【摘要】在測(cè)量臥式金屬罐容量時(shí)，幾何測(cè)量法是一種常用的測(cè)量方法。本文深入研究了JJG 266—2018《臥式金屬罐容量》檢定規(guī)程中規(guī)定的檢定方法，并結(jié)合實(shí)際情況，介紹了一種新的測(cè)量方法——全站儀法，并對(duì)這兩種方法進(jìn)行了詳盡分析和比較，尤其對(duì)全站儀法進(jìn)行了重點(diǎn)探討。研究結(jié)果表明，在對(duì)測(cè)量精度有較高要求的應(yīng)用場(chǎng)景中，采用全站儀法能夠有效降低測(cè)量誤差，從而提升油品存儲(chǔ)的科學(xué)化計(jì)量管理水平。

【關(guān)鍵詞】臥式金屬罐；計(jì)量；全站儀

【DOI編碼】10.3969/j.issn.1674-4977.2024.05.069

Measuring the Capacity of Horizontal Metal Tanks by Total Station Method

WANG Bin， TAO Chuankai， YAN Guofeng

（Petrochina Dalian Petrochemical Company， Dalian 116033， China）

Abstract：Geometric measurement method is a commonly used method for measuring the capacity of horizontal metal cans. This article delves into the calibration methods specified in the JJG 266—2018 Horizontal Metal Tank Capacity calibration regulation， and introduces a new measurement method - the total station method， based on actual situations. A detailed analysis and comparison of these two methods are conducted， with a focus on the total station method. The research results indicate that in application scenarios with high requirements for measurement accuracy， the use of total station method can effectively reduce measurement errors， thereby improving the scientific measurement management level of oil storage.

Keywords：horizontal metal can； measurement； total station

0引言

石油工業(yè)是我國(guó)經(jīng)濟(jì)的重要支柱產(chǎn)業(yè)之一。每年，我國(guó)都需要生產(chǎn)并進(jìn)口大量的石油及其衍生產(chǎn)品。臥式金屬罐（以下簡(jiǎn)稱“臥式罐”）作為液體儲(chǔ)存和計(jì)量的關(guān)鍵設(shè)備，已廣泛應(yīng)用于化工、石油等行業(yè)的生產(chǎn)與運(yùn)輸環(huán)節(jié)。加油站的地下儲(chǔ)油罐是臥式罐最典型的應(yīng)用場(chǎng)景。由于加油站提供多種油品，如汽油、柴油，因而通常在地下配備多個(gè)儲(chǔ)油罐。石油銷售公司要依據(jù)儲(chǔ)油罐的容量進(jìn)行油品庫(kù)存盤(pán)點(diǎn)、成本評(píng)估、節(jié)能指標(biāo)考核以及內(nèi)部核算等工作。然而，由于臥式罐特定的擺放姿態(tài)以及受罐體變形等因素影響，對(duì)其容積進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量始終是一項(xiàng)技術(shù)上的難題。

1臥式罐的結(jié)構(gòu)

臥式罐是廣泛應(yīng)用于石油化工等行業(yè)中作為貿(mào)易計(jì)量和儲(chǔ)存液體的計(jì)量器具。臥式罐是水平安裝的圓筒形金屬罐，由筒體和封頭（頂板）、計(jì)量口、計(jì)量管、人孔、進(jìn)出管線及其他附件組成。按照筒體焊接形式的不同，臥式罐一般分為對(duì)接式罐（見(jiàn)圖1）、搭接式罐（見(jiàn)圖2）、螺旋式罐（見(jiàn)圖3）。按封頭類型一般分為弧形頂、半橢球頂、球缺頂、平頂、圓臺(tái)頂和圓錐頂。

2臥式罐容量測(cè)量的技術(shù)條件

在進(jìn)行臥式罐容量測(cè)量時(shí)，必須遵循檢定規(guī)程的要求，確保臥式罐的外形、結(jié)構(gòu)及材料等均符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。臥式罐的銘牌內(nèi)容必須準(zhǔn)確無(wú)誤且完整。臥式罐的壁面應(yīng)無(wú)明顯的凹凸不平或變形。

臥式罐應(yīng)盡可能保持水平狀態(tài)，以滿足精度要求。對(duì)于有特殊要求的罐體，安裝傾斜比應(yīng)控制在0.08以內(nèi)，確保計(jì)量口下尺點(diǎn)位于筒體長(zhǎng)度的中部。此外，臥式罐的地基安裝必須穩(wěn)固，以防止罐底座發(fā)生嚴(yán)重變形。

