外浮顶立式金属罐带液测量技术研究与应用

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《立式金属罐容量检定规程》中的金属罐的检定周期为4年，与金属罐检修周期 (6年)不同步，矛盾十分突出。目前国内有关单位相继开展了立式金属罐带液检定技术应用研究，探索操作性强、测量准确度高的外浮顶立式金属罐带液测量方法。

我们在外浮顶立式金属罐带液测量中，摸索出了- 种新的检测方法，重点解决了不清罐的情况下能准确测出罐底量、罐底边部标高和罐底标高等技术难题，是对现行国家检定规程中带液检定技术的细化，具有操作性强、实用价值高等特点。

1 带液测量技术研究经研究，罐底容量在用状态与检定状态存在很大的差异，当采用几何测量法测量罐底量时，因检定人员要进入，罐是空罐，罐底承受的压力只是检定人员站在底板上对罐底的重量。但浮顶罐在正常使用中浮顶并不落地，即液位在 2m以上，而按照立式金属罐底的变形规律，液高 2m以下是罐底变形最不确定的区间，当采用带液测量时油罐的底部受压状态更接近于油罐的实际使用状态，因此不仅可获得比空罐更高的测量准确度，更重要是检定人员无须进入油罐，节约了清罐费用，同时杜绝了因清罐时油品损耗和油品对环境的污染。

立式金属罐带液检定技术是在金属罐不清罐的情况下，按国家检定规程要求对所有项 目进行检测。为了保证检定结果准确、可靠，关键的技术是要解决油罐的底量、死量、参照高度、基础圈板等测量过程，特别是当罐底部测点位置发生变化时，对于不均匀的环形测量，就要修正到等面积的测量数据，从而在底量和死量的计算公式上按权重修正，得出符合检定规程的数据。

1-l 工作原理立式金属罐的罐体在理想状态下应是-圆筒式，分为若干层，从下至上依次称为第-圈板，第二圈板第n圈板，则每圈板容量 为 (1)叶式中：d 为第i圈板的内直径，mm；h 为第i圈板的内高，Iilm；i1，2，3，， 为圈板的序号。

若考虑罐底不平度、罐内附件体积、液体静压力引起的罐壁弹性变形的修正值，以及罐体的倾斜修正等，则每-圈板容量 为：- " .d2h- △ △ △ △ (2)- 式中：△ 为液体静压力修正值；A 为罐内附件之体积，当它的体积使罐的有效容量增加时，△ 为正值，反之，为负值；A 为罐底不平度的修正值；△ 为罐倾斜的修正值。

罐的总容量 为： ∑ (3)i1[收稿日期]2013-02-28[作者简介]陈 磊 (1956-)，男，浙江绍兴人，工程师，中国石化镇海炼化分公司计量中心主任，中国专业标准化技术委员会委员，从事仪表技术与贸易计量研究。

· 12 · Industrial Measurement 2013 Vo1.23 No.3METROLOGY TEST TECHNOLOGY & VERIFICATlON由测量原理可知，我们需要测量出每圈板直径、板高、板厚、罐底的标高及其测量位置、下计准点标高，罐内附件的几何尺寸及起止位置，并对罐体倾斜度和椭圆度进行测量。

1.2 准确度要求 (计量性能要求)(1)检定结果扩展不确定度要求：容量为 20-100m (含 100m )的立式金属罐，检定后总容量的扩展不确定度为 0.3% (.j2)；容量为 100-700m (含700m )的立式金属罐，检定后总容量的扩展不确定度为 0.2% (k2)；容量为700m 以上的立式金属罐，检定后总容量的扩展不确定度为0.1% (k2)。

(2)当油罐带液复检油罐时，浮顶无需完全起浮(浮顶立柱接触罐底)，检测人员在浮顶上部进行浮顶立柱顶部标高测量。

(3)当油罐首检时，将浮顶降到邻近起浮点处(确保浮顶支腿未着罐底，-般液高在 2200～2500mm左右)，此时在浮顶上面进行测量作业。

(4)当进行内铺尺基圆周长和其他圈板直径的测量时，将浮顶立柱接触罐底。

1.4 测量方法带液测量与几何法测量的主要差异是对罐底量、罐体第-圈板圆周、罐内附件等部分的测量。在浮顶处于起浮临界状态时 (浮顶立柱接触罐底)，通过测量罐底边部标高及浮顶立柱的顶端和水准平面之间的距离，从而获得每个浮顶立柱所在位置处的罐底标高测量值，再求取各部分测量值及修正值来计算罐底的容量。在圈板直径的测量中，可通过外围 (或内铺)尺测出圆周计算后获得，也可以测量后的基圆直径为基准通过测量各圈板相对于基圆的径向偏差再计算获得；参照高度的测量采用加重式量油尺进行测量。

