GB/T 25964-2010 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

适用范围

适用：给出混合式油罐测量系统（HTMS）的选型、安装、调试、校准和检验指南；可测量罐内储存的石油和石油产品的液位、静态质量、计量体积和标准体积以及计量密度和标准密度，以满足油品交接计量需要。 适用对象：静止不动的立式圆筒形油罐，其储存油品的雷德蒸气压（RVP）低于 103.42 kPa。 不适用：压力罐或船舱计量。 注1：术语“质量”指真空中的质量（真实质量）；石油工业中表观质量（空气中）常用于商业交接，标准中也提供了质量和空气中表观质量的计算方法（参见附录A）。 注2：本标准的计算方法也可用于其他形状的油罐（已按国家标准方法标定过）；附录B给出了球形和水平圆筒形油罐不确定度分析的计算实例。

方法原理

HTMS 由自动液位计（ALG）测量油品液位、自动油罐温度计（ATT）测量油品温度、一个或多个压力传感器测量液体静压，进行计量（3.1）。 测量数据与油罐容积表和石油计量表一起使用，提供液位、温度、质量、计量体积和标准体积、以及计量密度和标准密度（3.1 注）。 混合式处理器使用 HTMS 测量的液位、温度和压力数据，结合储罐参数计算密度、体积和质量（3.2）。 混合法计算密度的依据是压力平衡：任意两点间的压力增量与其增加路径无关（A.3）。 计算综述见附录A（资料性附录）；测量精度和不确定度分析见附录B（资料性附录）。

主要仪器

系统主要组件（5.1）：自动液位计（ALG）、自动油罐温度计（ATT）、一个或多个压力传感器、存储油罐参数并执行计算的混合处理器。 自动液位计（ALG）（5.2）：按 HTMS 使用目的选择；按 ISO 4266-1 选型和安装；对基于质量交接的 HTMS，ALG 最低精度应符合表1。 压力传感器（5.3）：按实际应用中不确定度计算选择（参见第6节和附录B）；安装应符合 GB/T 18273 相关规定；用于常压储罐的压力传感器应当是表压变送器（一个端口开向大气）；使用电子模拟输出或数字输出取决于对预期使用的压力传感器的总精度要求。 自动油罐温度计（ATT）（5.4）：按 GB/T 21451.4 选型和安装；对基于质量交接的 HTMS，ATT 最低精度应符合表3；可以是平均 ATT 或单个点温传感器；若存在多个件并可由未浸没的元件独立测量油蒸气温度，则可用 ATT 计算油蒸气密度。 混合式处理器（5.5）：可用本机安装的微处理器、远传计算机或用户的计算机系统实现；可专用于一个罐或共用于几个罐；可进行多种 HTMS 组件的线性化和/或温度补偿修正；测量和计算的所有变量应能够显示、打印或传输到其他处理器。 