臥式罐容量測量方法研究

尹鑫昊 周艷 朱寧 胡振波 黃俊

【摘要】本文介紹了一種快速測量臥式罐容量的方法，用以解決傳統(tǒng)容量比較法和幾何測量法在檢測時存在的問題。該方法通過使用高精度電子秤和雙路并行等手段，實(shí)現(xiàn)了對檢測介質(zhì)的快速稱重和對臥式罐內(nèi)液位的自動讀取。相較于傳統(tǒng)方法，該方法顯著提高了檢測效率、降低了勞動強(qiáng)度，并在使用場景上具備靈活性，適用于各種環(huán)境條件。該方法具有檢測效率高、對罐體變形容忍度高等特點(diǎn)，可為工業(yè)生產(chǎn)提供更為便捷、高效、可靠的臥式罐容量測量手段，為該領(lǐng)域帶來了創(chuàng)新性的解決方案。

【關(guān)鍵詞】臥式罐；容量測量；電子秤；罐體變形容忍度

【DOI編碼】10.3969/j.issn.1674-4977.2024.03.063

【基金項(xiàng)目】自然科學(xué)基金-科市聯(lián)合項(xiàng)目（2022JJ90015）：便攜式臥式罐容積快速檢測方法的研究。

Research on a Horizontal Tank Volume Detection Method

YIN Xinhao， ZHOU Yan*， ZHU Ning， HU Zhenbo， HUANG Jun

（Hunan institute of metrology and testing， Changsha 410014， China）

Abstract： This article introduces a horizontal tank capacity measurement method to solve the problems existing in traditional volume comparison methods and geometric measurement methods during testing. The method uses high-precision electronic scales and dualchannel parallel methods to achieve rapid weighing of the detection medium and automatic reading of the liquid level in the horizontal tank. Compared to traditional methods， this method significantly improves detection efficiency， reduces labor intensity， and is flexible in use scenarios， suitable for various environmental conditions. The method has the characteristics of high detection efficiency and high tolerance to tank volume changes， providing a more convenient， efficient， and reliable horizontal tank capacity measurement method for industrial production， bringing innovative solutions to this field.

Keywords： horizontal tank； capacity measurement； electronic scale； can body changes describe endurance

0引言

在石油、化工等領(lǐng)域，臥式罐作為固定儲罐的重要組成部分，被廣泛用于貿(mào)易計(jì)量。傳統(tǒng)的臥式罐容量測量方法包括容量比較法和幾何測量法。但這兩種方法存在諸多問題，如運(yùn)輸不便、勞動強(qiáng)度大、測量不準(zhǔn)確等。這些問題對貿(mào)易計(jì)量產(chǎn)生了一定的影響。

為解決這些問題，本文提出了一種新的臥式罐容量快速測量方法，以應(yīng)對傳統(tǒng)測量方法存在的問題。該方法結(jié)合了容量比較法和幾何測量法的優(yōu)點(diǎn)，通過應(yīng)用高精度電子秤、雙路并行等創(chuàng)新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對檢測介質(zhì)的快速稱重，以及對被測臥式罐內(nèi)液位的自動讀取。在確保檢測準(zhǔn)確度的同時，本方法還能顯著提高檢測效率，大幅降低檢定人員的勞動強(qiáng)度。

1傳統(tǒng)臥式罐容量測量方法的局限性

1.1容量比較法的局限

臥式罐容量測量一直是石油、化工等行業(yè)中一個重要的環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的容量比較法存在著一系列的限制，給測量過程帶來了諸多困擾。在運(yùn)輸方面，傳統(tǒng)的容量比較法依賴于多個不同規(guī)格的標(biāo)準(zhǔn)金屬量器組，而這些標(biāo)準(zhǔn)金屬量器組的體積較大，給運(yùn)輸帶來了挑戰(zhàn)。在運(yùn)載過程中，1000 L和2000 L的標(biāo)準(zhǔn)金屬量器會使運(yùn)輸車輛超載，面臨安全風(fēng)險(xiǎn)，也影響測量任務(wù)的順利進(jìn)行。容量比較法在現(xiàn)場測量中也存在問題。使用該測量方法需要測量人員在標(biāo)準(zhǔn)金屬量器組的多個量器之間切換進(jìn)水、放水。繁瑣的操作不僅增加了測量人員的勞動強(qiáng)度，還容易引起控制失誤，進(jìn)而影響測量的準(zhǔn)確性[1]。尤其是進(jìn)水和放水這兩個關(guān)鍵步驟不能同時進(jìn)行，使得測量時間被大幅拉長，增加了現(xiàn)場作業(yè)的不確定性。這些運(yùn)輸和操作上的困難，直接影響了容量比較法在臥式罐容量測量中的實(shí)際可行性[2]。

