立式金屬罐底量容量計算探析

徐添喜

（福建閩科測試技術(shù)研究院有限公司，福建 福州 350100）

作為工業(yè)計量領(lǐng)域重要組成部分，立式金屬罐檢定，是保證化工、石油、鐵路、民航等行業(yè)油品、燃料儲運(yùn)計量準(zhǔn)確性的關(guān)鍵技術(shù)。立式金屬儲罐投入使用后，在頻繁收發(fā)、交接背景之下，儲罐內(nèi)儲存物，在高低液位頻繁交錯狀態(tài)之下，因液態(tài)存儲物重力作用于儲罐底板、儲罐基礎(chǔ)，儲罐罐底沉降隨時間推移會逐步增加，大量使用多年立式儲罐其罐底已形成鍋底型狀態(tài)，而這一變形過程十分緩慢，少則數(shù)年，多則數(shù)十年，故極易讓計量人員計算失準(zhǔn)，需要采取科學(xué)方法對立式金屬罐底量容量進(jìn)行科學(xué)計算，以確保在儲罐變形狀態(tài)下仍舊獲取精確計算結(jié)果。

1 基于容量比較法的立式金屬罐底量容量計算

1.1 罐底下計量基準(zhǔn)點(diǎn)對于罐容量的影響分析

當(dāng)立式金屬罐底出現(xiàn)基礎(chǔ)變形，帶液、空罐狀態(tài)之下罐底狀態(tài)有所差異，極易導(dǎo)致儲罐容量表失準(zhǔn)，影響罐內(nèi)液態(tài)貨物計量失誤。立式金屬罐投入使用狀態(tài)后，罐體狀態(tài)不同于投入使用前空罐狀態(tài)，容量表多數(shù)會出現(xiàn)失準(zhǔn)問題，這一現(xiàn)象根本原因在于當(dāng)立式金屬罐裝入液態(tài)存儲物后會出現(xiàn)罐底板沉降問題，且這一沉降問題具有不規(guī)則特征，液體存儲物交接期間的差量大小主要由沉降具體情況決定，上述這些差量均同計量板息息相關(guān)，因此當(dāng)液態(tài)存儲物裝入立式金屬罐而導(dǎo)致底板下沉，罐底容量表必然發(fā)生變化。

基于儲油罐計量液體存儲物期間，須以容量表高度進(jìn)行測量，即設(shè)計到參照高度，即對上計量基準(zhǔn)點(diǎn)、表計量基準(zhǔn)點(diǎn)二者之間垂直距離進(jìn)行計算，在罐底變形背景下，高液位、低液位計量結(jié)果存在巨大誤差。

1.2 容量比較法應(yīng)用

對于容量比較法的應(yīng)用，首先將2 個已完成專業(yè)檢定的立式金屬罐作為對照罐、研究罐。針對對照罐，于罐體高液位且罐底不再出現(xiàn)變形狀態(tài)條件之下，將高液位筒體部分作為實(shí)驗標(biāo)準(zhǔn)容量，對于液面檢尺基準(zhǔn)，則以罐頂檢尺點(diǎn)為基準(zhǔn)。隨后，將標(biāo)準(zhǔn)容量段液體存儲物，以分批次形式注入到研究罐體內(nèi)，同時開展容積比較，如此便可實(shí)現(xiàn)研究罐底變形差量求取。具體步驟如下：

（1）將對照罐液體存儲物注入研究罐；

（2）以容量表為工具，對比研究罐、對照罐容量數(shù)據(jù)，從而得出立式金屬罐底板突變、漸變臨界液高度，同時分析漸變的規(guī)律；

（3）基于測量數(shù)據(jù)進(jìn)行容量表編輯，基于數(shù)據(jù)分析得出對比結(jié)果。

與此同時，對比立式金屬罐整體罐準(zhǔn)確度，筒體部位準(zhǔn)確度更高，因此應(yīng)將這一部分作為對比具體位置，以滿足測量精度要求。

2 基于幾何測量法的立式金屬罐底量容量計算

雖然容量比較法可滿足歷史及金屬罐底量容量計算精確度要求，然而受到實(shí)際測量條件限制，運(yùn)用容量比較法，對于水泵、水源、電源和水溫等均有一定要求，且測量階段需要耗費(fèi)較高成本，如電費(fèi)、水費(fèi)等，故目前更加廣泛應(yīng)用的方法為幾何測量法。運(yùn)用幾何測量法實(shí)現(xiàn)立式金屬罐底量容量計算，其主要步驟為工具準(zhǔn)備、確認(rèn)測量點(diǎn)和測量點(diǎn)標(biāo)高測量。

2.1 工具準(zhǔn)備階段

運(yùn)用幾何測量法實(shí)現(xiàn)立式金屬罐底量容量計算，首先準(zhǔn)備1～50 m 自動安平水準(zhǔn)儀，設(shè)備最大允許誤差為3"，同時準(zhǔn)備符合防爆要求的防爆手電筒，0～2 m 且允許誤差±1 mm 的帶刻度標(biāo)尺。

2.2 確認(rèn)測量點(diǎn)

首先，將第一圈板圓周軸長度劃分為8 個亦或是16個等份圓弧，并將立式金屬罐罐底面積基于圓心點(diǎn)劃分為8 個亦或是16 個等面積圓環(huán)。隨后，確認(rèn)測量點(diǎn)，圓心至圓弧距離同各個圓環(huán)交點(diǎn)便為測量點(diǎn)。對于各個圓環(huán)至圓心的距離，以表達(dá)式（1）展開計算：