可选传感器（5.6）：中部变送器（P.）可计算用于比较或警示目的的替代密度（HTG），也可用于 ALG 无法使用时备用密度的计算（详见 GB/T 18273）；测定大气密度的手段（5.6.2）。 表1 ALG 的最大允许误差 | 精度类型 | 基于体积的交接计量 | 基于质量的交接计量 | |---|---|---| | 固有精度 | 1 mm | 3 mm | | 安装后的精度 | 4 mm | 12 mm | 注：对于基于体积的交接计量，ALG 的最大允许误差源于 ISO 4266-1。 表2 压力传感器的最大允许误差 | 精度类型 | P（零点误差） | P（线性误差） | P.（零点误差） | P.（线性误差） | |---|---|---|---|---| | 基于体积的交接计量 | 100 Pa | 读数的0.1% | 40 Pa | 读数的0.5% | | 基于质量的交接计量 | 50 Pa | 读数的0.07% | 24 Pa | 读数的0.2% | \* 假如使用 P。 注：压力传感器 P. 的量程可能远小于压力传感器 P 所选择的量程，原因是油气压力最大测量值一般不超过 5 kPa。 表3 ATT 的最大允许误差 | 精度类型 | 固有精度 | 安装后的精度 | |---|---|---| | 基于体积的交接计量 | 0.25 ℃ | 0.5 ℃ | | 基于质量的交接计量 | 0.5 ℃ | 1.0 ℃ | 注：对于基于体积的交接计量，ATT 的最大允许误差源于 GB/T 21451.4。 表4 典型的 HTMS 参数（参数组别与参数） 油罐数据：罐顶类型（固定顶、外浮顶或内浮顶）、浮顶（盘）质量（仅指浮顶罐）、临界区高度（仅指浮顶罐）、支腿高度（仅指浮顶罐）、罐壁类型（保温或非保温）、罐壁材质（热膨胀系数）、罐容表（规定液位的容积）、油罐标定温度（罐容表修正到的温度）、液位 hmin（对于所有罐，见6.2）、液位 h。（混合法参照点到基准板（点）的距离） ALG 组件的数据：参比高度（基准板（点）到 ALG 的垂直距离）、传感器的配置（油罐可以拥有一个或更多的传感器）、传感器的位置 hb（相对混合法参照点的高度，见图A.1）、传感器 P 的高度（可以在 ALG 中编程） 压力传感器数据：ATT 的类型（电阻式或其他方式，可以在 ALG 中编程） ATT 组件的数据：元件类型、元件数目、元件的垂向位置 油品数据：储存产品对应的石油计量表（详细资料见 GB/T 1885）、蒸气参数、游离水高度 测量数据：实高、空高 环境数据：当地的重力加速度（由权威机构得到）、环境温度（可选）、环境压力（可选） （注：表4 〔原文不清〕存在串行，组别与参数的对应关系〔待核〕（〔原文不清〕））

