CN111693114A - 大型储油罐液位仪 - Google Patents

Abstract

本发明大型储油罐液位仪，能实时测量显示储油罐内的液位、储油罐底部存水高度及不同高度油层油品温度，也适用于类似容器的液位测量；该液位仪主要由定滑轮，毫米刻度盘，米刻度盘，重锤，外管，套管，直读式油水界面计，电子眼，浮筒，温度传感器，导索，钢带，标志线，外壳及视窗组成，该液位仪测量精度高，测量数据稳定可靠，防爆性能好，结构简单，安装方便，使用寿命长；储油罐液位直接由毫米刻度盘和米刻度盘组合现场显示。还可将现场显示的液位通过电子眼与储油罐底部存水高度及不同高度油层油品温度经电缆传送到控制室显示，然后经图像识别处理后，在计算机上实时计算出储油罐内储油量，为现实储油罐罐区自动化管理提供准确可靠数据。

Description

大型储油罐液位仪

技术领域

本发明涉及一种液位测量，该液位仪专门用于测量并显示大型储油罐及类似容器的液位、液体温度及储罐底部不同液体间的界面高度。

背景技术

大型储油罐油品进出结束后，要准确计算进出油品的质量，现场主要获取的参数：储油罐的液位、储油罐底部存水高度、油品温度及其密度(油品的标准密度通常在进罐前有第三方提供的油品化验报告可知或油品入罐后油库自行取样测量)；获取储油罐的液位及其它参数，目前主要采用传统浮筒钢带、磁致伸缩、雷达及伺服液位仪；传统的浮筒钢带液位仪，由于滑轮多、盘弹机构及机械计数器的摩擦阻力大，测量可靠性差，精度低；磁致伸缩液位仪因被测液体温度和密度变化带来一定的测量误差，量程过高不易安装，且浮子易被导管卡住；雷达液位仪测量储油罐底部油水界面困难，出现故障难处理，使用受限；伺服液位仪使用专用部件，结构复杂，液位测量信息经转换，放大，调整等多个环节方可显示测量值，，其测量值的可靠性和精度受到不同程度影响。适用范围受到限制，投资成本也高。

采用人工检尺方式测量，其测量的精度受环境，条件和操作人员操作技能等诸多因素影响，恶劣气候时还危及测量人员安全，且不能做到实时测量。

发明内容

本发明液位仪是在储油罐罐顶一侧上方固定安装一定滑轮，定滑轮外圆上等弧长嵌入数个凸出球头圆柱销，与之接触的钢带，沿纵轴方向打孔，两相邻孔距与定滑轮外圆上两相邻圆柱销弧长相等，其孔径与圆柱销外径一样，定滑轮右侧钢带与储油罐内浮筒上部连接，左侧钢带与储油罐内套管中的重锤上部连接，重锤重量大于钢带重量，浮筒沿着导索随着储油罐内液位升降而上下移动，在重锤和浮筒的作用下，钢带驱动定滑轮逆或顺时针旋转，定滑轮在钢带上作纯滚动，安装在定滑轮上的毫米刻度盘与定滑轮同角度同方向旋转，毫米刻度盘外圆旋转过的弧长与定滑轮外圆旋转过弧长相等，钢带上下移动量与储油罐内液位升降量一样(设定钢带作用在浮筒上向上的拉力始终不变)，则毫米刻度盘上的刻度变化量与储油罐内液位高度变化值相同，米刻度盘是经定滑轮定比减速旋转的，当储油罐内液位高度变化值超过千毫米，米刻度盘示出储油罐内液位高度米的累计值。

导管底部一侧安装直读式油水界面计，高度视需求而定，可显示储油罐底部油水界面及其高度；导管中插入一套管，套管底部内侧纵轴方向安装多个电子眼，数量视需要而定，精准摄取直读式油水界面计上显示的油水界面及其高度并经电缆传送到罐顶；在套管外侧纵轴方向安装多个温度传感器，按有关规定和要求自下而上按高度均匀布设且编号，测量不同高度油层的油品温度，其测量数据经电缆传送到罐顶；套管可随时从导管中拔出维护。

储油罐液位升降过程中，钢带不断向定滑轮左右两侧转移，由于钢带具有一定自重，钢带作用在浮筒上向上的拉力也有所变化，虽然该变化量对液位测量产生的误差可控制在万分之几以内；但由于该误差是线性的(钢带单位长度的质量始终是个常量)，又可以用修正值完全消除因钢带作用在浮筒上向上拉力的变化产生的液位测量误差。

钢带沿纵轴方向打孔，每相邻两孔间的间距是相等的；钢带还具有量油尺的属性，按照有关法定和规定使用前进行初期检定，使用中按周期检定或校准，使钢带的长度示值误差满足有关规定要求或通过修正值消除其示值误差，保证液位仪的测量精度。

由于浮筒钢带液位仪的测量原理及其结构，决定了浮筒处油品密度变化会使浮筒浸没油面深度也随之变化，这一不可避免的客观现象，导致液位仪的测量误差增大；液位仪采用软件和硬件相结合的办法将其测量误差得到了有效控制，甚至消除；硬件：在液位仪套管外侧纵轴方向安装多个温度传感器，自下而上按高度均匀布设且编号，实时测量不同高度油层油品温度，那么总有某一编号温度传感器距浮筒最近且在液面以下，该编号温度传感器显示的油品温度就是浮筒处油层的油品温度；经已知油品的标准密度，查有关石油产品温密表，获取浮筒处油层的油品密度ρ_t；软件：通过公式Δh＝k(1/ρ_t-1/ρ₀)计算出修正值Δh(ρ₀是根据储油罐储存油品的种类而选定的特定值，k是浮筒系数)，当ρ_t＞ρ₀修正值Δh为负值，当P_t＜ρ₀修正值Δh为正值，通过修正值消除因浮筒处油品密度变化对液位测量产生的误差。

