陈相国

泰安市普瑞特信息科技有限公司是普瑞特机械制造股份有限公司的全资子公司，基于对液态食品工业近20 年的专业知识和经验，联合全球最优秀的计量器件生产和控制系统厂家，结合当今最先进的技术及控制方法开发，推出了基于数据流的先进智能储罐计量管理系统一体化解决方案。

该系统方案可提供储罐区物料的整个流程及生产周期的监管和控制（包含常规罐区酒体接收作业、储存作业、周转作业、发送作业、储运全过程等子流程），物料主要为酒精（也可扩展为食品油、果汁、乳制品等）。系统基于数据整合为核心，将自动控制和分项业务管理功能整合，是一个集成化、模块化、开放式可扩展的解决方案，最终为罐区安全稳定运行、优化管理、降低生产成本和利润最大化提供保证。

一、储罐静态计量系统：

储罐计量是对大型储罐内液态物料的静态储量进行计量的过程。通过存量测定，即测定储罐内物料的存量，或输转计量，即作为生产链数据或贸易结算依据。主要采用基于体积和基于质量的两种计量方法。

基于体积计量的系统中，物料存量测量经由液位和温度的测量实现。在基于质量的储罐计量系统中，存量测量通过对液体的液柱静压的测量取得。

储罐计量系统中无论采取何种计量方式，测量的可靠性和精确性都是首要目标。同时在系统中也要着重考虑系统的安全性、精确性、重复性、可靠性、有效性和兼容性，系统的独立运行能力、扩展能力，以及运维的便捷性。在满足上述的主要目标后系统应具有很好的设备实施和投资的性价比。

普瑞特公司储罐计量系统可以监控库存，能让用户即时了解储存物料的准确数量。系统可以精确测量物料载具、站点和管道输送系统之间的批次和交接量。系统可用于日常运作；物料移动、调度和混合方案之中。准确追踪泄漏并防止溢出，从而降低由于损耗造成的环境污染和财务损失。

通常的储罐管理系统中，作为子系统的的储罐计量系统的应用场景基本涵盖储罐管理系统的所有储罐作业任务：库存管理、输转计量（收料及发料）、物料的转移和操作（倒罐或配料）、损耗控制和平衡。

储罐的计量物理参数主要有：液位（物料高度）、密度（标准密度或观察密度）、物料温度、体积和质量。传统的储罐测量系统主要使用自动液位计法（ATG）、静压法（HTG）和混合法（HTMS）对储罐的物理参数进行测控。

（一）自动液位计法（ATG）

液位计法通过安装在罐上的液位计测量罐内液体的液位，见图1。根据所安装液位计的种类不同，液位计的测量方法有两种：一种是测量空高，如雷达液位计，液位高度是通过用液位计的安装高度减去所测得的空高得到。另一种是直接测量液位高度，如使用钢带浮子液位计等。

图1

液位计法由于只能得到罐内物料液位，所以罐内物料的其他参数只能通过人工测量或计算得出。如密度需通过人工测量得到，物料重量则需通过下式计算得到：

M=V ×ρ

如考虑到空气浮力则为：M=V ×（ρ20-0.0011 ）

其中， M 为物料重量； V 为物料标准体积，可以通过液位查表换算得到；ρ 为物料标准密度。 由于人工测量密度误差较大，且只能得到某些层面的密度值，不能得到准确的平均密度，因而计算出来的重量的误差也较大。 其误差取决于人工取样测得的密度是否为整个罐的平均密度及罐表的误差。

液位计法是以测量储罐内液位为主。它对罐内物料的质量计量是间接的，因此质量计量的精度一般是偏低的。

（二）静压式储罐计量（HTG）

图2

静压法的测量原理是通过安装在储罐底部压力传感器P1 测量罐内液体的压强。再根据罐体的截面积的大小即可计算出罐内物料的重量。P2 是安装于P1 之上的一个压力传感器，其主要作用是测量密度。P3 是装罐顶部的压力传感器，其主要作用是测量罐内蒸汽的压力。其各参数的计算方法如下：