关键条件

HTMS 的测量和计算定义为两种模式（模式1和模式2），由用户根据使用目的和油品特性自行选配（7.1）。 HTMS 模式1（7.2）：主要关心标准体积、且油品密度在低液位保持相对一致时为最佳选择。液位在预定液位（hmin）之上时，连续计算罐内液体平均密度；液位在 hmin 以下时，使用液位下降到 hmin 时最后计算的标准密度（Dret）；替代办法是当液位在 hmin 以下时，如果油品分层或有新油品进入油罐，Dret 可以手工输入。表5（方法A）和表6（方法B）分别规定液位高于 hmin 和低于 hmin 时模式1所要求的测量和计算方法。 HTMS 模式2（7.3）：主要关心输出值为油品质量时为最佳选择；当标准体积为主要输出值、且用户预计低液位时储存的标准密度（模式1）不代表实际标准密度（由分层或引入新油品引起）时，模式2也是最好选择。模式2不使用 hmin 或保存的油品密度；在 P 以上所有液位计算标准密度（D.）；引入“P 断开液位”，油品在断开液位或其以下液位时使用最后计算的 D.d 并保持不变；该液位以上按方法A（表5）进行全部测量和计算，以下按方法B（表6）进行测量和计算。 图1：HTMS 与液位相关的模式1和模式2的计算方法简图（含 hmin、P 位置、P 断开位置、基准板）。 表5 HTMS 的测量数据和计算数据汇总——计算法A | 参数 | 测量或计算方法 | |---|---| | 油品液位（L） | 由 ALG 测得 | | 油品平均温度（t） | 由 ATT 测得 | | 油品计量密度（Dote） | 用 A.3 中的公式计算 | | 标准密度（D.） | 先将 Dote 修正到相当于玻璃密度计的视密度（修正公式见 SH/T 0604），然后查石油计量表的标准密度表获得，或者由 Dote 和 t 通过迭代的方法计算 | | 体积修正系数（VCF） | 由标准密度 D. 和油品的平均温度 t 查石油计量表的体积修正系数表或按 VCF=Doba/D.af 计算 | | 毛计量体积（GOV） | 由 ALG 测得的液位 L 和罐容表计算 | | 毛标准体积（GSV） | 按 GSV=GOV×VCF 计算 | | 质量（真空中） | 按 m真空=GOV×Doas 计算 | 注1：本表仅适用于模式1在 hmin 及其以上的液位。 注2：本表仅适用于模式2在 P“断开”以上的液位。 注3：油品在空气中表观质量的算法参见附录A的A.5。 \* 如果 HTMS 的测量密度不可靠或不存在，则可以使用手工密度。 b 如果存在游离水（FW），应该将其从罐内液体的总计量体积（TOV）中扣除后获得。GOV=TOV−FW。 表6 HTMS 测量数据和计算数据汇总——计算法B | 参数 | 测量或计算方法 | |---|---| | 油品液位（L） | 由 ALG 测得 | | 油品平均温度（t） | 由 ATT 测得 | | 油品计量密度（Det） | 按 Dots=D.×VCF | | 标准密度（Drd） | 使用上次 D. 的计算值。对于模式1，当 L 在 hmin 以下时；对于模式2，L 在 P 以下时，D. 保持不变 | | 体积修正系数（VCF） | 由 ATT 测量的温度 t 和模式1中 L 时或者模式2中 L 在 P 以下时储存的标准密度 D. 查石油计量表的体积修正系数表得到 | | 毛计量体积（GOV） | 由 ALG 测得的液位 L 和罐容表计算 | | 毛标准体积（GSV） | 按 GSV=GOV×VCF 计算 | | 质量（真空中） | 按 m真空=GSV×Drd | 注1：本表适用于模式1在 hmin 以下和“P 断开液位”以下的液位。 注2：油品在空气中表观质量的算法参见附录A的A.5。 \* HTMS 的测量密度不可靠或不存在，可以使用手工密度。 b 存在游离水（FW），应该将其从罐内液体的总计量体积（TOV）中扣除后获得。GOV=TOV−FW。