上述公式导出：设：Δh-修正值，t-浮筒处油品温度，ρ_t-浮筒处t温度油品密度，ht-浮筒ρ_t时浸没油面的深度，ρ₀-修正值Δh为零时浮筒处油品密度，h0-浮筒在ρ₀时浸没油面的深度，F_G-浮筒自重，F-浮筒浮力，F_f-钢带对浮向上拉力，S-浮筒水平截面积，k-浮筒系数，浮筒平衡时有公式：F＝F_G-F_f，浮筒浮力：F＝ht×ρ_t×S，则有：ht×ρ_t×S＝F_G-F_f，当ρ_t＝ρ₀，h0×ρ₀×S＝F_G-F_f，修正值Δh＝ht-h0＝(F_G-F_f)×(1/ρ_t-1/ρ₀)/S，令浮筒系数k＝(F_G-F_f)/S，则有Δh＝k(1/ρ_t-1/ρ₀)。

液位仪测量过程中，系统的摩擦阻力主要有两个方面，浮筒导耳与导索间的摩擦力和定滑轮轴承及定比减速器摩擦力矩；浮筒导耳与导索之间是点接触，上下相对移动中其接触点上无正压力，则浮筒导耳与导索间的摩擦力可忽略不计；定滑轮轴承选择单列深沟球轴承，定比减速器采用钟表分时传动模式，使系统的摩擦阻力力矩更小，合理设计浮筒的截面积，油品液位每毫米变化对浮筒所产生的浮力，经钢带驱动定滑轮，在定滑轮上产生的旋转力矩可大于大于定滑轮轴承和定比减速器两项之合的静摩擦阻力力矩。保证液位仪的测量灵敏度小于毫米。

液位仪罐顶以上部分由定制水密外壳封装，将定滑轮、毫米刻度盘、米刻度盘及钢带等零部件与外界隔离，使液位仪的测量过程及其测量精度不受外部环境、气候的影响；液位仪液位测量值由视窗上设置的标志线所对应的毫米刻度盘和米刻度盘的数值组合显示。

该液位仪能实时测量显示储油罐的液位，储油罐底部存水高度及不同油层的油温；测量精度高，测量数据稳定可靠，防爆性能好，结构简单，安装方便，使用寿命长；液位显示的分辨率小于等于毫米，系统灵敏度小于毫米；该液位仪各项性能、指标较好，还解决了储油罐液位采用人工检尺测量，因环境，条件和操作人员操作技能等诸多因素影响测量精度，恶劣气候不能及时测量的难题。

还可将现场显示的储油罐液位通过电子眼与储油罐底部的存水高度和不同油层的油品温度经电缆传送到控制室显示，然后经图像识别处理后，在计算机上实时计算出储油罐内储油量，为现实储油罐罐区自动化管理提供准确可靠数据。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

附图1为液位仪液位测量结构示意图。

附图2为液位仪液位显示示意图。

附图中，定滑轮1，毫米刻度盘2，米刻度盘3，重锤4，导管5，套管6，直读式油水界面计7，电子眼8，浮筒9，温度传感器10，导索11，钢带12，标志线13，外壳14，视窗15。

具体实施方式

下面借助附图，描述液位仪的工作过程：

储油罐液位处于工作容积最低位或及其以上任一液位时，浮筒9在油品的浮力、钢带12向上拉力和自身重力的作用下平衡，处于静态，此时按有关规定和要求用人工检尺对毫米刻度盘2，米刻度盘3及直读式油水界面计7相对储油罐液位零位校零(也可在安装时，以储油罐测量孔下方测量底板为基准，直接对直读式油水界面计7校零，模拟对毫米刻度盘2，米刻度盘3校零)。

当储油罐进油液位上升时，浮筒9受油品浮力的扰动，原平衡被打破，浮筒9沿导索11随液位向上移动，钢带12在重锤4的作用下向定滑轮1左侧转移，带动定滑轮1和毫米刻盘度盘2逆时针同步旋转，毫米刻盘度盘2显示液位毫米变化量，当储油罐液位高度变化量超过千毫米，米刻度盘3显示液位高度变化米的累计值；储油罐进油结束后，浮筒9又在油品的浮力、钢带12向上拉力和自身重力的作用下平衡，恢复静态，液位测量值由视窗15上设置的标志线13所对应的毫米刻度盘和米刻度盘的数值组合显示，不同油层的油温及储油罐底部存水高度由温度传感器10和电子眼8摄取输出至罐顶。反之，亦然。

Claims (3)

1.大型储油罐液位仪，其特佂在于，在储油罐罐顶一侧的上方固定安装一定滑轮(1)，钢带(12)一端与定滑轮(1)左侧、套管(6)中的重锤(4)上部连接，另一端绕经定滑轮(1)上半部，与定滑轮(1)右侧、浮筒(9)上部连接，浮筒(9)沿导索(11)上下移动，其下部与储油罐液面接触；重锤(4)重量大于钢带(12)重量；显示储油罐液位毫米变化量的毫米刻度盘(2)与定滑轮(1)同角度同方向旋转，米变化量的米刻度盘(3)与定滑轮(1)按定比减速旋转。

2.根据权利要求1所述的大型储油罐液位仪，其特征在于，外管(5)底部一侧安装直读式油水界面计(7)，显示储油罐底部油水界面及其高度。

3.根据权利要求1所述的大型储油罐液位仪，其特征在于，在套管(6)底部内侧纵轴方向安装多个电子眼(8)和在其外侧纵轴方向安装多个温度传感器(10)，分别获取直读式油水界面计(7)中油水界面高度和不同高度油层油品温度。

Images