利用全站仪圈板测量数据计算立罐倾斜度

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METROLOGY TEST TECHNOLOGY&VERIFICATlON 量 塞利用全站仪 圈板测量数据计算立罐倾斜度武建龙 ，郭 磁 ，徐 忠阳(1．大庆石油管理局技术监督中心，黑龙江 大庆 163453；2．中量度衡 (北京)科技有限公司，北京 100055)[摘 要]文章探讨了利用全站仪圈板测量数据计算立罐倾斜度的几种方法，给出了具体计算公式，并根据某原油储备库立罐容量检定的实测数据，比较分析了新方法与传统方法测定立罐倾斜的结果。最后建议以单个圈板为单位，修正圈板倾斜对立罐容量计算的影响。

[关键词]立式罐；倾斜度；容量检定；全站仪[中图分类号]TH71$ [文献标识码]B [文章编号]1002—1183(2013)05—0007—03目前，全站仪在立罐容量检定中的应用越来越多，一般的方法是利用自动化全站仪 自动扫描立罐各圈板 1／4和3／4高处的水平截面圆圆周上的坐标，然后根据坐标拟合计算截面圆的半径?。实际上，在拟合截面圆半径的同时，也得到了该截面圆的圆心坐标。那么，能否把计算所得的圆心坐标信息也利用起来呢?例如通过比较各水平截面圆圆心坐标的偏差，求解立罐倾斜的情况，甚至可以细化到各圈板圆心相对立罐铅垂轴线的偏离情况，以及每个圈板的各 自倾斜度。通过这些信息处理，不但可以实现以单个圈板为单位，修正圈板倾斜对立罐容量的影响；还可以综合评价立罐建造质量，或对使用中的立罐变形和防倾倒安全状况提供更详细的数据信息。

1 利用全站仪圈板测量数据计算立罐倾斜度1．1 全站仪测量立罐圈板半径方法简介如图 1，在立罐罐底圆心 (或浮盘中心)附近架设全站仪，按水平截面扫描的模式，在各圈板高1／4和3／4的圆周处均匀采集多个点 (12个点以上)的平面坐标，利用这些点的平面坐标拟合计算水平截面圆的半径，同时得到各截面圆圆心的坐标。

1．2 利用截面圆圆心坐标计算立罐倾斜度(1)方法一作为简单的方法，通过比较立罐最高层截面圆圆心坐标与基圆圆心坐标之差，除以两者之间的高度差，即可得到立罐的倾斜度。

设最高水平截面圆的圆心坐标为 ( 。高，Y。高)，基圆圆心坐标为 ( 。基，y。某)，两截面圆之间的高差图 1 立式罐全站仪内测方法示意图为 dH，则圆心坐标差为：dx= 。高一戈。基，dy：Yo高一y0基 (1)立式罐的倾斜角 为：口=aro“t (~／ +ag／d~／) (2)立式罐的倾斜方向 (相对于坐标系 轴为起始方向的方位角 )为：O／=aretan(dy／dx) (3)(2)方法二实际上，通过比较最高层截面圆与基圆圆心坐标差来计算罐体的倾斜角存在较大的近似性，因为不同高度的圈板中心与基圆中心的偏差存在随机性，即存在扭曲的现象。作为一种更严密的方法，可以充分利用不同高度圈板截面圆与基圆圆心的偏差，按线性回归的方式求解整个罐体的倾斜度。

设从下至上第 i个截面圆的圆心坐标为 (Y。 )，相对基圆的高差为dH ，则相对基圆圆心的偏差为：= 0 — 0基，dy ：Yo —y0基 (4)[收稿日期]2012—03—12[作者简介]武建龙 (1962一)，男，河北丰润人，工程师，毕业于哈尔滨师范大学，主要从事大容器计量检定测试工作。

