尹鑫昊 周艷 朱寧 胡振波 黃俊

【摘要】本文介紹了一種快速測(cè)量臥式罐容量的方法，用以解決傳統(tǒng)容量比較法和幾何測(cè)量法在檢測(cè)時(shí)存在的問(wèn)題。該方法通過(guò)使用高精度電子秤和雙路并行等手段，實(shí)現(xiàn)了對(duì)檢測(cè)介質(zhì)的快速稱重和對(duì)臥式罐內(nèi)液位的自動(dòng)讀取。相較于傳統(tǒng)方法，該方法顯著提高了檢測(cè)效率、降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，并在使用場(chǎng)景上具備靈活性，適用于各種環(huán)境條件。該方法具有檢測(cè)效率高、對(duì)罐體變形容忍度高等特點(diǎn)，可為工業(yè)生產(chǎn)提供更為便捷、高效、可靠的臥式罐容量測(cè)量手段，為該領(lǐng)域帶來(lái)了創(chuàng)新性的解決方案。

【關(guān)鍵詞】臥式罐；容量測(cè)量；電子秤；罐體變形容忍度

【DOI編碼】10.3969/j.issn.1674-4977.2024.03.063

【基金項(xiàng)目】自然科學(xué)基金-科市聯(lián)合項(xiàng)目（2022JJ90015）：便攜式臥式罐容積快速檢測(cè)方法的研究。

Research on a Horizontal Tank Volume Detection Method

YIN Xinhao， ZHOU Yan*， ZHU Ning， HU Zhenbo， HUANG Jun

（Hunan institute of metrology and testing， Changsha 410014， China）

Abstract： This article introduces a horizontal tank capacity measurement method to solve the problems existing in traditional volume comparison methods and geometric measurement methods during testing. The method uses high-precision electronic scales and dualchannel parallel methods to achieve rapid weighing of the detection medium and automatic reading of the liquid level in the horizontal tank. Compared to traditional methods， this method significantly improves detection efficiency， reduces labor intensity， and is flexible in use scenarios， suitable for various environmental conditions. The method has the characteristics of high detection efficiency and high tolerance to tank volume changes， providing a more convenient， efficient， and reliable horizontal tank capacity measurement method for industrial production， bringing innovative solutions to this field.

Keywords： horizontal tank； capacity measurement； electronic scale； can body changes describe endurance

0引言

在石油、化工等領(lǐng)域，臥式罐作為固定儲(chǔ)罐的重要組成部分，被廣泛用于貿(mào)易計(jì)量。傳統(tǒng)的臥式罐容量測(cè)量方法包括容量比較法和幾何測(cè)量法。但這兩種方法存在諸多問(wèn)題，如運(yùn)輸不便、勞動(dòng)強(qiáng)度大、測(cè)量不準(zhǔn)確等。這些問(wèn)題對(duì)貿(mào)易計(jì)量產(chǎn)生了一定的影響。

為解決這些問(wèn)題，本文提出了一種新的臥式罐容量快速測(cè)量方法，以應(yīng)對(duì)傳統(tǒng)測(cè)量方法存在的問(wèn)題。該方法結(jié)合了容量比較法和幾何測(cè)量法的優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)應(yīng)用高精度電子秤、雙路并行等創(chuàng)新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)檢測(cè)介質(zhì)的快速稱重，以及對(duì)被測(cè)臥式罐內(nèi)液位的自動(dòng)讀取。在確保檢測(cè)準(zhǔn)確度的同時(shí)，本方法還能顯著提高檢測(cè)效率，大幅降低檢定人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