在檢定和校準(zhǔn)臥式罐時(shí)，應(yīng)保證測(cè)量結(jié)果的不確定度不超過(guò)0.4%。對(duì)于新建造、大修或重新安裝的臥式罐，應(yīng)在3天后進(jìn)行校準(zhǔn)和檢定。對(duì)于在用臥式罐進(jìn)行校準(zhǔn)時(shí)，應(yīng)確保校準(zhǔn)和檢驗(yàn)工作的正常進(jìn)行，不受干擾。

若臥式罐已加裝保溫層，且只能從內(nèi)部測(cè)量時(shí)，必須確保罐內(nèi)清潔，并且有毒及易燃?xì)怏w的濃度應(yīng)符合安全規(guī)范要求，以保障測(cè)量過(guò)程的安全。

3臥式罐容量測(cè)量方法分析

3.1幾何測(cè)量法

依據(jù)JJG 266—2018《臥式金屬罐容量》檢定規(guī)程，目前測(cè)量臥式金屬罐容積一般都采用幾何測(cè)量法。幾何測(cè)量法又分為光電幾何測(cè)量法和手動(dòng)幾何測(cè)量法。光電幾何測(cè)量法是采用光電內(nèi)測(cè)距法及自動(dòng)水平橫斷面掃描測(cè)量各規(guī)定高度內(nèi)水平橫截面面積；手動(dòng)幾何測(cè)量法是采用手動(dòng)法測(cè)量臥式罐的圈板直徑、圈板長(zhǎng)度、罐總長(zhǎng)、圈板厚度、封頭高度、過(guò)渡曲線體半徑、檢尺點(diǎn)內(nèi)豎直徑、傾斜角度等數(shù)據(jù)。

手動(dòng)幾何測(cè)量法分為外測(cè)法和內(nèi)測(cè)法兩種。外測(cè)法一般用于地面臥式罐的容量測(cè)量；內(nèi)測(cè)法一般用于地埋臥式罐或半地埋臥式罐的容量測(cè)量。外側(cè)法通過(guò)使用鋼卷尺等測(cè)量各圈板的外周長(zhǎng)，大、小圈板長(zhǎng)度，搭接長(zhǎng)度，圈板厚度，頂板的外高，罐體傾斜，檢尺點(diǎn)距液面高端的距離，量油口外高等數(shù)據(jù)，通過(guò)計(jì)算得到容量表。內(nèi)測(cè)法通過(guò)使用套管尺等測(cè)量各圈板的水平內(nèi)直徑，豎向內(nèi)直徑，大小圈板長(zhǎng)度，頂板的內(nèi)高、罐體傾斜，檢尺點(diǎn)距液面高端的距離，量油口外高，附件等數(shù)據(jù)，通過(guò)計(jì)算得到容量表。

采用幾何測(cè)量法測(cè)量各圈板圓筒部分的直徑時(shí)，如果測(cè)量?jī)纱魏?，其結(jié)果均比規(guī)定允差要大，那么應(yīng)該繼續(xù)測(cè)量，要持續(xù)到連續(xù)兩次測(cè)量結(jié)果都與規(guī)定的允差相符為止，取兩次測(cè)量的均值作為這個(gè)位置的直徑長(zhǎng)。

3.2全站儀法

全站儀法是一種新興的臥式罐容積測(cè)量技術(shù)，它依賴于全站儀這一高精度測(cè)量設(shè)備。測(cè)量開(kāi)始前，將全站儀穩(wěn)固地安裝在罐體中心附近的位置。在安全區(qū)域內(nèi)設(shè)置角度間隔、垂直步長(zhǎng)、有效行程（即支撐立柱頂端至下限位開(kāi)關(guān)上表面的垂直距離）和測(cè)量最大高度等參數(shù)。

利用臥式罐的內(nèi)徑等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，從立柱的最低段開(kāi)始，逐段向上拼接支撐立柱，直至形成一體。立柱拼接完成后，根據(jù)設(shè)定的有效行程，固定立柱上的上下限位開(kāi)關(guān)，并連接電源盒與檢測(cè)儀的供電線路，隨后啟動(dòng)電源。

接下來(lái)，調(diào)整全站儀至水平狀態(tài)，在罐體每個(gè)圈板的1/4和3/4位置測(cè)量坐標(biāo)數(shù)據(jù)。通過(guò)處理這些數(shù)據(jù)，可以計(jì)算出與罐壁垂直的半徑長(zhǎng)度。運(yùn)用AUTOCAD軟件，可以將核算后的數(shù)據(jù)繪制成矢量圖形，確立固定圓心，使用樣條曲線連接各半徑的終點(diǎn)，形成閉合的面域，具體見(jiàn)圖4。

