、在装料过程中，当液位上升达到浮顶挡块处压力发生突然增加，是因为此时浮顶加在液面上造成的，可以得到压力的突变值ΔP1：

ΔP1＝abs(PH-PL)其中：PH为压力发生突变的结束点压力，PL为压力发生突变的起始点压力。

发生突变时刻对应的液位值就是挡块到液位测量接口处的距离H0，如图1所示，H0的值是由储槽结构决定的，针对每个储槽H0的值是已知的。

2、在放料过程中，当液位下降达到浮顶挡块处压力发生突然降低，是因为此时浮顶脱离液面造成的，可以得到压力的突变值ΔP2：

ΔP2＝abs(PH-PL)其中：PH为压力发生突变的始点压力，PL为压力发生突变的结束点压力。

步骤五、重复步骤二至四的过程得到多次的突变压力值ΔP1，ΔP2，ΔP3…ΔPn，同时可以得到压力发生阶跃的下限值PL1，PL2，PL3…PLn，其中：n为捕捉到的压力突变次数；

储槽在实际的工业应用中就是不断的进行装料和放料操作，控制系统通过实时数据采集根据压力变化曲线实时计算捕捉压力突变过程，采用迭代模型方法实时计算d(P(t))/d(t)发生阶跃的PH和PL，进一步得到多次的突变压力值ΔP1，ΔP2，ΔP3…ΔPn，同时可以得到压力发生阶跃的下限值PL1，PL2，PL3…PLn，其中：n为捕捉到的压力突变次数。

步骤六、计算ΔP的平均值P0和PL的平均值Pj：

步骤七、计算补正的密度：

步骤八、计算补正的液位：

具体的程序实现：

如图3所示，图中给出了控制系统的控制实现框图，程序在DCS系统或PLC系统通过编程实现。

本发明将测量数据实时采集到控制系统中，根据附图3的控制系统程序编程实现自动计算储槽的浮顶的重量和液体的实际密度值，计算中捕捉液位上升时和下降时浮顶在挡块处的压力测量数据的突变发生的时刻对应的压力变化值，通过模型计算得到浮顶的重量和液体的实际密度值。

本发明采用补正模型计算实行精准的液位测量，当液位每经过挡块处就可以采用模型计算出一次补偿的浮顶重量补偿值和液体密度的密度补偿值，重复多次上述过程，得到多组补偿值，对补偿值进行加权平均得到最终的用于液位计算的补偿值，根据分段计算模型计算出精准的液位值。

本发明计算出的精准液位值，可以消除浮顶的重力变化的影响，比如工作时间长了，一些油污物或结晶粘附在浮顶上造成浮顶重量的变化。另外还可以消除液体密度变化的影响，比如储槽更换液体品种，密度发生变化，还有液体本身可能是混合物，在生产过程中存在密度的波动。

以上实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于上述的实施例。上述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法。

Claims (2)

1.一种浮顶式储槽液位测量中的自动密度补正方法，所述的浮顶式储槽设有进料泵P1和出料泵P2，储槽底部设有压力测量仪表LT，储槽出口管路设有流量仪表FT，由控制系统采集压力、流量数据以及进料泵和出料泵的状态，对液体密度及液位进行补正计算；

所述的自动密度补正方法包括如下步骤：

步骤一、由控制系统进行数据采集，采集压力LT、流量FT数据以及进料泵P1和出料泵P2的状态；

步骤二、判断储槽液位是上升段还是下降段；

步骤三、记录储槽底部压力测量仪表LT的测量值P的变化曲线；

步骤四、捕捉压力P的突变过程，采用迭代模型方法实时计算d(P(t))/d(t)发生阶跃的起始点压力和结束点压力，计算压力突变值ΔP1和压力发生阶跃的下限值PL1；

在装料过程中，当液位上升达到浮顶挡块处压力发生突然增加，是因为此时浮顶加在液面上造成的，可以得到压力的突变值ΔP1：

ΔP1＝abs(PH-PL)其中：PH为压力发生突变的结束点压力，PL为压力发生突变的起始点压力；

发生突变时刻对应的液位值就是挡块到液位测量接口处的距离H0，H0的值是由储槽结构决定的，针对每个储槽H0的值是已知的；

在放料过程中，当液位下降达到浮顶挡块处压力发生突然降低，是因为此时浮顶脱离液面造成的，可以得到压力的突变值ΔP2：

ΔP2＝abs(PH-PL)其中：PH为压力发生突变的始点压力，PL为压力发生突变的结束点压力；

步骤五、重复步骤二至四的过程得到多次的突变压力值ΔP1，ΔP2，ΔP3…ΔPn，同时可以得到压力发生阶跃的下限值PL1，PL2，PL3…PLn，其中：n为捕捉到的压力突变次数；

步骤六、计算ΔP的平均值P0和PL的平均值Pj：

步骤七、计算补正的密度：

步骤八、计算补正的液位：

2.根据权利要求1所述的一种浮顶式储槽液位测量中的自动密度补正方法，其特征在于，所述的步骤二的判断储槽液位是上升段还是下降段的方法具体为：

当出料泵P2关闭、进料泵P1打开，出口流量F接近为零，则进入上升段测试，此时，如果储槽底部压力P为逐渐增大的状态，则判定为储槽液位是上升段；

当出料泵P2打开、进料泵P1关闭，出口流量F大于设定数值，则进入下降段测试，此时，如果储槽压力P为逐渐减小的状态，则判定为储槽液位是下降段。

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