2 带液测量实施多年来，我们开展了专项研究工作，制定了外浮顶立式金属罐带液测量易操作又准确的测量方法。

2007年8月首次在镇海炼化公司港储部 13号、14号外浮顶原油罐开展的带液测量中，重点开展了对罐底边部标高、罐底标高和罐外-圈板圆周等技术难度大的测量工作；在 2008年 6月至2012年期间，又对 17工业计量 2013年第23卷第 3期号等外浮顶原油罐实施了带液测量，分析各油罐测量数据，并与其他检定方法和实际容量法的比对，都达到了预期的结果。

2.1 关键操作(1)罐底边部标高测量在罐内浮顶上部，绕所基圆圈板圆周均匀布置若干测量点，水准仪吸附于罐壁上并调水平，将浮顶密封圈处撑开，把铜质标高尺 (3m)插入浮顶密封圈的间隙处直接测量。

(2)罐底标高测量罐底标高测量可分两种方法：当带液复检油罐时，浮顶无需完全起浮 (立柱触罐底)，在浮顶上面通过立柱顶部测量标高，详见带液测量示意图 1，并结合前期测得的立柱长度并加支腿垫板的厚度 (在油罐检修清罐时，可以获取相关数据)，即得罐底部标高。当带液首检油罐时，将浮顶降到邻近起浮点处确保浮顶支腿未着罐底，-般液高在 2200～2500mm左右，在浮顶上面采用抽拔立柱作业方式，并用铜质标高尺 (3m)插入到支柱套管中，获取该测量点的标高罐壁罐底边部标高图 1 带液测量示意图(3)基圆圆周的测量当罐体不保温时，基圆的圆周、各圈板的板高、板厚、径向偏差均可依照检定规程在罐体外部测量；当罐体保温时，外浮顶完全降落于罐底后，可以测量浮顶上方基圆圈板的圆周及其他圈板的径向差；罐内浮顶下方各圈板直径的测量，采用在罐浮顶上部，绕所基圆圈板圆周均匀布置若干测点，将浮顶密封圈处撑开，详见带液径向偏差测量定位设备 (专用自制)图 (图2)，根据内圆周铺尺测量处与圈板 1/4处和3/4处的距离，设置径向测量仪的长度，测量圈板 1/4和3/4处与内圆周铺尺测量处的径向偏差，板高和· 13 ·METROLOGY TEST TECHNOLOGY & VERlFICATION第-液面图 2 带液径向偏差测量定位设备图板厚可沿用上周期数据或查阅图纸获得。

(4)下计量基准点标高的测量使用接管式标高尺或加重型量油尺从检尺口放人，详见下计量基准点标高测量示意图 3，直至触及罐底部 (下计量基准点)，通过置于检尺平台上的水准仪读取数据 (h椅)，所对应罐底的为 G。点 (即为下计量基准点)；再用接管式标高尺或加重型量油尺从临近检尺口的罐壁处下尺做好标记，直至触及罐底边部，此时从检尺平台上的水准仪读取数据 (h )，所对应罐底的为G 点 (即罐底边部某点)～下计量基准点 G。与罐底边处 G 标高相比较得到Ah，以G点作为基点。在浮顶上部进行罐底标高测量，必须再测得 G 标高 (已做标记)，并做好记录。

GI图3 下计量基准点标高测量示意图上述测量方法适用于所有外浮顶立式金属罐的罐底带液测量，其操作方法简单且能保证测量精度。对于参照高度、死量、单盘式浮顶、双层式浮顶等测量按照现行检定规程操作。 (罐内附件测量，对于复检罐，因罐内附件未经修理，有关数据可参考上周期检定时的原始数据；无上周期检定数据可查阅罐施工验收图纸和相关资料。)2.2 实施步骤(1)检定项目根据 JJG 168-2005《立式金属罐容量》检定规程和带液测量方法，分别进行了空罐底量测量和带液罐底量测量、带液基圆圆周测量和参照高度测量。

① 带液罐底量测量罐底边部标高测量：在罐内浮顶上部，绕所基圆圈板圆周均匀布置若干测点，将水准仪吸附于罐壁上并调水平，将浮顶密封 圈处撑开，把铜质标 高尺(3m)插入浮顶密封圈的间隙处直接测量。

罐底标高测量：因港务储运部 17 罐是复检罐，浮顶无需完全起浮 (立柱触罐底)，我们采用在浮顶上面通过立柱顶部标高测量，并结合前期测得的立柱长度并加支腿垫板的厚度，即得罐底部标高。

