加油站臥式金屬罐容積自動(dòng)校準(zhǔn)方法探討

    摘 要 通過(guò)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(kāi)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(dòng)校準(zhǔn)系統(tǒng)，通過(guò)實(shí)液比對(duì)，得到一組累計(jì)容積和液位對(duì)應(yīng)關(guān)系的數(shù)據(jù)，利用 Excel 表，對(duì)原罐表數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，實(shí)現(xiàn)了臥式金屬罐容積的自動(dòng)校準(zhǔn)，提高了測(cè)量準(zhǔn)確度。

    0 引言
    臥式金屬罐作為計(jì)量和儲(chǔ)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(jiàn)不鮮。目前，臥式金屬罐容積的檢定方法大都采用由流量計(jì)加液位儀組成的臥式金屬罐容量測(cè)量編表系統(tǒng)、幾何量測(cè)量法或激光掃描法。這三種編表方法，已經(jīng)不能滿(mǎn)足加油站對(duì)臥式金屬罐容積表準(zhǔn)確度的要求。所以，需要采用一個(gè)更有效的方法來(lái)進(jìn)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(cè)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(duì)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(jìn)行檢定。臥式金屬罐檢定結(jié)果的擴(kuò)展不確定度不大于 0. 4% ( 置信概率為 95% ) 。實(shí)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(duì)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(shí)盡量成水平狀態(tài)，但在投入使用后，罐體傾斜度會(huì)大于 0. 08，并且罐體的底座隨時(shí)間會(huì)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(shí)，必須事先對(duì)罐內(nèi)進(jìn)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(mǎn)足，檢定人員進(jìn)入已經(jīng)裝過(guò)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(cè)量編表系統(tǒng)
    臥式金屬罐容量測(cè)量編表系統(tǒng)是一種近年來(lái)研制的容積自動(dòng)測(cè)量計(jì)算裝置，編表方法是容量比較法。系統(tǒng)包括流量計(jì)、液位儀兩個(gè)主要測(cè)量部件以及控制和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、泵、輸液管、信號(hào)傳輸系統(tǒng)等輔助部件。但在實(shí)際工作中，由于各種編表?xiàng)l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(guò) 0. 4% ，給加油站進(jìn)、銷(xiāo)、存計(jì)量數(shù)據(jù)管理帶來(lái)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(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，造成流量計(jì)計(jì)量數(shù)據(jù)和對(duì)應(yīng)的油高數(shù)據(jù)不一致。

    2) 流量計(jì)的誤差影響
    流量計(jì)在長(zhǎng)距離運(yùn)輸及現(xiàn)場(chǎng)搬運(yùn)中發(fā)生振動(dòng)，影響流量計(jì)的精度; 同一臺(tái)流量計(jì)測(cè)量汽柴油時(shí)的誤差不一致; 不能保證每次對(duì)流量表進(jìn)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(guò)程中，以下因素有可能造成罐表數(shù)據(jù)異常: 液位儀防護(hù)套內(nèi)有異物造成浮子卡阻; 油罐呼吸閥通氣補(bǔ)償，計(jì)量導(dǎo)向管上又無(wú)開(kāi)孔; 通訊線(xiàn)路過(guò)長(zhǎng)、干擾源等造成流量計(jì)脈沖丟失。
    從圖 1 可看出，由于油罐呼吸閥通氣不暢，計(jì)量導(dǎo)向管上又無(wú)開(kāi)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(cè)的液位不一致，在計(jì)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(jì)流量累計(jì)數(shù)和液位儀測(cè)量的油高變化的對(duì)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(jì)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(cè)儀，其原理是采用垂直高度方向?qū)εP式罐容積分層測(cè)量并累加的原理，并在一加油站進(jìn)行了試用，發(fā) 現(xiàn) 存 在 以 下問(wèn)題:

    1) 準(zhǔn)確度偏低
    使用容積檢測(cè)儀測(cè)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(cè)儀測(cè)量臥式金屬罐時(shí)，需要把臥式罐的人孔蓋打開(kāi)，而許多舊罐人孔蓋的螺絲已生銹，不容易打開(kāi)，并且人孔蓋上還連接多條管線(xiàn)及設(shè)備。
    3) 存在安全隱患
    臥式金屬罐人孔蓋打開(kāi)后，罐內(nèi)油氣直接和大氣相通，在一定區(qū)域內(nèi)會(huì)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(dòng)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(dòng)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(jì)、液位開(kāi)關(guān)、防爆電磁閥、防爆磁力啟動(dòng)器、防爆接線(xiàn)箱、防爆警示燈及自動(dòng)控制系統(tǒng)組成。系統(tǒng)具有容積法檢定功能，對(duì)加油站臥式金屬罐容積和液位高度進(jìn)行自動(dòng)編表。系統(tǒng)全部采用計(jì)算機(jī)控制，由操作人員在計(jì)算機(jī)上完成檢定過(guò)程，檢定完成后自動(dòng)進(jìn)行編表，并可將檢定數(shù)據(jù)存儲(chǔ)以便日后查詢(xún)。

 2. 1 系統(tǒng)的特點(diǎn)
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(gè) 1000L 標(biāo)準(zhǔn)金屬量器采用 2 個(gè) 500L 標(biāo) 準(zhǔn) 罐 串 聯(lián) 組 成，另 一 個(gè) 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(kuò)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(guò)溢流管線(xiàn)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(lái)測(cè)量臥式金屬罐液位的高度，以便得到累計(jì)容積和液位高度相對(duì)應(yīng)的一組數(shù)據(jù)。
4) 系統(tǒng)中使用了防爆液位開(kāi)關(guān)和電磁閥，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)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(dòng)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(huì)自動(dòng)得到一份含有液位高度和對(duì)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(gè)厚度為十幾厘米的長(zhǎng)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(cè)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(duì)應(yīng)的修正值，對(duì)原罐表數(shù)據(jù)進(jìn)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(duì)原罐表進(jìn)行曲線(xiàn)調(diào)整
    如果原罐表曲線(xiàn)光滑，則不需要調(diào)整; 如果原罐表曲線(xiàn)有凸凹現(xiàn)象，則需要對(duì)罐表進(jìn)行調(diào)整。首先計(jì)算出凸凹部分平均每厘米的升數(shù)，然后，將曲線(xiàn)進(jìn)行調(diào)整。較后，計(jì)算出凸凹部分代表的總升數(shù)，采用內(nèi)插法，對(duì)原罐表曲線(xiàn)進(jìn)行修補(bǔ)。
    2) 求每厘米修正值首先查原罐表修補(bǔ)后對(duì)應(yīng)高度的容積值填入表中，利用 Excel 表計(jì)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(duì)應(yīng)的修正值。   
    3) 利用 Excel 表分段修正罐表利用 Excel 表，分段計(jì)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(xiàn)，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(dòng)校準(zhǔn)系統(tǒng)，利用兩臺(tái) 1000L 標(biāo)準(zhǔn)金屬量器，采用電磁閥、液位開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)了液體注入的自動(dòng)控制，通過(guò)實(shí)液比對(duì)，得到一組累計(jì)容積和液位對(duì)應(yīng)關(guān)系的數(shù)據(jù)。利 用 Excel 表，對(duì)原罐表出現(xiàn)的凸凹現(xiàn)象進(jìn)行調(diào)整修補(bǔ)，得到了修補(bǔ)后的罐表，在此基礎(chǔ)上，分別計(jì)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(duì)應(yīng)的修正值等數(shù)據(jù)，利用得到的修正數(shù)據(jù)，對(duì)原罐表數(shù)據(jù)進(jìn)行修正。系統(tǒng)操作自動(dòng)控制，數(shù)據(jù)修正利用 Excel 表，罐表修正簡(jiǎn)單、快捷。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了臥式金屬罐容積的自動(dòng)校準(zhǔn)，編表精度高、人工勞動(dòng)強(qiáng)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(mǎn)足加油站日常經(jīng)營(yíng)管理的需求。

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