计算与结果

毛计量体积（A.2）：GOV=[（TOV−FW）×CTSh]−FRV TOV：由 ALG 和罐容表计算出的总计量体积；FW：游离水的体积；FRV：对于浮顶罐，液位高于起浮高度时的排液体积。 FRV=FRW/[(Dref−1.1)×VCF] FRW：浮顶的表观质量（重量）；Dref：油品的标准密度；VCF：由标准密度和计量温度查石油计量表得到的体积修正系数；CTSh：罐壁热膨胀修正值。 CTSh=1+2α(Δt)+α²(Δt)² α：表A.2中给出的线膨胀系数；注：CTSh 计算公式中的最后一项对计算结果影响很小，可忽略不计。 Δt=tsh−tB tsh：罐壁温度（按 GB/T 19779 确定）；tB：罐容表的标定温度（编制罐容表设定的罐壁温度，我国通常为20 ℃）。 表A.2 线膨胀系数 | 罐壁材质 | a/℃⁻¹ | |---|---| | 低碳钢 | 0.000 011 2 | | 304 不锈钢 | 0.000 0173 | | 316 不锈钢 | 0.000 0159 | | 17-4PH 不锈钢 | 0.000 0108 | 油品计量密度（真空中）（A.3）：混合法计算密度的依据是压力平衡；Dobs=Dv+[N×(p1−p3)−g×(Dv−Da)×ht]/[g×(L−Z)]。液体压头为 g×(L−Z)×Dobs，蒸气压头为 g×[ht−(L−Z)]×Dv，环境空气压头为 g×ht×Da。符号：Dobs—真空中液体的计量密度；N—单位常数（见表A.1）；p1、p3—相应压力传感器的读数；L—ALG的液位（实高）读数；Z=hb+ho，为P1压力中心相对油罐基准板的高度；hb—混合法参照点到P1压力中心的垂直距离；ho—油罐基准板到混合法参照点的垂直距离；g—当地重力加速度；ht—P1和P3膜片受力中心之间的垂直距离；Dv—罐内蒸气密度；Da—环境空气密度。注：如果混合法参照点与油罐基准板位于相同高度，ho=0。 油品在真空中的质量（A.4）：m，=GOV×Dobs my：油品在真空中的质量；GOV：在 A.2 中计算的毛计量体积；Dobs：在 A.3 中计算的油品计量密度（在真空中）。注：对于常压储罐，m**可以假定为零。 油品在空气中的表观质量（A.5）：ma=mv×(1−Da/Dobs) ma：油品在空气中的表观质量；mv：在 A.4 计算的油品在真空中的质量；Da：环境空气密度（当无法直接测量时，空气密度按 1.1 kg/m³ 计算）；Dobs：在 A.3 中计算的液体计量密度（在真空中）。 毛标准体积（A.6）：GSV=GOV×VCF GOV：在 A.2 中计算的毛计量体积；VCF：通常由 GB/T 1885 获得的体积修正系数。 表A.1 HTMS的公式单位表：计量压力Pa/kPa/mbar/bar分别对应常数N=1.000/1000.0/100.0/100000；容积表容积m³；当地重力加速度m/s²；液位m；计量体积和标准体积m³；计量密度与标准密度kg/m³；质量kg。 附录B（资料性附录）测量精度和不确定度分析：B.1 概述（符号、定义和单位）；B.2 计量密度的不确定度；B.3 质量的不确定度；B.4 标准体积的不确定度；B.5 油罐结构系数；B.6 hmin 的确定；B.7 密度不确定度对体积修正系数（VCF）的影响。 B.2 计量密度的不确定度（公式 〔原文不清〕不完整，〔待核〕（〔原文不清〕））： UD=…；Uptowl=Up-ano+ Lg（L−Z）（D−Dy）+Pamax］×Up-tneaty；U Ps-toual=UPaaeto+pimex×UP linearity。 B.3 质量的不确定度（公式 〔原文不清〕不完整，〔待核〕（〔原文不清〕））： Up-toual=UPl arro t piapeled×Upi-lleaniy；Piappled=Fg（」S Z）D+g_h，−（L−2）」Dy十psmu gh,D，~g（L Z）（D D）+pmax；UPl-toal=Upl-aem+［g（L−Z）（D Dy）+Pame］×UPi-lineaaty；Uptoul=Upaen Pamsx×Ups-lineais。 B.4 标准体积的不确定度（公式 〔原文不清〕不完整，〔待核〕（〔原文不清〕））。 B.5 油罐结构系数：B.5.1 立式圆筒形罐 Fa=1.0；B.5.2 球形罐（d、为内直径）Fa=…（公式 〔原文不清〕不完整，〔待核〕（〔原文不清〕））；B.5.3 水平圆筒形罐（d 为内直径）Fo=…（公式 〔原文不清〕不完整，〔待核〕（〔原文不清〕））。 B.6 hmin 的确定：定义常数 A=UPi am+Pamx×Upi-lineaniy；hmin 由下式计算：8×［DXU.”（D D，）？×UP.lineatty？］（公式 〔原文不清〕不完整，〔待核〕（〔原文不清〕））。 B.7 密度不确定度对 VCF 的影响：表B.9 原油密度不确定度对体积修正系数影响的例子（依据：油品温度=20 ℃，“真实”标准密度是 885 kg/m³，体积修正系数表：ISO 91-1:1992，表54A）；表B.10 石油产品密度不确定度对体积修正系数影响的例子（依据：油品温度=20 ℃，“真实”密度是 745 kg/m³，体积修正系数表：ISO 91-1:1992，表54B）。