1傳統(tǒng)臥式罐容量測(cè)量方法的局限性

1.1容量比較法的局限

臥式罐容量測(cè)量一直是石油、化工等行業(yè)中一個(gè)重要的環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的容量比較法存在著一系列的限制，給測(cè)量過(guò)程帶來(lái)了諸多困擾。在運(yùn)輸方面，傳統(tǒng)的容量比較法依賴于多個(gè)不同規(guī)格的標(biāo)準(zhǔn)金屬量器組，而這些標(biāo)準(zhǔn)金屬量器組的體積較大，給運(yùn)輸帶來(lái)了挑戰(zhàn)。在運(yùn)載過(guò)程中，1000 L和2000 L的標(biāo)準(zhǔn)金屬量器會(huì)使運(yùn)輸車輛超載，面臨安全風(fēng)險(xiǎn)，也影響測(cè)量任務(wù)的順利進(jìn)行。容量比較法在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量中也存在問(wèn)題。使用該測(cè)量方法需要測(cè)量人員在標(biāo)準(zhǔn)金屬量器組的多個(gè)量器之間切換進(jìn)水、放水。繁瑣的操作不僅增加了測(cè)量人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，還容易引起控制失誤，進(jìn)而影響測(cè)量的準(zhǔn)確性[1]。尤其是進(jìn)水和放水這兩個(gè)關(guān)鍵步驟不能同時(shí)進(jìn)行，使得測(cè)量時(shí)間被大幅拉長(zhǎng)，增加了現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的不確定性。這些運(yùn)輸和操作上的困難，直接影響了容量比較法在臥式罐容量測(cè)量中的實(shí)際可行性[2]。

1.2幾何測(cè)量法的局限

許多加油站為了加強(qiáng)安全管理，常常在臥式罐內(nèi)部安裝防爆網(wǎng)，用以防止火災(zāi)等意外事故的發(fā)生。幾何測(cè)量法要求測(cè)量人員手動(dòng)測(cè)量臥式罐的幾何尺寸，而防爆網(wǎng)對(duì)這種測(cè)量方式產(chǎn)生了阻礙[3]。使用場(chǎng)合的限制使得幾何測(cè)量法無(wú)法適用于那些現(xiàn)代化的、對(duì)安全性要求較高的工業(yè)場(chǎng)所[4]。臥式罐通常配備有液位計(jì)等設(shè)備，而這些設(shè)備的存在會(huì)對(duì)測(cè)量產(chǎn)生影響。手動(dòng)幾何測(cè)量法依賴于人工測(cè)量臥式罐的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，如圈板直徑、長(zhǎng)度、罐總長(zhǎng)等，然而這些測(cè)量過(guò)程容易受罐內(nèi)附件的干擾，需要進(jìn)行大量的補(bǔ)償和修正。同樣，采用光電內(nèi)測(cè)距法時(shí)，臥式罐內(nèi)的液位計(jì)等設(shè)備也可能導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果出現(xiàn)誤差。這些干擾因素都會(huì)使幾何測(cè)量法的測(cè)量結(jié)果受到外界條件的干擾，難以保證測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

2臥式罐容量快速測(cè)量方法介紹

2.1基本原理

臥式罐容量快速測(cè)量方法以高精度電子秤作為主要標(biāo)準(zhǔn)器。高精度電子秤的可靠性和準(zhǔn)確性，使其成為一種理想的質(zhì)量測(cè)量工具。將被測(cè)介質(zhì)放入電子秤，能夠迅速獲得介質(zhì)的質(zhì)量數(shù)據(jù)。測(cè)量介質(zhì)質(zhì)量是快速容積檢測(cè)方法的基礎(chǔ)，通過(guò)測(cè)量介質(zhì)質(zhì)量換算成相應(yīng)的體積，實(shí)現(xiàn)質(zhì)量與體積的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

另外，在進(jìn)行介質(zhì)質(zhì)量測(cè)量的同時(shí)引入了雙路并行技術(shù)。這一技術(shù)創(chuàng)新允許檢測(cè)介質(zhì)連續(xù)不間斷地注入兩個(gè)稱量容器，實(shí)時(shí)溫度讀取將檢測(cè)介質(zhì)的質(zhì)量轉(zhuǎn)化為相應(yīng)體積。這種并行方式確保了介質(zhì)的流入不中斷，實(shí)時(shí)溫度測(cè)量的引入保證了換算體積的精確性。考慮到溫度對(duì)于介質(zhì)密度有影響，檢定人員通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)溫度來(lái)進(jìn)行體積修正，從而提高測(cè)量的準(zhǔn)確性。這一創(chuàng)新的方法為臥式罐容量測(cè)量帶來(lái)了新的可能性，有望推動(dòng)該領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展。

2.2測(cè)量裝置主要組成部分

臥式罐容量快速測(cè)量方法所使用的測(cè)量裝置由一系列先進(jìn)的設(shè)備組成（見(jiàn)圖1），確保整個(gè)測(cè)量裝置在臥式罐容量測(cè)量中可以高效運(yùn)行。該裝置的主要組成部分如下。