其中， M 为物料重； A 为罐平均截面积； H 为液位； ρ为物料真实密度； P1 为罐底部压力；P2 为罐上部压力；P3 为罐顶部压力。H1 为 P1安装高度；H 2 为 P2安装高度。由上面的公式可以看出所有这些参数的取得均是由传感器测量得到或系统 安装后为常数的值，没有人工测量，因而也减少了人工测量产生的误差。静压法的详细计算公式见“中华人民共和国国家计量检定规程”；“ JJG759 - 97静压法储罐计量装置”。

静压式储罐计量（HTG）的优点在架构简单成本低廉，它仅用压力变送器测量静压就可以获得一个固定距离间的物料密度和罐内蒸汽压力。因此，这是一种低成本的质量计量方案，具有如下优点：

物料质量计量精度高。这是因为物料质量是直接由底部压力传感器测量得到的。它与密度、温度等参数的变化均无关系，所以不受这些参数误差的影响。

架构简单施工容易。成本较低。

静压法由于没有可动部件因而可靠性较高。

但是它具有严重的缺点：

液位和体积的测量不准确，特别是在发生密度分层时；由于液位是用密度ρ 反推得出，ρ 又略大于罐内液体的平均密度，所以测量液位会略低于真实的液位。

在使用中压力变送器往往不能直接安装至罐底，因此系统需要估算测量死角的数据；

在使用过程中很难验证、维护和标定。

由于白酒储罐基本都配置有阻火呼吸阀，会对过程测量造成较大偏差。

（三）混合式储罐测量系统（HTMS）

混合法HTMS 是液位计法与静压法的一种结合。它结合了两种方法的优点，见图3。混合法的测量原理是通过罐上安装的液位计直接测量得到罐内液体的真实液位H。通过安装在底部的压力传感器测量得出液体压强，并由图中公式得出罐内液体的质量：它是液位和静压测量的结合。综合压力和液位测量，从而获得整个液位高度内介质的真实平均密度。

图3

其中，M 为物料重量；ρ 为罐内液体平均密度；P1为罐底部压力；P3 为罐顶部压力（浮顶罐 P3=0）；H1 为P1 安装高度；A 为罐的有效截面积；H 为液位高度。由混合法的测量原理和各参数的计算可以看出，此种方法对液位质量、密度的测量精度都较高。因而混合法是一种较理想的计量方法。

混合法另一最大优点是它可以测量出储罐所有已知的参数。如采用高级混合法设计方案，可以在计算机上自动地得到诸如液位、点密度、平均密度、点温度、平均温度、液体界面（高度）、体积、实际质量等所需要的所有物理参数。因此可以说混合法是储罐自动计量系统中功能最全面、测量精度最高、可靠性最好的一种。

HTMS 的优点：精确的液位测量；连续的密度测量；极好的质量和体积测量。

（四）通用储罐测量方法对比

测量参数测量方式泄露监控液位 密度 温度 体积 界面 重量手工检尺 好 一般 一般 好 好 一般 需要对比钢带浮子液位计 好 / 重要 好 / 一般 /伺服液位计 较好 / 重要 好 好 一般 /磁至伸缩液位计 较好 / 重要 好 好 一般 /雷达液位计 好 / 重要 好 / 一般 /静压测量 一般 好 不重要 好 / 很好 好混合测量 很好 很好 不重要 好 好 很好 好

普瑞特公司HTMS 混合法储罐群计量系统，集国际最新储罐群计量技术之优点，采用高精度液位计、高精度差压、压力变送器和完善的系统管理软件，实现罐区进转存操作的全面自动化管理。其主要功能包括：

1. 数据采集和处理功能：能实时测量各储罐的液位、界面、温度、密度、容积、重量等参数。检测仪表的输出信号无论是模拟信号，还是 485/232 串行输出信号，都可以通过数据采集器输入到计算机，然后进行相应的数据处理。

2. 显示及报警功能：显示屏动态地显示各储罐液位、水位的棒状图。 当液位或水位超过设定值时，连接在操作现场的喇叭就会发出语音警告，或蜂鸣报警提醒操作者注意。

3. 数据库管理功能：数据库是系统管理软件的重要组成部分它包括当月数据库、历史数据库、 系统参数数据库和储罐容积表数据库等。当月数据库中的数据超过规定的时间后就会自动地转存到历史数据库中。 在系统运行过程中，操作者可对各数据库进行查询、 删除、保存或打印等操作。

