液化石油气定量自动装车系统计量误差分析西二联轻烃厂胡彪1解析.docx
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液化石油气定量自动装车系统计量误差分析西二联轻烃厂胡彪1解析
液化石油气定量自动装车系统计量误差分析
胡彪
摘要：
阐述液化石油气的理化特性和定量自动装车过程原理。
对同质量不同压力的槽车以及储罐不同压力不受外界温度影响情况下的定量自动装车量与发出车过磅量进行对比，整理分析误差变化规律。
通过槽车定量自动装车过程，确定造成定量自动装车计量误差的主要原因，提出了预防误差的措施。
关键词：
液化石油气；槽车；定量自动装车；计量误差
一、概述
欣达公司轻烃厂为了解决液化石油气灌装超载再卸出现亏损这一难题,采用定量自动装车系统，它能及时、全面地反映现场信息，又对现场装车的所有的批量控制器进行设置和发货的自动控制，完全能够满足轻烃厂销售的要求。
自动定量装车系统灌装过程进行程序控制、定量控制、流速控制、防溢连锁控制、防静电接地连锁控制，对定量准确稳定的自动装车系统有更高的需求，否则会带来很大的安全隐患及经济损失。
二、液化石油气的理化特性
液化石油气（LPG）是从油田伴生气中所得到的部分液化了的碳氢化合物，有丙烷（C3H8）、丁烷（C4H10）等。
LPG的主要成分是含3个、4个碳原子的碳氢化合物，在常温常压下为气态，当加压降温时易转变为液态。
LPG存在气体液化燃料的优点，在高压下液化，常温下气化；从气态转变为液态时，体积将缩小250～300倍。
LPG的蒸汽压比较高，并随着温度的升高而升高，易挥发。
LPG从压力容器泄漏时，将变为250～300倍的气体扩散。
LPG的膨胀系数约为水的16倍；因此向槽车、储罐或小钢瓶充装时要严格控制灌装量，以确保安全。
LPG的密度约为水的一半，在储运过程中，具有易挥发、膨胀系数大等特性。
三、定量自动装车过程原理
1、定量自动装车技术
定量自动装车技术是利用控制单元将阀门、流量计、泵、接地报警装置等设备集为一体，形成一套控制系统，实现自动定量装车功能。
在实际应用中，以这两种基本模式为基础，根据数据传递、阀门控制等的不同分为多种类型，例如流量测量单元与控制单元传寄数据，有的采用HART协议，有的采用RS485接口，还有的传输脉冲信号；与泵联动，将泵纳入控制系统中；还把控制阀门采用多段式控制阀，采用两位阀；流量计的选型也有多种选择，轻烃厂采用质量流量计。
2、定量自动装车过程原理
为确保液化气装车安全计量，液化气槽车采用了定量自动装车方式；原理为，液化气从罐内流出，经泵加压输送至装车鹤位，经控制阀调节开度其流量，质量流量计将计量流过的累计质量输入现场的定量装车控制器内，装车控制器根据预先输入的设定装车量，控制控制阀的开关，完成定量装车过程。
现场控制器内设定量、流量计的瞬时量以及已装入槽车的累计量。
流量计的显示数据、充装量、瞬时量、接地情况等状态上传至销售室，以及视频监控系统实现对现场定量自动装车过程的监控。
四、定量自动装车计量误差原因分析
在实际应用过程中，计量的准确性直接影响定量自动装车的安全，通过将定量自动装车系统中的装车量与过磅量对比，发现存在的计量误差超过了质量流量计精度所允许的误差。
1、装车量与发车过磅量对比
为了分析简便期间，消除不同型号槽车产生的误差，对设计容量为58.1m3，载重为24.4t的槽车的20车次误差统计数据进行了对比，结果见表1。
表1同温度不同压力定量自动装车系统装车量与过磅量对比结果
序号
载重（t）
储罐压力（MPa）
槽车压力（MPa）
定量装车计量（t）
过磅量（t）
偏差（t）
1
24.4
1.1
0.45
23.8
23.44
0.36
2
24.4
1.01
0.65
23.9
23.46
0.44
3
24.4
0.9
0.45
23.8
24.32
-0.52
4
24.4
1.023
0.5
23.1
23.46
-0.46
5
24.4
1.1
0.35
22.7
22.3
0.4
6
24.4
1.01
0.5
23.1
23.08