工业计量 2o13年第23卷第 5期 ·7‘ 量型 壁 曼△ = 孺 有线性方程：(5) 2·2 不同方法得到立罐倾斜度结果比较△ =a x dH +b (6)多点回归求解式 (6)中的斜率 a，就可得到立式罐的倾斜角 ：=arctan(a) (7)(3)方法三在立罐容量计算时，一般以一个圈板为单位，由各圈板所围的容量之和得到立罐的总容量。因此在施加倾斜修正时，也以圈板为单位最为准确。即分别求得各圈板的倾斜度，然后按各圈板的倾斜度分别修正罐体倾斜对容量的影响。

实际上，利用全站仪测量坐标分别拟合计算各圈板高 1／4和 3／4处 的水平截面圆圆心坐标 ( ，Y )、( ， ，Y。 )，有两圆心之间的坐标差：4，：√( 7一 1／4j) +(Y3／4 —Yl／4~) (8)式中： 为圈板号，上述两圆心之间的高差为 越 (约为板高的 1／2)，则该圈板的倾斜角 为：卢 ：arctan(△f／d ) (9)2 实测数据计算分析2．1 全站仪测量各圈板截面圆圆心坐标差统计某原油储备库 lO0000m 外浮顶罐 的半径约为40m，高度约为20m。参照上述式(4)和式(5)，统计计算了其中3个罐(罐号分别为：LY1010、LYIO11、LY1012)的全站仪圈板截面圆圆心坐标差(如表 1所示)。这3个罐各圈板高度相同，由于在浮顶上测量，故参考数据在第 2圈板的3／4处以上测出。

表1 各圈板截面圆圆心与基圆圆心坐标差统计表 toni截 截面圆面 高差圃 dHi0 0 0 0 0 0 0 0 0 01211 0．7 1．1 1．3 2．3 —0．1 2．3 5．3 1．1 5．42422 1．4 1．7 2．2 2．4 —0．3 2．4 5．3 1．5 5．53631 1．3 1．2 1．8 2．2 —0．7 2．3 4．8 1．6 5．14840 2．0 0．9 2．2 1．7 —1．2 2 1 3．3 1．5 3．66051 I．8 4．6 4．9 —1
． 0 —2．5 2．7 1．3 2．4 2．77267 5．4 5．8 7．9 —2．7 —3．5 4．4 —0．4 1．3 1．48478 8．6 5．9 l0．4 —1．6 —1．2 2．0 0．4 2．8 2．89687 9．1 5．3 10．5 —6．6 —6．9 9．5 —4．0 0．8 4．110896 19．2 5．2 19．9 —0．4 —2．7 2
． 7 —4．2 8．2 9．212106 21．6 8．4 23．2 —5．4 —5．9 8．0 —6．3 6．5 9．1l3313 28．4 l3．3 31．4 —3．6 —6．9 7．8 —6．6 4．0 7．714519 32．4 14．2 35．4 —8．2 —14．3 16．5 —10．8 —0．5 10．8传统的方法是在罐底周边或第 1圈板的水平焊缝处，用水准仪等对径观测8对标高差，选取最大标高差与立罐直径相除，得到立罐罐体的倾斜度。这种倾斜度的测量方法实际上是认为立罐圆筒体与罐底垂直，通过测量罐底的倾斜度来反映直立圆筒体的倾斜度，因此存在一些局限性，例如未能顾及立罐圆筒体与罐底不垂直的影响、未能顾及圆筒体不同圈板倾斜度不一致的影响，等等。

结合表 l统计数据，把传统测量方法、本文列举的方法一、方法二计算所得的立罐倾斜度结果列于表 2。

表 2 传统方法与方法一、方法二得~U-cr罐倾斜度比较表根据表 1中的数据，按照上述 (方法三)中的式(8)和式 (9)，可以计算每个圈板的各 自倾斜度，结果如表3所示。

表3 方法三计算立罐各圈板的倾斜度表综合表 1、表 2和表 3的数据，可以看出：(1)从表 1中可以看出，总体上讲立罐罐体倾斜是逐步累积的过程。即相对于基圆圆心，低层圈板圆心水平偏离△ 较小，高层圈板圆心水平偏离 △ 逐步加大。