② 空罐时的底量测量 (几何测量法)等面积分圆环法是检定规程规定的方法，在检定规程中对其使用的范围条件进行了约定。

③ 带液基圆圆周测量外浮顶完全降落于罐底后，可以测量浮顶上方基圆圈板的圆周及其他圈板的径向差。罐浮顶下方各圈板直径的测量，采用在罐浮顶上部，绕所基圆圈板圆周均匀布置若干测点，将浮顶密封圈处撑开，使用带液径向偏差测量仪，根据内圆周铺尺测量处与圈板1/4、3/4处的距离，设置径向测量仪的长度，测量圈板 1/4、3/4处与内圆周铺尺测量处的径向偏差。

④ 参照高度测量参照高度是指上计量基准点与下计量基准点之间的垂直距离。采用加重式量油尺，从上计量口顺沿计量槽至罐底，并确认量油尺头接触下计量板后，读取数据，重复上述测量两次，取平均值作为罐的参照高度。

(2)数据验证① 容量比较法选用截面积小于被检油罐且历年计量稳定的 12油罐作为容量比较标准罐，首先保证标准罐液位在预定高液位，使得标准罐罐底压实不受罐底变形影响，每次液高测量均检空尺。被测罐注入液体量第-点液Industrial Measurement 2013 Vo1.23 No.3METROLOGY TEST TECHNOLOGY ＆ VERlFlCATlON位高度应在敲浸没计量板 (检尺台)，即罐底死量。

第二点液位高度应在敲浸没被测罐底最高点，即罐底量。为了掌握罐底量是否下沉，可继续向罐内注人介质，每注入约500mm，检-次液高，直至到浮顶起浮位置为止，详见容量比对法示意图 (图4)。计量罐、被测罐的液位高度用量油尺测量两次，两次之差不超过 1mm。

图4 容量比对法示意图② 比对方法为了验证带液计量检测数据的准确程度，采用计量罐间比对方法，由标准罐对被测量罐进行充液验证。

选择合适容量罐的规则区间作为标准量器，对采用上述两种方法所形成的罐底量表的准确度进行复验。

被测罐：港储公司 17 ，容量：50000m ，液高从0升到 2149 mm；标准罐：港储公司12 ，容量：30000m。，液高从15735 mm降至到 12064 mm。

介质：原油 标密：0.906 g/cma)要求标准罐容量应小于或等于被测 17 罐容量，标准罐应保证液位在高液位且大于12m；被测罐封罐后罐内无物料，符合进料要求；标准罐与被测罐之间的工艺管线应充满物料并排除气体，关闭其它无关旁路无泄漏；标准罐内如有搅拌器，物料应充分搅拌无明显分层；测试过程中物料的温度、密度尽量保持不变。

b)准确测量标准罐的液位后，被测罐与标准罐的工艺管线联通，采用自压方式，当被测罐的液位达到400-500mm并覆盖整个罐底时停止进料，根据标准罐下降的液位查罐表计算出标准的输出的物料量。

C)当被测罐的液位达到 1570～1630mm，接近浮顶时停止进料，液位平稳后测量被测罐与标准罐液位。

d)当被测罐的液位达到 2160～2260mm浮顶起阁 (确保浮顶支腿未着罐底)停止进料，液位平稳后测量被测罐与标准罐液位。

表 1 标准罐量验证表在423mm低液位时，几何法的数据最为接近标准罐的值；当液位逐步升到后，因罐底开始变形，几何法的准确性开始变差，罐底的形状偏离了几何法在空罐时所测量的形状；当高度升到2149mm时，偏差量达到了 -10.603m ，误差 0.18%，；而采用带液测量时，低液位的差量较大 (因在低液位时，因罐内附件和罐底板未受-定量的承压与罐基础有间隙，造成数据偏差)，当液位上升后，罐底的形状越来越接近带液检定时的情形，当液位高度达到2149mm时，偏差量为 8.861m ，误差 0.15%。

比对数据说明采用带液测量法测量罐的底量，如果收发作业均在浮顶起浮的状态时，罐底的实际形状与带液测量到的形状比较接近，可以得到较高的准确度，尤其是测量底量的体积，底量的准确度要优于几何法。

工业计量 2013年第 23卷第3期3 结束语对外浮顶立式金属罐在不清罐的情况下实施带液测量，不仅能提高立式金属罐的使用效率，而且可取消立式金属罐因检定而清罐的费用，经济效益显著。

我们在多年的研究中逐步完善了以罐底和-圈板圆周测量为核心的带液测量技术，对罐底测量和-圈板圆周测量等关键数据的获取方式变得更为简便而且提高了测量的准确度，更重要的是带液测量得出的计量数据与在浮顶起浮的状态时的计量数据更为接近，计量数据更为准确，为贸易计量的油罐长周期使用探索出了-条新路。