4. 报表打印功能：具有各种统计报表输出打印功能。例如进、转验收作业记录，散装收货仓库记帐单，进、转业务工作记录，以及罐区动态日报表等。

5. 远程通讯功能：系统使用两台标准配置的 586PC机作为监测管理计算机，一台置于现场监控室中，另一台置于数公里以外的业务管理室中， 两台计算机分别经上网通讯，使管理决策人员能够随时了解、管理储罐的运行和生产。

6. 储罐与安全：近几年国内出现的罐区爆炸事故，以及往年国外的重大罐区事故绝大部分是由储罐溢罐造成的。拿油品罐举例来说，罐表系统需要检测罐的压力，液位，温度并实时进行补偿计算。但是这还远远不够。普瑞特公司推出的数据化储罐系统为了最大程度地提高安全性， 特定型号的雷达液位计除了精确测量液位以外，还可以输出达到 SIL 3 认证的溢罐保护联锁信号。

二、动态计量

为了实现精确装车， 许多企业都采用批控器对装车进行控制。 它不仅接收质量流量计的信号按定量控制装车阀，还可以连接静电保护开关和溢流保护开关确保安全。普瑞特储罐管理系统使用的专用批量控制器还具备多级安全限制和措施保证装车的操作合规，例如：

1. 可设置装车定量值，实现装车的定量控制。

2. 具有防溢、防静电连锁控制功能。

3. 显示屏显示现场 阀门、液位开关、接地开关状态及故障状态。

4. 现场设备、通信和批控仪电路之间光电隔离。

5. 通信的站地址、通信速率均可面板操作设置。

6. 有就地（脱机）和联机两种工作方式，联机状态下

禁止键盘的参数设置。

7. 有启动时间、结束时间、定量、实装量的装车工况记录和查询功能；有开机时间、关机时间、累计装车批次、累计装车量的运行记录和查询功能。

8. 冗余通信功能。

9. IC卡管理功能（可选）：带防爆大屏幕点阵式显示器。

10. 小流量及无流量报警功能：当切除了质量流量计变送器电源后，便接收不到流量脉冲信号，若操作人员私自切除流量计电源，就有可能会发生介质丢失问题。使用该报警功能，如果在设置的时间范围内无流量信号进入则产生报警并关闭阀门结束作业，如果流量小于所设置的限值同样会报警并关闭阀门结束作业。这给企业的运营监管带来很大的便利。

三、总线通讯

通过在罐区管理上使用变送器，流量计、电动阀门、批控器等现场设备，以总线通讯方式，将采集的数据通过罐表系统、DCS（分布式控制系统）、SIS（安全仪表系统）对罐区进行监控和保护。由于罐区管理涉及大量的订单管理，库存管理，计划调度，路径选择，自动装车等相关作业,这些采集的数据同步提报到MES 系统（生产信息化管理系统）对整个生产作业的全流程监控。进一步可以通过 ERP 系统进行运营的全局优化。

经过系统的运行实践，该系统对白酒企业的库存管理、生产管理具有极大的提高和完善作用，是基于数据化、安全化、智慧化的解决方案。目前正在推出基于该系统的老库区完善改造方案，基于MES 系统的全生产流程智慧化解决方案。

普瑞特公司HTMS 混合法储罐群计量系统执行下述下相关标准：

石油和液体石油产品立式罐内油量的直接静态测量法（HTG质量测量法） GB/T 18273-2000石油和液体石油产品 储罐中液位和温度自动测量法 GB/T21451储罐液体称量仪标准器试行检定规程 JJG 451-1986称量法储罐液体计量系统试行检定规程 JJG 372-1985储罐用自动液位计型式评价大纲 JJF 1698-2018进出口商品容器计重规程 SN/T 2389.14-2013液位检测器 JB/T 7340-2007石油和液体石油产品 采用混合式油罐测量系统测量立式圆筒形油罐内油品体积、密度和质量的方法GB/T 25964-2010通过静压法储罐计量测量立式储罐内容物 ISO 11223固定储罐内液位测量用的自动液位计 OIML R 85－1&2立式圆筒形储罐的测量和校准方法 ANSI/ASTM D1220-1965