加油站臥式金屬罐容積自動校準方法探討

    摘 要 通過分析現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 標準金屬量器、液位開關、液位儀、電磁閥、PLC 等設備組成基于標準量器的臥式金屬罐容積表自動校準系統，通過實液比對，得到一組累計容積和液位對應關系的數據，利用 Excel 表，對原罐表數據進行修正，實現了臥式金屬罐容積的自動校準，提高了測量準確度。

    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、幾何量測量法或激光掃描法。這三種編表方法，已經不能滿足加油站對臥式金屬罐容積表準確度的要求。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，以提高臥式金屬罐容積表的準確度和效率。

    1 現有臥式金屬罐容積檢定方法的缺陷
    1. 1 幾何量測量法
    臥式金屬罐現行檢定規程為 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，規程規定可以采用容量比較法或其它相應的方法進行檢定。臥式金屬罐檢定結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，造成該規程用于加油站臥式金屬罐檢定并不適用，后續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情況下埋在地下，受不同力的影響，造成罐壁表面出現明顯的變形及凹凸現象。

    2) 罐體的傾斜
    雖然罐體在安裝時盡量成水平狀態，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生較大的變形。

    3) 后續檢定存在的安全隱患臥式金屬罐后續檢定時，必須事先對罐內進行清洗，罐內不應有殘留液體或沉積物，有毒和易燃氣體濃度必須符合安全規范的要求，這些要求在臥式金屬罐的后續檢定中難以滿足，檢定人員進入已經裝過油品的臥式金屬罐作業，存在較大的安全隱患。

    1. 2 臥式金屬罐容量測量編表系統
    臥式金屬罐容量測量編表系統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。系統包括流量計、液位儀兩個主要測量部件以及控制和數據處理系統、泵、輸液管、信號傳輸系統等輔助部件。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、存計量數據管理帶來影響。這些因素主要包括以下幾種情況:

    1) 數據的延遲
    由于卸油口到臥式金屬罐有一定的距離，且距離沒有統一的標準，造成流量計計量數據和對應的油高數據不一致。

    2) 流量計的誤差影響
    流量計在長距離運輸及現場搬運中發生振動，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) 數據異常
    在臥式金屬罐編表系統的使用過程中，以下因素有可能造成罐表數據異常: 液位儀防護套內有異物造成浮子卡阻; 油罐呼吸閥通氣補償，計量導向管上又無開孔; 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，計量導向管上又無開孔，因罐內油氣產生的壓力和外界大氣壓力的不一致，造成罐內液位和液位儀測的液位不一致，在計量導向管內產生了虛假液位，因此，編表系統不能正確反映流量計流量累計數和液位儀測量的油高變化的對應關系，所生成的容積表在編表高度 600 ～ 900mm 區間段，累計產生了約 250L的誤差。

    1. 3 激光掃描法
    2013 年，北京光電技術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對臥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 現 存 在 以 下問題:

    1) 準確度偏低
    使用容積檢測儀測得容積表和標準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備。
    3) 存在安全隱患
    臥式金屬罐人孔蓋打開后，罐內油氣直接和大氣相通，在一定區域內會存在較濃的油氣，存在安全隱患。

    2 基于標準量器的臥式金屬罐容積表自動校準系統
    基于標準量器的臥式金屬罐容積表自動校準系統由防爆油泵、標準金屬量器、溢流罐、液位計、液位開關、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組成。系統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，并可將檢定數據存儲以便日后查詢。

 2. 1 系統的特點
1) 考慮到地埋罐的初始編表和較后編表要用到 500L 標準容積，所以其中一個 1000L 標準金屬量器采用 2 個 500L 標 準 罐 串 聯 組 成，另 一 個 采 用1000L 標準金屬量器。所用量器均為二等標準量器，擴展不確定度為 0. 025% 。
2) 液位達到標準金屬量器標定容積后，系統將多余的液體通過溢流管線排入溢流罐中，以保證標準體積的準確性，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的一組數據。
4) 系統中使用了防爆液位開關和電磁閥，實現自動檢測標準金屬量器和溢流罐中的液位，控制油路的流向，自動記錄數據等功能。

    2. 2 利用 Excel 表修正罐表
    編表校準工作結束后，系統會自動得到一份含有液位高度和對應容積的數據文件，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生成的罐表的基礎上，利用 Excel 表，分段求出每厘米對應的修正值，對原罐表數據進行分段修正，這樣編制的臥式金屬罐編表的各段數據誤差較小。

    1) 對原罐表進行曲線調整
    如果原罐表曲線光滑，則不需要調整; 如果原罐表曲線有凸凹現象，則需要對罐表進行調整。首先計算出凸凹部分平均每厘米的升數，然后，將曲線進行調整。較后，計算出凸凹部分代表的總升數，采用內插法，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高度的容積值填入表中，利用 Excel 表計算修正值、兩次標準容積之間的高度差、容積差、每厘米對應的修正值。   
    3) 利用 Excel 表分段修正罐表利用 Excel 表，分段計算出修正值，將修正后的數據，生成新的罐表，得到圖 2 所示的曲線，完成罐表的編制。

    3 結論
    基于標準量器的臥式金屬罐容積表自動校準系統，利用兩臺 1000L 標準金屬量器，采用電磁閥、液位開關實現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關系的數據。利 用 Excel 表，對原罐表出現的凸凹現象進行調整修補，得到了修補后的罐表，在此基礎上，分別計算出分段修正值、兩次標準容積之間的高度差、容積差、每厘米對應的修正值等數據，利用得到的修正數據，對原罐表數據進行修正。系統操作自動控制，數據修正利用 Excel 表，罐表修正簡單、快捷。系統實現了臥式金屬罐容積的自動校準，編表精度高、人工勞動強度低、安全環保、效率適中，可以廣泛應用于加油站臥式金屬罐容積校準。使用該系統，可以滿足加油站日常經營管理的需求。

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