立式金屬罐底量容量計算探析

徐添喜

（福建閩科測試技術研究院有限公司，福建 福州 350100）

作為工業計量領域重要組成部分，立式金屬罐檢定，是保證化工、石油、鐵路、民航等行業油品、燃料儲運計量準確性的關鍵技術。立式金屬儲罐投入使用后，在頻繁收發、交接背景之下，儲罐內儲存物，在高低液位頻繁交錯狀態之下，因液態存儲物重力作用于儲罐底板、儲罐基礎，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，而這一變形過程十分緩慢，少則數年，多則數十年，故極易讓計量人員計算失準，需要采取科學方法對立式金屬罐底量容量進行科學計算，以確保在儲罐變形狀態下仍舊獲取精確計算結果。

1 基于容量比較法的立式金屬罐底量容量計算

1.1 罐底下計量基準點對于罐容量的影響分析

當立式金屬罐底出現基礎變形，帶液、空罐狀態之下罐底狀態有所差異，極易導致儲罐容量表失準，影響罐內液態貨物計量失誤。立式金屬罐投入使用狀態后，罐體狀態不同于投入使用前空罐狀態，容量表多數會出現失準問題，這一現象根本原因在于當立式金屬罐裝入液態存儲物后會出現罐底板沉降問題，且這一沉降問題具有不規則特征，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，因此當液態存儲物裝入立式金屬罐而導致底板下沉，罐底容量表必然發生變化。

基于儲油罐計量液體存儲物期間，須以容量表高度進行測量，即設計到參照高度，即對上計量基準點、表計量基準點二者之間垂直距離進行計算，在罐底變形背景下，高液位、低液位計量結果存在巨大誤差。

1.2 容量比較法應用

對于容量比較法的應用，首先將2 個已完成專業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變形狀態條件之下，將高液位筒體部分作為實驗標準容量，對于液面檢尺基準，則以罐頂檢尺點為基準。隨后，將標準容量段液體存儲物，以分批次形式注入到研究罐體內，同時開展容積比較，如此便可實現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、對照罐容量數據，從而得出立式金屬罐底板突變、漸變臨界液高度，同時分析漸變的規律；

（3）基于測量數據進行容量表編輯，基于數據分析得出對比結果。

與此同時，對比立式金屬罐整體罐準確度，筒體部位準確度更高，因此應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，然而受到實際測量條件限制，運用容量比較法，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較高成本，如電費、水費等，故目前更加廣泛應用的方法為幾何測量法。運用幾何測量法實現立式金屬罐底量容量計算，其主要步驟為工具準備、確認測量點和測量點標高測量。

2.1 工具準備階段

運用幾何測量法實現立式金屬罐底量容量計算，首先準備1～50 m 自動安平水準儀，設備最大允許誤差為3"，同時準備符合防爆要求的防爆手電筒，0～2 m 且允許誤差±1 mm 的帶刻度標尺。

2.2 確認測量點

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劃分為8 個亦或是16 個等面積圓環。隨后，確認測量點，圓心至圓弧距離同各個圓環交點便為測量點。對于各個圓環至圓心的距離，以表達式（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；圓環具體數量以m 表示。根據我國JJG 168—2005《立式金屬罐容量檢定規程》文件要求，立式金屬罐罐底測量點數方面：當立式金屬罐容積≤700 dm3，則設置1 環測量環數，每一環測量點數設置8 個，當立式金屬罐容積≥700，則設置1 環測量環數，每一環測量點數設置8 個。對于容積≥700 且≤10 000 的立式金屬罐，設置8 環測量環數，每一環測量點數同樣設置8 個。對于容積≥10 000 且≤50 000 的立式金屬罐，測量環數設置8 環，每一環測量點數設置16 個，容積＞50 000 的立式金屬罐，測量環數設置16 環，每一環同樣設置16 個測量點數。

測量操作期間，在罐底中心附近相對穩定部位設置水準儀，利用標高尺逐一直立在各個測點、立式金屬罐罐底中心及以下計量基準點。針對同一水平線之下的數值使用水準儀逐一讀出，對測量得出數值進行記錄。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，立式金屬罐基礎會受液位的壓力作用影響，當液位達到某一高度臨界點之后，出現罐底彈性下沉，立式金屬罐罐底的變形會導致靜態空罐狀態之下，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，這一差量，采用傳統幾何測量法無法實現。針對這一問題，可將罐底測量點安裝液位高度數據傳感器，配合幾何測量法實現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下，基于幾何測量法進行V-120 罐底數據采集，見表1。

表1 某港口油品碼頭公司V-120 油罐靜態空罐狀態罐底數據

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

最終基于計算結果為某港口油品碼頭公司V-120油罐靜態空罐狀態量V=42 207 K，147 mm 指標高度。

隨后，于每一個V-120 油罐罐底測量點安裝液位高度數據傳感器，如此當V-120 油罐注入油液，且到達某液位之后，液位高度數據傳感器隨之產生突變，當劇烈變化逐漸發展為變化穩定、減弱后，再次采集罐底數據，見表2。

表2 V-120 油罐靜態空罐注入油液后罐底數據

結合上述公式計算，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V-120管體內液位高度達到6 635 mm，同罐容表對應的容量，對比實際注入至V-120 油罐內的液體容量存在差量，這一差量為2 650 L。

3 結束語

立式金屬罐投入使用之后，基于地質因素、環境因素以及內部存儲物液位高度不斷交替變化，罐底會逐漸產生彈性沉降，導致存儲物交接階段出現差量，為存儲物購買者亦或是運營單位帶來經濟損失，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，確保相關單位可采取科學方法規避金屬罐存儲物體差量帶來的經濟損失，同時同一類立體金屬罐，其施工、建設方法與材料基本一致，故采取上述方法進行統一規格罐底量容量計算，即計算統一規格罐容表階段，于該液位高度之下加上一次性差量便可切實滿足罐底量容量計算需求。