立式金属罐底量容量计算探析

徐添喜

（福建闽科测试技术研究院有限公司，福建 福州 350100）

作为工业计量领域重要组成部分，立式金属罐检定，是保证化工、石油、铁路、民航等行业油品、燃料储运计量准确性的关键技术。立式金属储罐投入使用后，在频繁收发、交接背景之下，储罐内储存物，在高低液位频繁交错状态之下，因液态存储物重力作用于储罐底板、储罐基础，储罐罐底沉降随时间推移会逐步增加，大量使用多年立式储罐其罐底已形成锅底型状态，而这一变形过程十分缓慢，少则数年，多则数十年，故极易让计量人员计算失准，需要采取科学方法对立式金属罐底量容量进行科学计算，以确保在储罐变形状态下仍旧获取精确计算结果。

1 基于容量比较法的立式金属罐底量容量计算

1.1 罐底下计量基准点对于罐容量的影响分析

当立式金属罐底出现基础变形，带液、空罐状态之下罐底状态有所差异，极易导致储罐容量表失准，影响罐内液态货物计量失误。立式金属罐投入使用状态后，罐体状态不同于投入使用前空罐状态，容量表多数会出现失准问题，这一现象根本原因在于当立式金属罐装入液态存储物后会出现罐底板沉降问题，且这一沉降问题具有不规则特征，液体存储物交接期间的差量大小主要由沉降具体情况决定，上述这些差量均同计量板息息相关，因此当液态存储物装入立式金属罐而导致底板下沉，罐底容量表必然发生变化。

基于储油罐计量液体存储物期间，须以容量表高度进行测量，即设计到参照高度，即对上计量基准点、表计量基准点二者之间垂直距离进行计算，在罐底变形背景下，高液位、低液位计量结果存在巨大误差。

1.2 容量比较法应用

对于容量比较法的应用，首先将2 个已完成专业检定的立式金属罐作为对照罐、研究罐。针对对照罐，于罐体高液位且罐底不再出现变形状态条件之下，将高液位筒体部分作为实验标准容量，对于液面检尺基准，则以罐顶检尺点为基准。随后，将标准容量段液体存储物，以分批次形式注入到研究罐体内，同时开展容积比较，如此便可实现研究罐底变形差量求取。具体步骤如下：

（1）将对照罐液体存储物注入研究罐；

（2）以容量表为工具，对比研究罐、对照罐容量数据，从而得出立式金属罐底板突变、渐变临界液高度，同时分析渐变的规律；

（3）基于测量数据进行容量表编辑，基于数据分析得出对比结果。

与此同时，对比立式金属罐整体罐准确度，筒体部位准确度更高，因此应将这一部分作为对比具体位置，以满足测量精度要求。

2 基于几何测量法的立式金属罐底量容量计算

虽然容量比较法可满足历史及金属罐底量容量计算精确度要求，然而受到实际测量条件限制，运用容量比较法，对于水泵、水源、电源和水温等均有一定要求，且测量阶段需要耗费较高成本，如电费、水费等，故目前更加广泛应用的方法为几何测量法。运用几何测量法实现立式金属罐底量容量计算，其主要步骤为工具准备、确认测量点和测量点标高测量。

2.1 工具准备阶段

运用几何测量法实现立式金属罐底量容量计算，首先准备1～50 m 自动安平水准仪，设备最大允许误差为3"，同时准备符合防爆要求的防爆手电筒，0～2 m 且允许误差±1 mm 的带刻度标尺。

2.2 确认测量点

首先，将第一圈板圆周轴长度划分为8 个亦或是16个等份圆弧，并将立式金属罐罐底面积基于圆心点划分为8 个亦或是16 个等面积圆环。随后，确认测量点，圆心至圆弧距离同各个圆环交点便为测量点。对于各个圆环至圆心的距离，以表达式（1）展开计算：