1）油罐車（介質(zhì)源）：一般介質(zhì)為清潔水，有時(shí)也可為成品油。將檢測(cè)介質(zhì)裝載至油罐車后，通過(guò)滯流或泵輸送至后續(xù)組件。

2）減壓裝置：采用304不銹鋼材質(zhì)，具備常規(guī)減壓閥，通過(guò)減壓筒和多孔薄鋼板降低介質(zhì)的流速，實(shí)現(xiàn)減壓的目的。

3）換向器：為常規(guī)開(kāi)叉式短褲形結(jié)構(gòu)，采用304不銹鋼材質(zhì)，通過(guò)氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行介質(zhì)換向，實(shí)現(xiàn)介質(zhì)在兩個(gè)電子秤稱量容器之間的來(lái)回切換。

4）稱量容器：采用304不銹鋼材質(zhì)，置于電子秤上，用于儲(chǔ)存每次需稱量的介質(zhì)。容器內(nèi)含有高精度溫度傳感器，誤差為±0.1℃，用于實(shí)時(shí)測(cè)量容器中的介質(zhì)溫度，實(shí)現(xiàn)體積修正。

5）高精度電子秤：具備不低于Ⅲ級(jí)的準(zhǔn)確度，量程不超過(guò)150 kg，檢定分度值不超過(guò)15 g，作為主要標(biāo)準(zhǔn)器，保證質(zhì)量測(cè)量的準(zhǔn)確性。

6）排液閥：為常規(guī)電控氣動(dòng)球閥或蝶閥，用于控制向罐內(nèi)排放介質(zhì)的通斷。

7）匯流管：采用304不銹鋼材質(zhì)，用于介質(zhì)的匯集與緩沖，確保介質(zhì)在進(jìn)入下一流程時(shí)可以平穩(wěn)流動(dòng)。

8）均流管：由薄壁防靜電塑膠材料制作，用于防止介質(zhì)排液時(shí)發(fā)生噴濺，保證液面的平穩(wěn)，確保液位計(jì)讀數(shù)準(zhǔn)確。

9）高精度磁致伸縮液位計(jì)：具備±0.1 mm的誤差范圍，長(zhǎng)度不超過(guò)3 m，用于實(shí)時(shí)測(cè)量被測(cè)罐中的液位高度。液位計(jì)同時(shí)包含高精度溫度傳感器，誤差為±0.1℃，用于實(shí)時(shí)測(cè)量被測(cè)罐中的介質(zhì)溫度，以實(shí)現(xiàn)體積修正。

10）被測(cè)臥式罐：作為容量測(cè)量的目標(biāo)對(duì)象。

11）控制系統(tǒng)：包含平板電腦、PLC、數(shù)據(jù)采集卡等，用于實(shí)現(xiàn)整個(gè)裝置的自動(dòng)控制。

上面這些組成部分協(xié)同工作，構(gòu)成了一個(gè)完整的臥式罐容量測(cè)量系統(tǒng)。每個(gè)組件的設(shè)計(jì)和使用都充分考慮了裝置在實(shí)際工業(yè)環(huán)境中的適用性和穩(wěn)定性，確保整個(gè)檢測(cè)裝置能夠高效而可靠的運(yùn)行。

3臥式罐容量快速測(cè)量方法的優(yōu)勢(shì)

3.1提升了檢測(cè)效率

臥式罐容量快速測(cè)量方法使用高精度電子秤進(jìn)行介質(zhì)質(zhì)量稱量，克服了原有測(cè)量方法對(duì)于大型標(biāo)準(zhǔn)金屬量器的依賴，大幅降低了運(yùn)輸成本和運(yùn)載風(fēng)險(xiǎn)。通過(guò)雙路并行方式，實(shí)現(xiàn)了介質(zhì)的連續(xù)注入和實(shí)時(shí)讀取，優(yōu)化了傳統(tǒng)測(cè)量方法中繁瑣的進(jìn)水與放水流程，高效的檢測(cè)方式在實(shí)際應(yīng)用中能夠顯著減輕檢定人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，使得臥式罐容量測(cè)量更加便捷、迅速。該方法基于質(zhì)量測(cè)量的原理，以高精度電子秤為主標(biāo)準(zhǔn)器，通過(guò)測(cè)量介質(zhì)質(zhì)量獲得相應(yīng)體積，并通過(guò)實(shí)時(shí)溫度測(cè)量進(jìn)行體積修正。通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)介質(zhì)的溫度，檢定人員能夠及時(shí)了解介質(zhì)密度的變化，進(jìn)而對(duì)體積進(jìn)行準(zhǔn)確修正。這一步驟的引入，有效提高了測(cè)量的準(zhǔn)確性，避免了溫度變化對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。這種全面、多層次的測(cè)量機(jī)制，使得該方法在檢測(cè)效率和測(cè)量準(zhǔn)確性上均表現(xiàn)出了獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，為相關(guān)行業(yè)提供了一種更為可靠、高效的容量測(cè)量解決方案。

