加油站臥式金屬罐容積自動校準(zhǔn)方法探討

    摘 要 通過分析現(xiàn)行加油站臥式金屬罐容積表檢定方法存在誤差大的原因，提出采用兩套 1000L 標(biāo)準(zhǔn)金屬量器、液位開關(guān)、液位儀、電磁閥、PLC 等設(shè)備組成基于標(biāo)準(zhǔn)量器的臥式金屬罐容積表自動校準(zhǔn)系統(tǒng)，通過實液比對，得到一組累計容積和液位對應(yīng)關(guān)系的數(shù)據(jù)，利用 Excel 表，對原罐表數(shù)據(jù)進行修正，實現(xiàn)了臥式金屬罐容積的自動校準(zhǔn)，提高了測量準(zhǔn)確度。

    0 引言
    臥式金屬罐作為計量和儲存液體的器具，廣泛地應(yīng)用于加油站中。由于臥式金屬罐容積表的誤差大引起的糾紛屢見不鮮。目前，臥式金屬罐容積的檢定方法大都采用由流量計加液位儀組成的臥式金屬罐容量測量編表系統(tǒng)、幾何量測量法或激光掃描法。這三種編表方法，已經(jīng)不能滿足加油站對臥式金屬罐容積表準(zhǔn)確度的要求。所以，需要采用一個更有效的方法來進行臥式金屬罐容積表的校準(zhǔn)，以提高臥式金屬罐容積表的準(zhǔn)確度和效率。

    1 現(xiàn)有臥式金屬罐容積檢定方法的缺陷
    1. 1 幾何量測量法
    臥式金屬罐現(xiàn)行檢定規(guī)程為 JJG 266—1996《臥式金屬罐容積》，適用于容積為 10m3 以上新建、改 建、使用中及修理后的臥式金屬罐容積檢定。對于容積為 10m3 以下的臥式金屬罐，規(guī)程規(guī)定可以采用容量比較法或其它相應(yīng)的方法進行檢定。臥式金屬罐檢定結(jié)果的擴展不確定度不大于 0. 4% ( 置信概率為 95% ) 。實際工作中由于下列因素，造成該規(guī)程用于加油站臥式金屬罐檢定并不適用，后續(xù)檢定中還存在安全隱患。

    1) 外力對罐體的影響
    由于加油站臥式金屬罐多數(shù)情況下埋在地下，受不同力的影響，造成罐壁表面出現(xiàn)明顯的變形及凹凸現(xiàn)象。

    2) 罐體的傾斜
    雖然罐體在安裝時盡量成水平狀態(tài)，但在投入使用后，罐體傾斜度會大于 0. 08，并且罐體的底座隨時間會產(chǎn)生較大的變形。

    3) 后續(xù)檢定存在的安全隱患臥式金屬罐后續(xù)檢定時，必須事先對罐內(nèi)進行清洗，罐內(nèi)不應(yīng)有殘留液體或沉積物，有毒和易燃?xì)怏w濃度必須符合安全規(guī)范的要求，這些要求在臥式金屬罐的后續(xù)檢定中難以滿足，檢定人員進入已經(jīng)裝過油品的臥式金屬罐作業(yè)，存在較大的安全隱患。

    1. 2 臥式金屬罐容量測量編表系統(tǒng)
    臥式金屬罐容量測量編表系統(tǒng)是一種近年來研制的容積自動測量計算裝置，編表方法是容量比較法。系統(tǒng)包括流量計、液位儀兩個主要測量部件以及控制和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、泵、輸液管、信號傳輸系統(tǒng)等輔助部件。但在實際工作中，由于各種編表條件的不理想，造成使用此裝置得到的容積表誤差較大，有大約 50% 左右的罐表誤差超過 0. 4% ，給加油站進、銷、存計量數(shù)據(jù)管理帶來影響。這些因素主要包括以下幾種情況:

    1) 數(shù)據(jù)的延遲
    由于卸油口到臥式金屬罐有一定的距離，且距離沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，造成流量計計量數(shù)據(jù)和對應(yīng)的油高數(shù)據(jù)不一致。

    2) 流量計的誤差影響
    流量計在長距離運輸及現(xiàn)場搬運中發(fā)生振動，影響流量計的精度; 同一臺流量計測量汽柴油時的誤差不一致; 不能保證每次對流量表進行檢定。

    3) 數(shù)據(jù)異常
    在臥式金屬罐編表系統(tǒng)的使用過程中，以下因素有可能造成罐表數(shù)據(jù)異常: 液位儀防護套內(nèi)有異物造成浮子卡阻; 油罐呼吸閥通氣補償，計量導(dǎo)向管上又無開孔; 通訊線路過長、干擾源等造成流量計脈沖丟失。
    從圖 1 可看出，由于油罐呼吸閥通氣不暢，計量導(dǎo)向管上又無開孔，因罐內(nèi)油氣產(chǎn)生的壓力和外界大氣壓力的不一致，造成罐內(nèi)液位和液位儀測的液位不一致，在計量導(dǎo)向管內(nèi)產(chǎn)生了虛假液位，因此，編表系統(tǒng)不能正確反映流量計流量累計數(shù)和液位儀測量的油高變化的對應(yīng)關(guān)系，所生成的容積表在編表高度 600 ～ 900mm 區(qū)間段，累計產(chǎn)生了約 250L的誤差。

    1. 3 激光掃描法
    2013 年，北京光電技術(shù)研究所研制出基于激光掃描法的 BJYG-1 型油罐容積檢測儀，其原理是采用垂直高度方向?qū)εP式罐容積分層測量并累加的原理，并在一加油站進行了試用，發(fā) 現(xiàn) 存 在 以 下問題:

    1) 準(zhǔn)確度偏低
    使用容積檢測儀測得容積表和標(biāo)準(zhǔn)量器注入法得到的容積表偏差為 0. 4% 。
    2) 使用不方便
    使用容積檢測儀測量臥式金屬罐時，需要把臥式罐的人孔蓋打開，而許多舊罐人孔蓋的螺絲已生銹，不容易打開，并且人孔蓋上還連接多條管線及設(shè)備。
    3) 存在安全隱患
    臥式金屬罐人孔蓋打開后，罐內(nèi)油氣直接和大氣相通，在一定區(qū)域內(nèi)會存在較濃的油氣，存在安全隱患。

    2 基于標(biāo)準(zhǔn)量器的臥式金屬罐容積表自動校準(zhǔn)系統(tǒng)
    基于標(biāo)準(zhǔn)量器的臥式金屬罐容積表自動校準(zhǔn)系統(tǒng)由防爆油泵、標(biāo)準(zhǔn)金屬量器、溢流罐、液位計、液位開關(guān)、防爆電磁閥、防爆磁力啟動器、防爆接線箱、防爆警示燈及自動控制系統(tǒng)組成。系統(tǒng)具有容積法檢定功能，對加油站臥式金屬罐容積和液位高度進行自動編表。系統(tǒng)全部采用計算機控制，由操作人員在計算機上完成檢定過程，檢定完成后自動進行編表，并可將檢定數(shù)據(jù)存儲以便日后查詢。

 2. 1 系統(tǒng)的特點
1) 考慮到地埋罐的初始編表和較后編表要用到 500L 標(biāo)準(zhǔn)容積，所以其中一個 1000L 標(biāo)準(zhǔn)金屬量器采用 2 個 500L 標(biāo) 準(zhǔn) 罐 串 聯(lián) 組 成，另 一 個 采 用1000L 標(biāo)準(zhǔn)金屬量器。所用量器均為二等標(biāo)準(zhǔn)量器，擴展不確定度為 0. 025% 。
2) 液位達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)金屬量器標(biāo)定容積后，系統(tǒng)將多余的液體通過溢流管線排入溢流罐中，以保證標(biāo)準(zhǔn)體積的準(zhǔn)確性，溢流罐的體積為 300L，每次排出的液體體積約 2 ～ 3L。 3) 系統(tǒng)使用液位儀來測量臥式金屬罐液位的高度，以便得到累計容積和液位高度相對應(yīng)的一組數(shù)據(jù)。
4) 系統(tǒng)中使用了防爆液位開關(guān)和電磁閥，實現(xiàn)自動檢測標(biāo)準(zhǔn)金屬量器和溢流罐中的液位，控制油路的流向，自動記錄數(shù)據(jù)等功能。

    2. 2 利用 Excel 表修正罐表
    編表校準(zhǔn)工作結(jié)束后，系統(tǒng)會自動得到一份含有液位高度和對應(yīng)容積的數(shù)據(jù)文件，利用這份文件，可以有兩種方法生成罐表，一種是采用內(nèi)插法，將臥式金屬罐分割成若干個厚度為十幾厘米的長方體，累積生成罐表，這樣的罐表雖然總量誤差很小，但分段誤差較大。另一種方法是在臥式金屬罐容量測量編表系統(tǒng)生成的罐表的基礎(chǔ)上，利用 Excel 表，分段求出每厘米對應(yīng)的修正值，對原罐表數(shù)據(jù)進行分段修正，這樣編制的臥式金屬罐編表的各段數(shù)據(jù)誤差較小。

    1) 對原罐表進行曲線調(diào)整
    如果原罐表曲線光滑，則不需要調(diào)整; 如果原罐表曲線有凸凹現(xiàn)象，則需要對罐表進行調(diào)整。首先計算出凸凹部分平均每厘米的升數(shù)，然后，將曲線進行調(diào)整。較后，計算出凸凹部分代表的總升數(shù)，采用內(nèi)插法，對原罐表曲線進行修補。
    2) 求每厘米修正值首先查原罐表修補后對應(yīng)高度的容積值填入表中，利用 Excel 表計算修正值、兩次標(biāo)準(zhǔn)容積之間的高度差、容積差、每厘米對應(yīng)的修正值。   
    3) 利用 Excel 表分段修正罐表利用 Excel 表，分段計算出修正值，將修正后的數(shù)據(jù)，生成新的罐表，得到圖 2 所示的曲線，完成罐表的編制。

    3 結(jié)論
    基于標(biāo)準(zhǔn)量器的臥式金屬罐容積表自動校準(zhǔn)系統(tǒng)，利用兩臺 1000L 標(biāo)準(zhǔn)金屬量器，采用電磁閥、液位開關(guān)實現(xiàn)了液體注入的自動控制，通過實液比對，得到一組累計容積和液位對應(yīng)關(guān)系的數(shù)據(jù)。利 用 Excel 表，對原罐表出現(xiàn)的凸凹現(xiàn)象進行調(diào)整修補，得到了修補后的罐表，在此基礎(chǔ)上，分別計算出分段修正值、兩次標(biāo)準(zhǔn)容積之間的高度差、容積差、每厘米對應(yīng)的修正值等數(shù)據(jù)，利用得到的修正數(shù)據(jù)，對原罐表數(shù)據(jù)進行修正。系統(tǒng)操作自動控制，數(shù)據(jù)修正利用 Excel 表，罐表修正簡單、快捷。系統(tǒng)實現(xiàn)了臥式金屬罐容積的自動校準(zhǔn)，編表精度高、人工勞動強度低、安全環(huán)保、效率適中，可以廣泛應(yīng)用于加油站臥式金屬罐容積校準(zhǔn)。使用該系統(tǒng)，可以滿足加油站日常經(jīng)營管理的需求。

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