式（1）中：第一圈半圆的周半径以R 表示，单位为mm；圆环具体数量以m 表示。根据我国JJG 168—2005《立式金属罐容量检定规程》文件要求，立式金属罐罐底测量点数方面：当立式金属罐容积≤700 dm3，则设置1 环测量环数，每一环测量点数设置8 个，当立式金属罐容积≥700，则设置1 环测量环数，每一环测量点数设置8 个。对于容积≥700 且≤10 000 的立式金属罐，设置8 环测量环数，每一环测量点数同样设置8 个。对于容积≥10 000 且≤50 000 的立式金属罐，测量环数设置8 环，每一环测量点数设置16 个，容积＞50 000 的立式金属罐，测量环数设置16 环，每一环同样设置16 个测量点数。

测量操作期间，在罐底中心附近相对稳定部位设置水准仪，利用标高尺逐一直立在各个测点、立式金属罐罐底中心及以下计量基准点。针对同一水平线之下的数值使用水准仪逐一读出，对测量得出数值进行记录。在立式金属罐已投入使用背景下，随立式金属罐液位逐渐上升，立式金属罐基础会受液位的压力作用影响，当液位达到某一高度临界点之后，出现罐底弹性下沉，立式金属罐罐底的变形会导致静态空罐状态之下，几何测量法测量得出的立式金属罐罐底容量有所增加，此刻差量便会出现，这一差量，采用传统几何测量法无法实现。针对这一问题，可将罐底测量点安装液位高度数据传感器，配合几何测量法实现立式金属罐底量容量计算。

本文以某港口油品码头公司V-120 立式金属油罐底量容量测量为例。首先，于V-120 立式金属油罐空罐状态下，基于几何测量法进行V-120 罐底数据采集，见表1。

表1 某港口油品码头公司V-120 油罐静态空罐状态罐底数据

基于上述集合测量法对V-120 立式金属油罐鉴定数据，以JJG 168—2005《立式金属罐容量检定规程》中提供的公式进行计算，如表达式（2）：式（2）中：hd高度的函数为△VB，单位为dm3，罐底量容量表的高度为hd，计算区间为立式金属罐罐底最高点至下计量基准点，单位为mm；第一圈板内直径以d 表示，单位为mm。测量阶段，各测量点的标高为式（2）中的Bα，i，B1，j......Bm，j，单位为mm，自定义函数为F（hd，Bm，j，B基），具体定义如表达式（3）：

最终基于计算结果为某港口油品码头公司V-120油罐静态空罐状态量V=42 207 K，147 mm 指标高度。

随后，于每一个V-120 油罐罐底测量点安装液位高度数据传感器，如此当V-120 油罐注入油液，且到达某液位之后，液位高度数据传感器随之产生突变，当剧烈变化逐渐发展为变化稳定、减弱后，再次采集罐底数据，见表2。

表2 V-120 油罐静态空罐注入油液后罐底数据

结合上述公式计算，最后得出V-120 立式金属油罐底量容量为V=33 535 L，109 mm 制表高度；当V-120管体内液位高度达到6 635 mm，同罐容表对应的容量，对比实际注入至V-120 油罐内的液体容量存在差量，这一差量为2 650 L。

3 结束语

立式金属罐投入使用之后，基于地质因素、环境因素以及内部存储物液位高度不断交替变化，罐底会逐渐产生弹性沉降，导致存储物交接阶段出现差量，为存储物购买者亦或是运营单位带来经济损失，本文针对立体金属罐罐底变形问题，开展罐底量容量计算研究，依次开展基于容量比较法、几何测量法的立体金属罐底量容量计算研究，确保相关单位可采取科学方法规避金属罐存储物体差量带来的经济损失，同时同一类立体金属罐，其施工、建设方法与材料基本一致，故采取上述方法进行统一规格罐底量容量计算，即计算统一规格罐容表阶段，于该液位高度之下加上一次性差量便可切实满足罐底量容量计算需求。