Гидростатический метод измерения массы нефтепродуктов

Проблема повышения эффективности и надежности систем коммерческого и технологического учета нефти и нефтепродуктов в резервуарных парках остается крайне актуальной для большинства предприятий нефтегазовой отрасли. Согласно требованиям ГОСТ Р 8.595-2002, для измерения массы продукта в резервуарах могут применяться как прямые, так и косвенные методы.

Несмотря на существование прямых методов, наибольшее распространение на практике получили два косвенных подхода: метод статических измерений и метод, основанный на гидростатическом принципе. Именно эти методы, а также их модификации, легли в основу большинства комплексов учета, предлагаемых сегодня отечественными и зарубежными производителями.

В основе гидростатического метода лежит фундаментальный закон физики – закон Паскаля, а именно зависимость гидростатического давления жидкости от высоты ее столба и плотности. Ключевая идея метода заключается в том, что масса продукта пропорциональна создаваемому им гидростатическому давлению.

Сравнительному анализу этих двух методов посвящено много публикаций, в которых предпочтение отдается косвенному методу статических измерений с использованием радарных уровнемеров, как обеспечивающих более высокую точность измерений. Попытаемся и мы разобраться в точностных характеристиках этих методов.

В соответствии с ГОСТ Р 8.595-2002 при косвенном методе статических измерений массу продукта определяют согласно выражению: .

По результатам измерений:

• уровня продукта – стационарным уровнемером или другими средствами измерений уровня жидкости. Значение уровня используют для определения объема продукта V по градуировочной таблице меры вместимости;
• плотности продукта r – переносным или стационарным средством измерений плотности или ареометром в лаборатории в объединенной пробе продукта;
• температуры продукта – термометром в точечных пробах или с помощью переносного или стационарного преобразователя температуры. Значение температуры продукта используется для приведения измеренного значения плотности к температуре 15°С или 20°С;

При косвенном методе, основанном на гидростатическом принципе, массу продукта в мерах вместимости определяют согласно выражению:

, (1)

По результатам измерений:

• гидростатического давления столба продукта P – стационарным измерителем гидростатического давления;
• уровня продукта – переносным или другим средством измерений уровня. Значение уровня используется для вычисления значений средней площади резервуара S.

Для упрощения наших рассуждений сравнение погрешностей этих методов на примере измерения массы нефти в вертикальном резервуаре (мере вместимости) и температуре нефти равной 15°С.

В соответствии с указанным ГОСТ и с учетом принятых упрощений доверительные относительные погрешности измерений массы продукта при косвенном методе статических измерений , %, при доверительной вероятности 0,95 вычисляют по формуле:

, (2)

Где dK – относительная погрешность составления градуировочной таблицы;

dH – относительная погрешность измерений уровня продукта;

dr – относительная погрешность измерений плотности продукта;

dN – относительная погрешность устройства обработки измерительной информации (ИВК)

kф – коэффициент формы, учитывающий геометрическую форму меры вместимости, для вертикальных цилиндрических резервуаров k_ф =1.

Доверительные относительные погрешности измерений массы продукта при косвенном методе, основанном на гидростатическом принципе , %, при доверительной вероятности 0,95 вычисляют по формуле:

, (3)

Где dP – относительная погрешность измерений гидростатического давления.

Рассмотрим составляющие погрешностей указанных методов. Погрешности устройств обработки измерительной информации dN примем одинаковыми для обоих методов, так как на современном уровне развития вычислительной техники минимизация этой составляющей не представляет больших трудностей. Относительная погрешность составления градуировочной таблицы резервуара зависит от метода градуировки и объема резервуара находится в переделах 0,1–0,4%. Погрешность измерения плотности зависит от используемых средств измерений (СИ), для переносных и стационарных СИ находится в пределах 0,1%. Абсолютная погрешность измерения уровня современными радарными уровнемерами составляет ±1 мм. Для уровней 1 и 10 метров, относительная погрешность dH составит 0,1% и 0,01% соответственно. Современные датчики давления имеют основную погрешность измерений 0,075% от верхнего предела измерений. Относительная погрешность измерений гидростатического давления dP для принятых уровней составит соответственно 0,75% и 0,075%.

Подставляя приведенные значения погрешностей в формулы для расчета погрешности измерений массы, получим соответственно: и . Причем значение ограничено погрешностями градуировки резервуара и измерения плотности, а значение получено при наихудшей погрешности преобразователя давления и может быть снижена.

Следует отметить, что при расчете погрешности необходимо учитывать влияние температуры, при которой измеряется уровень и плотность, вводя коэффициенты объемного расширения самого продукта и материала, из которого изготовлена мера вместимости. Поэтому реальное значение погрешности будет несколько выше приведенного. Другим преимуществом гидростатического метода является отсутствие необходимости в измерении плотности, так как информация о плотности жидкости содержится в значении гидростатического давления. Еще одним достоинством гидростатического метода, является низкая стоимость оборудования для реализации метода, по сравнению с использованием радарных уровнемеров.

Гидростатический метод измерения массы нефти и нефтепродуктов представляет собой надежный, технологичный и экономически эффективный способ организации коммерческого и технологического учета. Несмотря на некоторые ограничения по точности при малых уровнях налива, его ключевое преимущество – возможность прямого и непрерывного определения массы – делает его чрезвычайно востребованным на практике.

Выбор между гидростатическим методом и методом статических измерений должен основываться на комплексном анализе конкретных условий: требуемой точности, характеристик резервуаров, свойств хранимых продуктов и экономических возможностей предприятия. Во многих случаях именно гидростатический метод оказывается оптимальным решением, обеспечивающим необходимую достоверность учета при разумных затратах.