0.02
7
24.4
0.85
0.4
23
22.82
0.18
8
24.4
0.85
0.5
23.95
23.84
0.11
9
24.4
1.03
0.5
23.9
24.18
-0.28
10
24.4
1.01
0.5
23.9
23.5
0.4
11
24.4
0.96
0.6
22.9
22.36
0.54
12
24.4
0.9
0.8
23.2
22.92
0.28
13
24.4
0.95
0.4
23
22.52
0.48
14
24.4
0.95
0.8
23.9
23.26
0.64
15
24.4
0.97
0.6
21.9
21.56
0.34
16
24.4
0.85
0.4
23.1
23.42
-0.32
17
24.4
0.9
0.4
23.9
23.64
0.26
18
24.4
0.8
0.3
23.7
23.66
0.04
19
24.4
0.8
0.4
23.745
23.92
-0.175
20
24.4
0.95
0.4
23.8
24
-0.2
由表1可以看出，流量计的计量数大于过磅，流量计误差为正误差，其规律是，槽车余压和储罐压力的差值越小，误差越大；系统压力越高，计量误差越大。
2、定量自动装车过程分析
定量自动装车工艺流程见图1。
从图1可以看出，流量计计量的是进入槽车中的液相量，而槽车气相与储罐气相相连通，气相要保持平衡，可以形成槽车与罐之间气相流，而流量计没有计量气相量。
造成流量计数据与过磅数据差异是因为当槽车装车时，随着槽车液位的上升，槽车内的气相空间不断变小，压力上升，这时一部分气相沿着气相平衡管道进入了储罐内，从而造成了定量装车系统的误差。
3、气相平衡产生误差量的计算
对于槽车，有关规范规定余压不低于0.05MPa，根据实际情况统计，罐车余压一般在0.3～1.0MPa之间。
根据罐内余压与系统压力变化，计算气相平衡产生的误差。
当开始装车时，由于储罐压力高于槽车压力，储罐内气体会迅速进入槽车。
液体进入槽车也将有部分气化，槽车压力与储罐压力平衡时间极短（约1～2min），在该时间内，液体进入槽车气化的量极少。
忽略液体进入槽车气化的量，计算达到平衡前储罐内气相进入槽车的量和达到平衡后从槽车进入储罐的气相量。
（1）达到平衡前储罐内气相进入槽车的重量
设系统压力为P，槽车体积为V，槽车余压为P1，常温常压下1tLPG（气相）为300m3，达到动态平衡前从储罐进入槽车气相的质量M为：
M=P×V÷300-P1×V÷300
=（P-P1）V／300
（1）
（2）达到额定重量24.4t时槽车中液体的体积
设M1为装车重量，LPG液相密度ρ按0.5t／m3计算，则装入槽车的体积V1为：
V1=M1／ρ
=24.4／0.5
=48.8m3
对于充装24.4t的槽车，装车后气相空间将减少48.8m3。
（3）当槽车内液体达到装车要求（48.8m3）时，从槽车进入储罐气相的重量
设M2为从槽车进入储罐的气体重量，P为系统压力，V2为从槽车进入储罐气体的体积，常温常压下1tLPG气相为300m3，则：
M2=PV2／300
（2）
（4）气相平衡产生的误差量
设气相平衡产生误差量M3为从槽车进入储罐的气体重量减去从储罐进入槽车气相的质量，则
M3=M2-M
=PV2/300-（P-P1）V/300
=[PV2-（P-P1）V]/300（3）
式中M2---从槽车进入储罐的气体重量；
P---系统压力；
V2---从槽车进入储罐气体的体积；
V---槽车体积；
P1---槽车余压；
V1---装入槽车的液体量。
因为V2=V1=M/ρ=48.8m3，所以V=58.1m3
将表2的系统压力和槽车余压数据代入式（3）,计算结果见表2。
4、误差对比
计算误差与实际误差对比结果见表3。
从表2可以看出，计算误差和实际误差的差值很小，在-0.6578～0.5095之间。
表2计算误差结果
序号
系统压力（MPa）
密度（t／m3）
槽车余压（MPa）
槽车体积（m3）
充装体积（m3）
误差（t）
1
0.85
0.50
0.85
58.1
46.88