式（1）中：第一圈半圓的周半徑以R 表示，單位為mm；圓環(huán)具體數(shù)量以m 表示。根據(jù)我國JJG 168—2005《立式金屬罐容量檢定規(guī)程》文件要求，立式金屬罐罐底測量點(diǎn)數(shù)方面：當(dāng)立式金屬罐容積≤700 dm3，則設(shè)置1 環(huán)測量環(huán)數(shù)，每一環(huán)測量點(diǎn)數(shù)設(shè)置8 個，當(dāng)立式金屬罐容積≥700，則設(shè)置1 環(huán)測量環(huán)數(shù)，每一環(huán)測量點(diǎn)數(shù)設(shè)置8 個。對于容積≥700 且≤10 000 的立式金屬罐，設(shè)置8 環(huán)測量環(huán)數(shù)，每一環(huán)測量點(diǎn)數(shù)同樣設(shè)置8 個。對于容積≥10 000 且≤50 000 的立式金屬罐，測量環(huán)數(shù)設(shè)置8 環(huán)，每一環(huán)測量點(diǎn)數(shù)設(shè)置16 個，容積＞50 000 的立式金屬罐，測量環(huán)數(shù)設(shè)置16 環(huán)，每一環(huán)同樣設(shè)置16 個測量點(diǎn)數(shù)。

測量操作期間，在罐底中心附近相對穩(wěn)定部位設(shè)置水準(zhǔn)儀，利用標(biāo)高尺逐一直立在各個測點(diǎn)、立式金屬罐罐底中心及以下計量基準(zhǔn)點(diǎn)。針對同一水平線之下的數(shù)值使用水準(zhǔn)儀逐一讀出，對測量得出數(shù)值進(jìn)行記錄。在立式金屬罐已投入使用背景下，隨立式金屬罐液位逐漸上升，立式金屬罐基礎(chǔ)會受液位的壓力作用影響，當(dāng)液位達(dá)到某一高度臨界點(diǎn)之后，出現(xiàn)罐底彈性下沉，立式金屬罐罐底的變形會導(dǎo)致靜態(tài)空罐狀態(tài)之下，幾何測量法測量得出的立式金屬罐罐底容量有所增加，此刻差量便會出現(xiàn)，這一差量，采用傳統(tǒng)幾何測量法無法實(shí)現(xiàn)。針對這一問題，可將罐底測量點(diǎn)安裝液位高度數(shù)據(jù)傳感器，配合幾何測量法實(shí)現(xiàn)立式金屬罐底量容量計算。

本文以某港口油品碼頭公司V-120 立式金屬油罐底量容量測量為例。首先，于V-120 立式金屬油罐空罐狀態(tài)下，基于幾何測量法進(jìn)行V-120 罐底數(shù)據(jù)采集，見表1。

表1 某港口油品碼頭公司V-120 油罐靜態(tài)空罐狀態(tài)罐底數(shù)據(jù)

基于上述集合測量法對V-120 立式金屬油罐鑒定數(shù)據(jù)，以JJG 168—2005《立式金屬罐容量檢定規(guī)程》中提供的公式進(jìn)行計算，如表達(dá)式（2）：式（2）中：hd高度的函數(shù)為△VB，單位為dm3，罐底量容量表的高度為hd，計算區(qū)間為立式金屬罐罐底最高點(diǎn)至下計量基準(zhǔn)點(diǎn)，單位為mm；第一圈板內(nèi)直徑以d 表示，單位為mm。測量階段，各測量點(diǎn)的標(biāo)高為式（2）中的Bα，i，B1，j......Bm，j，單位為mm，自定義函數(shù)為F（hd，Bm，j，B基），具體定義如表達(dá)式（3）：

最終基于計算結(jié)果為某港口油品碼頭公司V-120油罐靜態(tài)空罐狀態(tài)量V=42 207 K，147 mm 指標(biāo)高度。

隨后，于每一個V-120 油罐罐底測量點(diǎn)安裝液位高度數(shù)據(jù)傳感器，如此當(dāng)V-120 油罐注入油液，且到達(dá)某液位之后，液位高度數(shù)據(jù)傳感器隨之產(chǎn)生突變，當(dāng)劇烈變化逐漸發(fā)展為變化穩(wěn)定、減弱后，再次采集罐底數(shù)據(jù)，見表2。

表2 V-120 油罐靜態(tài)空罐注入油液后罐底數(shù)據(jù)

結(jié)合上述公式計算，最后得出V-120 立式金屬油罐底量容量為V=33 535 L，109 mm 制表高度；當(dāng)V-120管體內(nèi)液位高度達(dá)到6 635 mm，同罐容表對應(yīng)的容量，對比實(shí)際注入至V-120 油罐內(nèi)的液體容量存在差量，這一差量為2 650 L。

3 結(jié)束語

立式金屬罐投入使用之后，基于地質(zhì)因素、環(huán)境因素以及內(nèi)部存儲物液位高度不斷交替變化，罐底會逐漸產(chǎn)生彈性沉降，導(dǎo)致存儲物交接階段出現(xiàn)差量，為存儲物購買者亦或是運(yùn)營單位帶來經(jīng)濟(jì)損失，本文針對立體金屬罐罐底變形問題，開展罐底量容量計算研究，依次開展基于容量比較法、幾何測量法的立體金屬罐底量容量計算研究，確保相關(guān)單位可采取科學(xué)方法規(guī)避金屬罐存儲物體差量帶來的經(jīng)濟(jì)損失，同時同一類立體金屬罐，其施工、建設(shè)方法與材料基本一致，故采取上述方法進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)格罐底量容量計算，即計算統(tǒng)一規(guī)格罐容表階段，于該液位高度之下加上一次性差量便可切實(shí)滿足罐底量容量計算需求。