1前言

液化石油氣是一種非常重要的能源，具有非常廣泛的應(yīng)用范圍，為人們工作和生活的順利進(jìn)行提供了能源保障。由于其具有氣體的特殊性，當(dāng)前主要采用金屬球罐進(jìn)行存儲，而且在其存儲過程中球罐還要保持一定的壓力，這就給液化石油氣球罐的準(zhǔn)確計量帶來了不小的難度。為了維持球罐內(nèi)的壓力，球罐就要處于穩(wěn)定的密閉狀態(tài)，因此，傳統(tǒng)的人工檢尺和檢溫測量方式也就無法對球罐內(nèi)的液化石油氣儲量進(jìn)行準(zhǔn)確的測量，只能通過在金屬球罐上設(shè)置磁翻板液位計和溫度計進(jìn)行測量。但是在液位計實(shí)際的工作過程中，其會受到環(huán)境溫度的嚴(yán)重影響，這就會導(dǎo)致液位計內(nèi)液化氣的溫度與球罐內(nèi)液化氣的溫度之間存在較大的差距。因?yàn)橐后w的密度隨溫度的變化而變化，因此罐內(nèi)密度和液位計內(nèi)液化氣的密度不一樣，引起液位計實(shí)際測量值與罐內(nèi)液位有偏差，從而造成計量誤差，這就不利于對球罐內(nèi)的液化石油氣進(jìn)行科學(xué)合理的管理。因此，需要對液位計的計量誤差進(jìn)行科學(xué)合理的分析研究，進(jìn)而為合理制定改善措施提供資料支持，從而降低液化石油氣伺服液位計的計量誤差，提高其測量精度。

2伺服液位計與球罐液位計的工作原理

2.1伺服液位計的工作原理

伺服液位計是由接線端子部分、電子部分、磁鼓室、測量鋼絲以及浮子等部分組成。其中，浮子通過鋼絲與測量鼓進(jìn)行有效的連接，由于浮子的工作環(huán)境非常惡劣，為了確保連接的穩(wěn)定性，所采用的連接鋼絲要具有較高的強(qiáng)度和良好的柔性。當(dāng)球罐內(nèi)液化石油氣的液面保持不變時，浮子處于受力平衡的狀態(tài)而漂浮在液面上，也就是說浮子受到向上的拉力，即鋼絲內(nèi)的張力等于浮子重力減去其所受到的浮力。鋼絲內(nèi)的張力通過一定的杠桿滑輪組合進(jìn)一步傳遞到高精度的張力傳感器上，傳感器所測得的張力大小就被設(shè)定到伺服機(jī)構(gòu)的控制器中作為液面變化的參考。當(dāng)球罐內(nèi)的液化石油氣液面下降后，浮子所受到的浮力就會減小，隨之鋼絲上的張力就會增加，傳感器就能測得鋼絲中的張力變化。伺服液位計通過將所測得的鋼絲張力與液面靜止的設(shè)定值進(jìn)行比較，就能促使伺服馬達(dá)啟動并帶動測量鼓運(yùn)行，進(jìn)而能夠?qū)�鋼絲放下，浮子就會逐漸下降，直至其所受到的拉力等于伺服傳感器中的設(shè)定值。當(dāng)液位上升時，過程正好相反。

2.2球罐外設(shè)液位計的工作原理

由于液化石油氣在儲存過程中需要保持一定的壓力，所以儲存球罐需要保持密閉狀態(tài)，因此，伺服液位計只能設(shè)置在球罐外側(cè)。液位計中的浮球位于DN300的豎直不銹鋼管內(nèi)，并通過一根強(qiáng)度和柔性很高的鋼絲連接到測量裝置上。在液位計鋼筒的上下兩端有兩根DN50的不銹鋼管與球罐進(jìn)行有效的連通，這就構(gòu)成了一個連通器的結(jié)構(gòu)，進(jìn)而確保不銹鋼管內(nèi)的液位與球罐內(nèi)的液化石油氣液位始終保持相同。當(dāng)球罐內(nèi)的液化石油氣處于平衡狀態(tài)時，球罐內(nèi)的液位就和液位計內(nèi)的液化石油氣液位相同，這時伺服液位計測得的液位就是罐內(nèi)液化氣的液位，以此作為液化氣計量的依據(jù)。