质量控制

本标准未以“精密度”条款给出重复性/再现性数值；相关精度与不确定度分析见第6章及附录B（资料性附录）。 密度比对允差：HTMS 测定的油品密度与油罐样品的密度之差应在密度读数的±0.5%内；如果罐内油品均匀，可使用更严格允差（小于读数的±0.5%），该允差可使用统计质量控制方法建立（8.5.2.2、9.4.1.2）。 附录B给出计量密度、质量、标准体积不确定度计算实例（表B.1～B.6）及 hmin 计算实例（表B.7、B.8）。 表B.1 计量密度不确定度的实例——浮顶罐（产品：浮顶罐中的汽油；D=741.0 kg/m³，Dy=1.2 kg/m³，Z=0.2 m，g=9.81 m/s²）：P 零点误差 情况1 50 Pa / 情况2 100 Pa / 情况3 50 Pa；线性误差 0.000 7 / 0.001 0 / 0.000 7（读数百分数）；UL 0.004 m / 0.004 m / 0.012 m；Uz 0.003 m / 0.003 m / 0.003 m；立式圆筒形罐计量密度的不确定度［读数的±%］：L=4 m 0.283 / 0.480 / 0.411；L=10 m 0.149 / 0.246 / 0.188；L=16 m 0.118 / 0.190 / 0.138。 表B.2 计量密度不确定度的实例——固定顶罐（产品：各种结构的固定顶常压罐中柴油（或混合油）；D=842.9 kg/m³，Dv=1.2 kg/m³，Z=0.2 m，g=9.81 m/s²，p3m=5 000 Pa）：P. 零点误差 50/100/50 Pa；P. 线性误差 0.000 7/0.001 0/0.000 7；P 零点误差 24/40/24 Pa；P 线性误差 0.002/0.005/0.002；UL 0.004/0.004/0.012 m；Uz 0.003/0.003/0.003 m；立式圆筒形罐 L=4 m 0.294/0.498/0.418；L=10 m 0.151/0.248/0.190；L=16 m 0.118/0.190/0.138；球形罐直径=20 m L=4 m 0.294/0.498/0.418；L=10 m 0.151/0.248/0.190；L=16 m 0.118/0.190/0.138；水平圆筒形罐 L=1 m 1.194/2.050/1.849；L=2 m 0.560/0.957/0.841；L=3.5 m 0.330/0.561/0.476。 表B.3 质量计量不确定度的实例——浮顶罐（产品：浮顶罐中的汽油；D=741.0 kg/m³，D=1，Z=0.2 m，g=9.81 m/s²）：P. 零点误差 50/100/50 Pa；线性误差 0.000 7/0.001 0/0.000 7；UL 0.004 m；Uz 0.003 m；UAE 百分不确定度 0.001；立式圆筒形罐的质量计量不确定度［读数的±%］：L=4 m 0.281/0.479/0.282；L=10 m 0.175/0.262/0.175；L=16 m 0.152/0.213/0.152。 表B.4 质量计量不确定度的实例——固定顶罐（产品：各种结构的固定顶常压罐中的柴油（或混合油）；D=842.9 kg/m³，Dw=1.2 kg/m³，Z=0.2 m，g=9.81 m/s²，Psmx=5 000 Pa）：P 零点误差 50/100/50 Pa；线性误差 0.000 7/0.001 0/0.000 7；P 零点误差 24/40/24 Pa；线性误差 0.002/0.005/0.002；UL 0.004 m；Uz 0.003 m；UAE 0.001；质量计量的不确定度［读数的±%］：立式圆筒形罐 L=4 m 0.293/0.497/0.303；L=10 m 0.177/0.265/0.178；L=16 m 0.153/0.213/0.153；球形罐直径=20 m L=4 m 0.293/0.501/0.377；L=10 m 0.177/0.265/0.186；L=16 m 0.153/0.213/0.153；水平圆筒形罐直径=4 m L=1 m 1.091/1.992/1.106；L=2 m 0.524/0.937/0.533；L=3.5 m 0.325/0.557/0.336。 表B.5 标准体积计量不确定度的实例——浮顶罐（产品：浮顶罐中的汽油；td=15 ℃，t=25 ℃，Dis=750 kg/m³；K。=346.4228/℃，K，=0.438 8 > 抽取方式：〔原文不清〕（Vision） ｜ 正文长度 25330 字符 ｜ 质量标记：OK > **核验提示**：本卡由原文自动整理，数字疑点已标「〔待核〕」，正式引用前请对照原页复核。

附录实例与阅读边界学习

附录A、B均为资料性。既有表B.5摘录在参数处截断，不能据此当作完整实例。按原表补充浮顶罐标准体积计量不确定度三种配置的结果学习：配置1用于质量和体积、配置2用于体积、配置3用于质量。液位4 m对应0.142%/0.142%/0.316%，10 m对应0.108%/0.108%/0.156%，16 m对应0.103%/0.103%/0.125%。这些是附录给定条件下的静态库存实例，不是输转精度、校准结果或具体商品批次证书不确定度。

立式圆筒形罐结构系数FQ=1.0；球形罐FQ=[6−6(L/di)]/[3−2(L/di)]，di为内直径。水平罐d/di下标、B.6求hmin式左侧L与UD分数/百分数输入、表5/表6模式2断开液位与P1位置措辞仍待技术复核。模式1的hmin与模式2的P1断开液位应分开，不自行补自动切换分支。完整B.1—B.10格值、安装检验、安全控制和软件实现未全面核验；本页不提供计算器或受控作业程序。