AUTOCAD軟件具備強(qiáng)大的計(jì)算功能，能夠精確計(jì)算出不規(guī)則閉合圖形的周長(zhǎng)和面積，精度高達(dá)小數(shù)點(diǎn)后四位?；诖?，可以得到該不規(guī)則幾何圖形的面積和周長(zhǎng)，然后與板高相乘，即可精確計(jì)算出該層板高的體積。

3.3具體實(shí)例應(yīng)用分析

以某石油銷售公司加油站設(shè)計(jì)容量為50 m3臥式金屬罐為例。該臥式罐筒體長(zhǎng)度為6575 mm，由5圈板對(duì)接而成，L1’圈板的高度為1815 mm，封頭高度為650 mm。

按照規(guī)程規(guī)定選取測(cè)量位置，使用鋼卷尺測(cè)量?jī)糁睆綖?，991.1 mm。通過(guò)傳統(tǒng)測(cè)量方式得出9，396.8 mm是其內(nèi)周長(zhǎng)，7，026，705.4 mm2是其面積，然后再與板高相乘，得出L1’圈板的體積為12，753.5 L。

通過(guò)全站儀法并與AUTOCAD結(jié)合，得出9，401.1 mm是其內(nèi)周長(zhǎng)，而7，018，155.1 mm2是其具體面積，再與板高相乘，得出12，737.9 L是層圈板的體積。

通過(guò)數(shù)據(jù)分析可以明顯發(fā)現(xiàn)，利用全站儀的方法測(cè)得的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)計(jì)算后得到的周長(zhǎng)，比鋼卷尺測(cè)得的數(shù)據(jù)通過(guò)圓的計(jì)算公式算出的結(jié)果大4.3 mm，體積卻比利用圓的公式計(jì)算出來(lái)的體積小了15.519 L。因此，使用全站儀法測(cè)量更接近實(shí)際的使用情況，避免了套用圓的計(jì)算公式帶入的系統(tǒng)誤差，并且結(jié)合CAD圖形后更加明顯，可HdbP8d/Iss1oYUUPo4zaaXxpVrNQSd0INX/4AcZxNCo=以近似地看到筒體部分的變形程度。

4臥式金屬罐容量測(cè)量不確定度評(píng)定

4.1數(shù)學(xué)模型

4.2不確定度分量

臥式金屬罐容量測(cè)量不確定度的引入分量包括：大圓筒直徑測(cè)量引起的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度，大圓筒長(zhǎng)度測(cè)量引起的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度，兩端伸長(zhǎng)部分直徑測(cè)量引起的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度，兩端伸長(zhǎng)部分長(zhǎng)度測(cè)量引起的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度，兩端頂板內(nèi)高測(cè)量引起的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度，附件體積的測(cè)量引起的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度。

4.3合成相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度

5結(jié)束語(yǔ)

本文依據(jù)JJG 266—2018《臥式金屬罐容量》，采用全站儀對(duì)臥式罐進(jìn)行測(cè)量，并與傳統(tǒng)幾何測(cè)量法進(jìn)行比對(duì)。相比傳統(tǒng)方法，全站儀法不僅在提高效率的同時(shí)，節(jié)省了大量的人力，還可以通過(guò)AUTOCAD建模更直觀真實(shí)地反映罐壁的變形情況。全站儀法滿足JJG 266—2018《臥式金屬罐容量》國(guó)家計(jì)量檢定規(guī)程的要求。

【參考文獻(xiàn)】

[1]臥式金屬罐容量：JJG 268—2018[S].

[2]郭永濤，郭豫寧.利用全站儀測(cè)量立式金屬罐底量[J].計(jì)量與測(cè)試技術(shù)，2015，42（4）：28-29.

[3]郭豫寧，富曉雷，金娜.利用全站儀測(cè)量立式金屬罐容積[J].中國(guó)計(jì)量，2009（5）：89-90.

[4]谷田平.三維激光掃描儀在立式金屬罐容量計(jì)量分析應(yīng)用[J].電子質(zhì)量，2020（4）：53-56.

[5]申建國(guó)，劉康祿，孫曉鵬，等.球形金屬罐容量全站儀測(cè)量法研究[J].中國(guó)計(jì)量，2022（11）：102-105.

【作者簡(jiǎn)介】

王彬，男，1978年出生，工程師，學(xué)士，研究方向?yàn)槠髽I(yè)計(jì)量檢定管理。

（編輯：李加鵬）