0.1328
2
0.89
0.51
0.9
58.1
46
0.138
3
0.85
0.50
0.85
58.1
48.64
0.1378
4
0.89
0.51
0.85
58.1
46
0.1287
5
0.93
0.50
0.9
58.1
44.6
0.1325
6
0.88
0.50
0.85
58.1
46.16
0.1296
7
0.85
0.50
0.85
58.1
45.64
0.1293
8
0.9
0.51
0.9
58.1
46.75
0.1403
9
0.9
0.51
0.9
58.1
47.41
0.1422
10
1
0.50
1
58.1
47
0.1567
11
0.93
0.51
0.9
58.1
43.84
0.1301
12
0.94
0.50
0.9
58.1
45.84
0.1359
13
0.91
0.50
0.9
58.1
45.04
0.1366
14
0.88
0.50
0.85
58.1
46.52
0.1305
15
0.8
0.50
0.8
58.1
43.12
0.1150
16
0.9
0.51
0.9
58.1
45.92
0.1378
17
0.75
0.51
0.75
58.1
46.35
0.1159
18
0.75
0.50
0.75
58.1
47.32
0.1183
19
0.8
0.50
0.8
58.1
47.82
0.1275
20
0.8
0.51
0.8
58.1
47.06
0.1255
表3实际误差与计算误差结果
序号
实际误差（t）
计算误差（t）
偏差（t）
1
0.36
0.1328
0.2272
2
0.44
0.138
0.302
3
-0.52
0.1378
-0.6578
4
-0.46
0.1287
-0.5887
5
0.4
0.1325
0.2675
6
0.02
0.1296
-0.1096
7
0.18
0.1293
0.0507
8
0.11
0.1403
-0.0303
9
-0.28
0.1422
-0.4222
10
0.4
0.1567
0.2433
11
0.54
0.1301
0.4099
12
0.28
0.1359
0.1441
13
0.48
0.1366
0.3434
14
0.64
0.1305
0.5095
15
0.34
0.1150
0.225
16
-0.32
0.1378
-0.4578
17
0.26
0.1159
0.1441
18
0.04
0.1183
-0.0783
19
-0.175
0.1275
-0.3025
20
-0.2
0.1255
-0.3255
五、定量自动装车系统误差预防措施
1、加装计量设备
在定量自动装车系统的鹤位气相管道加装气体流量计，定量自动装车系统的计量值为液体计量值与气体计量值之和，这样可以完全消除因气相平衡给定量自动装车系统造成的误差，但该方法需要新增流量计，投资较大。
2、采用公式修订法
为了减少定量自动装车系统的误差，同时又不新增设备，必须每次对流量计的设定值进行修正。
修订公式按式（3）计算气相平衡产生误差量。
装车前先根据式（3）计算出M3，若M3为正值，定量装车系统的设定值应是计划数加M3；若M3为负值，定量自动装车系统的设定值应是计划数减M3。
在实际定量自动装车过程中，采用公式修订法后，可以消除定量自动装车计量误差。
六、结语
在定量自动装车系统中影响计量准确性的因素很多，与流量计的测量原理、精度等级、制造质量有关，还与批控仪与流量计之间传输数据产生的误差、批控仪对阀门的控制不当有关，但气相产生的误差是主要原因。
在储运过程中，液化气装车安全计量是重要的安全保障，而气相平衡是必不可少的工艺要求。
因此，在定量自动装车系统中，气相对计量准确度的影响应该引起轻烃行业充装的高度重视。
参考文献
【1】《油气储运》，中国石油天然气股份有限公司，2009年。
【2】《自动定量装车系统方案》，2011年。
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