1.2幾何測量法的局限

許多加油站為了加強(qiáng)安全管理，常常在臥式罐內(nèi)部安裝防爆網(wǎng)，用以防止火災(zāi)等意外事故的發(fā)生。幾何測量法要求測量人員手動測量臥式罐的幾何尺寸，而防爆網(wǎng)對這種測量方式產(chǎn)生了阻礙[3]。使用場合的限制使得幾何測量法無法適用于那些現(xiàn)代化的、對安全性要求較高的工業(yè)場所[4]。臥式罐通常配備有液位計(jì)等設(shè)備，而這些設(shè)備的存在會對測量產(chǎn)生影響。手動幾何測量法依賴于人工測量臥式罐的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，如圈板直徑、長度、罐總長等，然而這些測量過程容易受罐內(nèi)附件的干擾，需要進(jìn)行大量的補(bǔ)償和修正。同樣，采用光電內(nèi)測距法時，臥式罐內(nèi)的液位計(jì)等設(shè)備也可能導(dǎo)致測量結(jié)果出現(xiàn)誤差。這些干擾因素都會使幾何測量法的測量結(jié)果受到外界條件的干擾，難以保證測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

2臥式罐容量快速測量方法介紹

2.1基本原理

臥式罐容量快速測量方法以高精度電子秤作為主要標(biāo)準(zhǔn)器。高精度電子秤的可靠性和準(zhǔn)確性，使其成為一種理想的質(zhì)量測量工具。將被測介質(zhì)放入電子秤，能夠迅速獲得介質(zhì)的質(zhì)量數(shù)據(jù)。測量介質(zhì)質(zhì)量是快速容積檢測方法的基礎(chǔ)，通過測量介質(zhì)質(zhì)量換算成相應(yīng)的體積，實(shí)現(xiàn)質(zhì)量與體積的對應(yīng)關(guān)系。

另外，在進(jìn)行介質(zhì)質(zhì)量測量的同時引入了雙路并行技術(shù)。這一技術(shù)創(chuàng)新允許檢測介質(zhì)連續(xù)不間斷地注入兩個稱量容器，實(shí)時溫度讀取將檢測介質(zhì)的質(zhì)量轉(zhuǎn)化為相應(yīng)體積。這種并行方式確保了介質(zhì)的流入不中斷，實(shí)時溫度測量的引入保證了換算體積的精確性。考慮到溫度對于介質(zhì)密度有影響，檢定人員通過實(shí)時監(jiān)測溫度來進(jìn)行體積修正，從而提高測量的準(zhǔn)確性。這一創(chuàng)新的方法為臥式罐容量測量帶來了新的可能性，有望推動該領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展。

2.2測量裝置主要組成部分

臥式罐容量快速測量方法所使用的測量裝置由一系列先進(jìn)的設(shè)備組成（見圖1），確保整個測量裝置在臥式罐容量測量中可以高效運(yùn)行。該裝置的主要組成部分如下。

1）油罐車（介質(zhì)源）：一般介質(zhì)為清潔水，有時也可為成品油。將檢測介質(zhì)裝載至油罐車后，通過滯流或泵輸送至后續(xù)組件。

2）減壓裝置：采用304不銹鋼材質(zhì)，具備常規(guī)減壓閥，通過減壓筒和多孔薄鋼板降低介質(zhì)的流速，實(shí)現(xiàn)減壓的目的。

3）換向器：為常規(guī)開叉式短褲形結(jié)構(gòu)，采用304不銹鋼材質(zhì)，通過氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行介質(zhì)換向，實(shí)現(xiàn)介質(zhì)在兩個電子秤稱量容器之間的來回切換。

4）稱量容器：采用304不銹鋼材質(zhì)，置于電子秤上，用于儲存每次需稱量的介質(zhì)。容器內(nèi)含有高精度溫度傳感器，誤差為±0.1℃，用于實(shí)時測量容器中的介質(zhì)溫度，實(shí)現(xiàn)體積修正。

5）高精度電子秤：具備不低于Ⅲ級的準(zhǔn)確度，量程不超過150 kg，檢定分度值不超過15 g，作為主要標(biāo)準(zhǔn)器，保證質(zhì)量測量的準(zhǔn)確性。

6）排液閥：為常規(guī)電控氣動球閥或蝶閥，用于控制向罐內(nèi)排放介質(zhì)的通斷。

7）匯流管：采用304不銹鋼材質(zhì)，用于介質(zhì)的匯集與緩沖，確保介質(zhì)在進(jìn)入下一流程時可以平穩(wěn)流動。

8）均流管：由薄壁防靜電塑膠材料制作，用于防止介質(zhì)排液時發(fā)生噴濺，保證液面的平穩(wěn)，確保液位計(jì)讀數(shù)準(zhǔn)確。

9）高精度磁致伸縮液位計(jì)：具備±0.1 mm的誤差范圍，長度不超過3 m，用于實(shí)時測量被測罐中的液位高度。液位計(jì)同時包含高精度溫度傳感器，誤差為±0.1℃，用于實(shí)時測量被測罐中的介質(zhì)溫度，以實(shí)現(xiàn)體積修正。