3伺服液位計計量誤差分析

根據(jù)球罐形成的連通器原理可知，當(dāng)液位計內(nèi)的液化石油氣液位與球罐內(nèi)保持一致時，兩者所形成的壓強(qiáng)也相同。假設(shè)磁翻板液位計內(nèi)的液化石油氣密度為ρ1，液位高度為h1，液化石油氣在液位計內(nèi)形成的壓強(qiáng)P1=ρ1gh1，假設(shè)球罐內(nèi)的液化石油氣密度為ρ2，液位高度為h2，那么其在球罐內(nèi)所形成的壓強(qiáng)為P2=ρ2gh2。由于球罐和液位計構(gòu)成了連通器，那么其平衡公式為：ρ1gh1=ρ2gh2。當(dāng)ρ1和ρ2相同時，液位計內(nèi)的高度h1也就等于球罐內(nèi)的液體高度h2。但是在實(shí)際的測量過程中，液位計內(nèi)的液化石油氣密度與球罐內(nèi)的并不相同，存在一定的差異。由于球罐容積遠(yuǎn)大于液位計垂直管的容積，當(dāng)球罐內(nèi)儲存了較多的液化石油氣時，球罐內(nèi)的溫度變化遠(yuǎn)小于垂直管，并且球罐內(nèi)的液化石油氣體積還會隨著溫度的升高而發(fā)生一定程度的膨脹，進(jìn)而導(dǎo)致球罐內(nèi)的液化石油氣密度ρ1發(fā)生較大的變化，與垂直管內(nèi)的液化石油氣密度ρ1之間就出現(xiàn)較大的差距，反之當(dāng)環(huán)境溫度較低時，球罐內(nèi)的液化石油氣體積將會發(fā)生一定程度的縮小，這就會導(dǎo)致其密度升高。因此，當(dāng)垂直管與球罐中的液化石油氣在溫度上存在較大的差異，就會導(dǎo)致兩者的密度不同，則垂直管所測得的液位高度與球罐內(nèi)的液位高度不同。

在冬季環(huán)境氣溫較低時，液位計垂直管內(nèi)的液化石油氣體積較小，極易受到環(huán)境溫度的影響，而變得與環(huán)境溫度相同，因?yàn)榍蚬迌?nèi)的液化石油氣體積較大所受到的影響相對較小，其溫度會逐漸趨近環(huán)境溫度。一般情況下，冬季時期球罐液化石油氣的溫度要高于液位計垂直管內(nèi)的液化石油氣溫度，這就導(dǎo)致球罐內(nèi)的液化石油氣密度低于液位計垂直管內(nèi)的液化石油氣密度；而在環(huán)境溫度較高的夏季這種情況剛好相反，由于球罐內(nèi)液化石油氣的溫度要低于液位計垂直管內(nèi)的液化石油氣溫度，進(jìn)而導(dǎo)致球罐內(nèi)的液化石油氣密度高于磁翻板液位計垂直管內(nèi)的液化石油氣密度。根據(jù)球罐與液位計垂直管之間的連通器原理可以知道，當(dāng)環(huán)境溫度較低，液位計讀數(shù)就偏小，即h1＜h2；當(dāng)環(huán)境溫度較高時，液位計讀數(shù)就偏大，即h1＞h2。

4伺服液位計計量誤差的實(shí)例分析

球罐液位計的垂直管直徑一般小于10cm，而球罐的直徑一般為幾米，甚至十幾米，由于連通器中的垂直管和球罐尺寸差距懸殊，這就導(dǎo)致兩者在相同的溫度和光照環(huán)境中所發(fā)生的變化并不相同，進(jìn)而造成測量誤差的出現(xiàn)。由于球罐與液位計在材質(zhì)上幾乎相同，以此在熱傳導(dǎo)原理的作用下，受熱面積成為對液體溫度產(chǎn)生影響的主要因素，因此可以通過對二者液體產(chǎn)生的能量大小，對受熱面積進(jìn)行計算，即：

S管為液位計內(nèi)液化石油氣的管壁面積。對于容積為1000m3球罐而言，其直徑大約為12.3m，液位計垂直管直徑按照10cm計算，當(dāng)球罐內(nèi)存儲了一半容積的液化石油氣時，將數(shù)據(jù)帶入上式可得：

根據(jù)上面的計算可以看出，當(dāng)球罐內(nèi)的液化石油氣與液位計垂直管內(nèi)的液化石油氣在溫度上存在一定的差異時，兩者的受熱量之間就會存在500倍的巨大差距。通過對液化石油氣的密度進(jìn)行計算，在周圍環(huán)境的影響下，當(dāng)兩者之間的溫差為10℃時，對于容積為1000m3的球罐而言，所造成的體積誤差可達(dá)10t，這就給球罐的體積讀數(shù)造成嚴(yán)重的影響。

5結(jié)語

液化石油氣儲罐的伺服液位計計量誤差受到環(huán)境的嚴(yán)重影響。當(dāng)環(huán)境溫度較高時，液位計所測得的高度將大于球罐內(nèi)的液化石油氣高度，反之則低于球罐內(nèi)的液化石油氣高度，并且其計量誤差會隨著溫度的升高而增加。