(2)参阅表 3中的数据，从单个圈板倾斜度来看，下部圈板的倾斜度较小，中、上部圈板的倾斜度较大。同一罐体不同圈板的实际倾斜度并不一致，存在较大的差异。

(下转第 18页)Industria1 M easurement 2013 Vo1．23 No．5如 如 ∞ 叫 加 蛐 跚性 图，见图 4。

METROLOGY TEST TECHNOLOGY ＆ VERlFICATlON图4 气体标定下 VSF的误差特性图文献 [2]中，对同一台 VSF分别用空气、水、轻油做误差标定试验，试验表明：在一定的雷诺数内，在不同标定介质下的误差特性均在 ±1．0％以内。

文献[4]中，对YF型 VSF分别做了如下实流标定试验：常压空气和水、不同压力空气和水、高压空气和水、不同介质(二氧化碳、空气、氮气、重油)和水、液氮和水，试验表明：在一定的雷诺数内，在上述不同标定条件下，其误差均在 4-1．0％以内。

试验结果表明：在一定的雷诺数范围内，VSF的准确度受介质影响很小；其流量系数 (K系数)与流量特性曲线 (K—p特性曲线)如图5所示。

4 结论涡街流量计是基于流体振荡原理的一种新型流量测量仪表，应用范围广泛，是一种常用的流量计量器具。在计量标准器的限制下，本文立足涡街流量计的原理和特性，结合实例介绍了运用气体流量标准装置校准液体涡街流量计，值得注意的是本文指的流量计是可以通过显示器或手操器 (如 BT200、HART375)等更改设置的涡街流量计。

图5 涡街流量计 ，(一Q特性曲线图[参考文献][1]JJG 1029-2007，涡街流量计检定规程 [S].

[2]苏彦勋，盛健，梁国伟 ．流量计量与测试 [M]．北京：中国计量出版社，1992，8：35—42.

[3]姜仲霞，姜川涛，刘桂芳．涡街流量计 [M]．北京：中国石化出版社 ，2005：35—36，336—365.

[4]朱德祥．流量仪表原理和应用 [M]．上海：华东化工学院出版社 ，1992，3：89—91.

[5]王池 ．流量测量不确定度分析 [M]．北京：中国计量出版社 ，2002，5：82—83.

[编辑：邓茂焕](上接第 8页)(3)从表 2和表 3中可以发现，分别用方法一和方法二计算得到的罐体总体倾斜度比较接近，但与传统方法测定的倾斜度相差较大；而在罐底测量的传统方法与方法三得到的低层圈板倾斜度比较一致。

(4)总体来讲，利用传统方法、方法一和方法二得到的单一立罐倾斜度，不能真实反映各圈板的实际倾斜情况，存在代表性误差。但相对传统方法和方法三来讲，方法一、特别是方法二，能较准确反映立罐轴线偏离铅垂线的大小情况，对立罐建造质量的评价与防倾覆的安全评估可以提供定量依据。

3 结论(1)利用全站仪水平扫描立罐圈板各截面圆圆周坐标的数据，在拟合计算圆周半径的同时，还能得到准确的圆心坐标。

(2)利用各圈板高 1／4和3／4处的水平截面圆圆心坐标差，可以计算立罐每个圈板各自的倾斜度。因· 18·此以单个圈板为单位，修正圈板倾斜对容量的影响，从理论上讲将更加严密，立罐容量倾斜修正也将更加准确。

(3)仅利用最高层截面圆与基圆圆心2点偏差计算的立罐倾斜度 (方法一)，或基于各圈板截面圆相对基圆的圆心偏差与高差之间的多点线性回归统计得到的立罐倾斜度 (方法二)，能总体反映立罐轴线偏离铅垂线的大小情况，可以用于立罐建造质量评价与防倾倒安全评估。

[参考文献][1]JJG 168-2005，立式金属罐容量 [S].

[2]刘子勇 ．容量计量 [M]．北京：中国计量出版社，2009．11.

[3]徐忠阳．立式金属罐容量检定全站仪方法补充细则 [C].

国家计量检定规程容量宣贯会 ．郑州，2007．11.

[编辑：谢永善]Industrial Measurement 2013 Vo1．23 No．5