10）被測臥式罐：作為容量測量的目標(biāo)對象。

11）控制系統(tǒng)：包含平板電腦、PLC、數(shù)據(jù)采集卡等，用于實(shí)現(xiàn)整個裝置的自動控制。

上面這些組成部分協(xié)同工作，構(gòu)成了一個完整的臥式罐容量測量系統(tǒng)。每個組件的設(shè)計(jì)和使用都充分考慮了裝置在實(shí)際工業(yè)環(huán)境中的適用性和穩(wěn)定性，確保整個檢測裝置能夠高效而可靠的運(yùn)行。

3臥式罐容量快速測量方法的優(yōu)勢

3.1提升了檢測效率

臥式罐容量快速測量方法使用高精度電子秤進(jìn)行介質(zhì)質(zhì)量稱量，克服了原有測量方法對于大型標(biāo)準(zhǔn)金屬量器的依賴，大幅降低了運(yùn)輸成本和運(yùn)載風(fēng)險(xiǎn)。通過雙路并行方式，實(shí)現(xiàn)了介質(zhì)的連續(xù)注入和實(shí)時讀取，優(yōu)化了傳統(tǒng)測量方法中繁瑣的進(jìn)水與放水流程，高效的檢測方式在實(shí)際應(yīng)用中能夠顯著減輕檢定人員的勞動強(qiáng)度，使得臥式罐容量測量更加便捷、迅速。該方法基于質(zhì)量測量的原理，以高精度電子秤為主標(biāo)準(zhǔn)器，通過測量介質(zhì)質(zhì)量獲得相應(yīng)體積，并通過實(shí)時溫度測量進(jìn)行體積修正。通過實(shí)時監(jiān)測介質(zhì)的溫度，檢定人員能夠及時了解介質(zhì)密度的變化，進(jìn)而對體積進(jìn)行準(zhǔn)確修正。這一步驟的引入，有效提高了測量的準(zhǔn)確性，避免了溫度變化對測量結(jié)果的影響。這種全面、多層次的測量機(jī)制，使得該方法在檢測效率和測量準(zhǔn)確性上均表現(xiàn)出了獨(dú)特的優(yōu)勢，為相關(guān)行業(yè)提供了一種更為可靠、高效的容量測量解決方案。

3.2提高了罐體變形容忍度

在實(shí)際工業(yè)場景中，為了提高安全性，臥式罐內(nèi)部通常會設(shè)置防爆網(wǎng)，以防止意外火災(zāi)等危險(xiǎn)情況的發(fā)生。與幾何測量法相比，臥式罐容量快速測量方法無須進(jìn)入罐內(nèi)進(jìn)行測量，不會因罐內(nèi)防爆網(wǎng)的限制而無法進(jìn)行容量測量，為實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)提供了更為便捷的容量測量解決方案。臥式罐容量快速測量方法對于臥式罐體變形具有良好的容忍度。在實(shí)際運(yùn)輸和使用中，臥式罐體可能會因各種原因發(fā)生傾斜、變形或充液引起的彈性變形等情況。相比于傳統(tǒng)幾何測量法，臥式罐容量快速測量方法通過測量介質(zhì)液位高度變化來反映罐體內(nèi)部的變形情況，不需要額外的復(fù)雜修正和補(bǔ)償。這使得在面對各種臥式罐的實(shí)際工況時，臥式罐容量快速測量方法都能夠保持測量的準(zhǔn)確性和可靠性。這一特點(diǎn)為工業(yè)生產(chǎn)中常見的臥式罐體變形情況提供了有效的解決方案，提高了方法的實(shí)用性和適應(yīng)性。

4結(jié)束語

臥式罐容量快速測量方法及裝置為臥式罐容量測量領(lǐng)域引入了一種創(chuàng)新性的解決方案。通過高精度電子秤和雙路并行等手段實(shí)現(xiàn)了對檢測介質(zhì)的快速稱重和對臥式罐內(nèi)液位的自動讀取，提高了檢測效率、降低了勞動強(qiáng)度，并在使用場景上具備靈活性，適用于各種環(huán)境條件和臥式罐的不同工況。這一創(chuàng)新性的測量方法為工業(yè)生產(chǎn)提供了更為便捷、高效、可靠的容量測量手段，為臥式罐容量測量領(lǐng)域注入新的活力。

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【作者簡介】

尹鑫昊，男，1985年出生，工程師，學(xué)士，研究方向?yàn)榱髁?、容量?/p>

通信作者：周艷，女，1983年出生，高級工程師，學(xué)士，研究方向?yàn)榱髁?、容量、風(fēng)量計(jì)量技術(shù)研究。yan0715@163.com。

（編輯：李加鵬）