3.2提高了罐體變形容忍度

在實(shí)際工業(yè)場(chǎng)景中，為了提高安全性，臥式罐內(nèi)部通常會(huì)設(shè)置防爆網(wǎng)，以防止意外火災(zāi)等危險(xiǎn)情況的發(fā)生。與幾何測(cè)量法相比，臥式罐容量快速測(cè)量方法無(wú)須進(jìn)入罐內(nèi)進(jìn)行測(cè)量，不會(huì)因罐內(nèi)防爆網(wǎng)的限制而無(wú)法進(jìn)行容量測(cè)量，為實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)提供了更為便捷的容量測(cè)量解決方案。臥式罐容量快速測(cè)量方法對(duì)于臥式罐體變形具有良好的容忍度。在實(shí)際運(yùn)輸和使用中，臥式罐體可能會(huì)因各種原因發(fā)生傾斜、變形或充液引起的彈性變形等情況。相比于傳統(tǒng)幾何測(cè)量法，臥式罐容量快速測(cè)量方法通過(guò)測(cè)量介質(zhì)液位高度變化來(lái)反映罐體內(nèi)部的變形情況，不需要額外的復(fù)雜修正和補(bǔ)償。這使得在面對(duì)各種臥式罐的實(shí)際工況時(shí)，臥式罐容量快速測(cè)量方法都能夠保持測(cè)量的準(zhǔn)確性和可靠性。這一特點(diǎn)為工業(yè)生產(chǎn)中常見(jiàn)的臥式罐體變形情況提供了有效的解決方案，提高了方法的實(shí)用性和適應(yīng)性。

4結(jié)束語(yǔ)

臥式罐容量快速測(cè)量方法及裝置為臥式罐容量測(cè)量領(lǐng)域引入了一種創(chuàng)新性的解決方案。通過(guò)高精度電子秤和雙路并行等手段實(shí)現(xiàn)了對(duì)檢測(cè)介質(zhì)的快速稱重和對(duì)臥式罐內(nèi)液位的自動(dòng)讀取，提高了檢測(cè)效率、降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，并在使用場(chǎng)景上具備靈活性，適用于各種環(huán)境條件和臥式罐的不同工況。這一創(chuàng)新性的測(cè)量方法為工業(yè)生產(chǎn)提供了更為便捷、高效、可靠的容量測(cè)量手段，為臥式罐容量測(cè)量領(lǐng)域注入新的活力。

【參考文獻(xiàn)】

[1]耿芳.基于極坐標(biāo)法測(cè)量的臥式罐容積自動(dòng)化檢定系統(tǒng)[D].北京：北京林業(yè)大學(xué)，2011.

[2]李志剛，楊榮淇，王勛，等.基于三維掃描的臥式罐容量計(jì)量方法[J].船舶設(shè)計(jì)通訊，2023（1）：131-136.

[3]楊榮淇，李玉廣，范百興.帶狀掃描測(cè)量技術(shù)在容量計(jì)量領(lǐng)域的應(yīng)用[J].船舶設(shè)計(jì)通訊，2013（1）：50-53.

[4]王勁松，蔣寧.計(jì)量臥式罐容量的測(cè)量結(jié)果不確定度評(píng)定[J].工業(yè)計(jì)量，2004（5）：26-30.

[5]喬艷芳，蔣丹鳳，賴森豪.臥式罐校準(zhǔn)技術(shù)分析與新方法研究的探討[J].質(zhì)量與市場(chǎng)，2023（17）：1-3.

【作者簡(jiǎn)介】

尹鑫昊，男，1985年出生，工程師，學(xué)士，研究方向?yàn)榱髁?、容量?/p>

通信作者：周艷，女，1983年出生，高級(jí)工程師，學(xué)士，研究方向?yàn)榱髁俊⑷萘?、風(fēng)量計(jì)量技術(shù)研究。yan0715@163.com。

（編輯：李加鵬）