加油站卧式金属罐容积自动校准方法探讨

    摘 要 通过分析现行加油站卧式金属罐容积表检定方法存在误差大的原因，提出采用两套 1000L 标准金属量器、液位开关、液位仪、电磁阀、PLC 等设备组成基于标准量器的卧式金属罐容积表自动校准系统，通过实液比对，得到一组累计容积和液位对应关系的数据，利用 Excel 表，对原罐表数据进行修正，实现了卧式金属罐容积的自动校准，提高了测量准确度。

    0 引言
    卧式金属罐作为计量和储存液体的器具，广泛地应用于加油站中。由于卧式金属罐容积表的误差大引起的纠纷屡见不鲜。目前，卧式金属罐容积的检定方法大都采用由流量计加液位仪组成的卧式金属罐容量测量编表系统、几何量测量法或激光扫描法。这三种编表方法，已经不能满足加油站对卧式金属罐容积表准确度的要求。所以，需要采用一个更有效的方法来进行卧式金属罐容积表的校准，以提高卧式金属罐容积表的准确度和效率。

    1 现有卧式金属罐容积检定方法的缺陷
    1. 1 几何量测量法
    卧式金属罐现行检定规程为 JJG 266—1996《卧式金属罐容积》，适用于容积为 10m3 以上新建、改 建、使用中及修理后的卧式金属罐容积检定。对于容积为 10m3 以下的卧式金属罐，规程规定可以采用容量比较法或其它相应的方法进行检定。卧式金属罐检定结果的扩展不确定度不大于 0. 4% ( 置信概率为 95% ) 。实际工作中由于下列因素，造成该规程用于加油站卧式金属罐检定并不适用，后续检定中还存在安全隐患。

    1) 外力对罐体的影响
    由于加油站卧式金属罐多数情况下埋在地下，受不同力的影响，造成罐壁表面出现明显的变形及凹凸现象。

    2) 罐体的倾斜
    虽然罐体在安装时尽量成水平状态，但在投入使用后，罐体倾斜度会大于 0. 08，并且罐体的底座随时间会产生较大的变形。

    3) 后续检定存在的安全隐患卧式金属罐后续检定时，必须事先对罐内进行清洗，罐内不应有残留液体或沉积物，有毒和易燃气体浓度必须符合安全规范的要求，这些要求在卧式金属罐的后续检定中难以满足，检定人员进入已经装过油品的卧式金属罐作业，存在较大的安全隐患。

    1. 2 卧式金属罐容量测量编表系统
    卧式金属罐容量测量编表系统是一种近年来研制的容积自动测量计算装置，编表方法是容量比较法。系统包括流量计、液位仪两个主要测量部件以及控制和数据处理系统、泵、输液管、信号传输系统等辅助部件。但在实际工作中，由于各种编表条件的不理想，造成使用此装置得到的容积表误差较大，有大约 50% 左右的罐表误差超过 0. 4% ，给加油站进、销、存计量数据管理带来影响。这些因素主要包括以下几种情况:

    1) 数据的延迟
    由于卸油口到卧式金属罐有一定的距离，且距离没有统一的标准，造成流量计计量数据和对应的油高数据不一致。

    2) 流量计的误差影响
    流量计在长距离运输及现场搬运中发生振动，影响流量计的精度; 同一台流量计测量汽柴油时的误差不一致; 不能保证每次对流量表进行检定。

    3) 数据异常
    在卧式金属罐编表系统的使用过程中，以下因素有可能造成罐表数据异常: 液位仪防护套内有异物造成浮子卡阻; 油罐呼吸阀通气补偿，计量导向管上又无开孔; 通讯线路过长、干扰源等造成流量计脉冲丢失。
    从图 1 可看出，由于油罐呼吸阀通气不畅，计量导向管上又无开孔，因罐内油气产生的压力和外界大气压力的不一致，造成罐内液位和液位仪测的液位不一致，在计量导向管内产生了虚假液位，因此，编表系统不能正确反映流量计流量累计数和液位仪测量的油高变化的对应关系，所生成的容积表在编表高度 600 ～ 900mm 区间段，累计产生了约 250L的误差。

    1. 3 激光扫描法
    2013 年，北京光电技术研究所研制出基于激光扫描法的 BJYG-1 型油罐容积检测仪，其原理是采用垂直高度方向对卧式罐容积分层测量并累加的原理，并在一加油站进行了试用，发 现 存 在 以 下问题:

    1) 准确度偏低
    使用容积检测仪测得容积表和标准量器注入法得到的容积表偏差为 0. 4% 。
    2) 使用不方便
    使用容积检测仪测量卧式金属罐时，需要把卧式罐的人孔盖打开，而许多旧罐人孔盖的螺丝已生锈，不容易打开，并且人孔盖上还连接多条管线及设备。
    3) 存在安全隐患
    卧式金属罐人孔盖打开后，罐内油气直接和大气相通，在一定区域内会存在较浓的油气，存在安全隐患。

    2 基于标准量器的卧式金属罐容积表自动校准系统
    基于标准量器的卧式金属罐容积表自动校准系统由防爆油泵、标准金属量器、溢流罐、液位计、液位开关、防爆电磁阀、防爆磁力启动器、防爆接线箱、防爆警示灯及自动控制系统组成。系统具有容积法检定功能，对加油站卧式金属罐容积和液位高度进行自动编表。系统全部采用计算机控制，由操作人员在计算机上完成检定过程，检定完成后自动进行编表，并可将检定数据存储以便日后查询。

 2. 1 系统的特点
1) 考虑到地埋罐的初始编表和较后编表要用到 500L 标准容积，所以其中一个 1000L 标准金属量器采用 2 个 500L 标 准 罐 串 联 组 成，另 一 个 采 用1000L 标准金属量器。所用量器均为二等标准量器，扩展不确定度为 0. 025% 。
2) 液位达到标准金属量器标定容积后，系统将多余的液体通过溢流管线排入溢流罐中，以保证标准体积的准确性，溢流罐的体积为 300L，每次排出的液体体积约 2 ～ 3L。 3) 系统使用液位仪来测量卧式金属罐液位的高度，以便得到累计容积和液位高度相对应的一组数据。
4) 系统中使用了防爆液位开关和电磁阀，实现自动检测标准金属量器和溢流罐中的液位，控制油路的流向，自动记录数据等功能。

    2. 2 利用 Excel 表修正罐表
    编表校准工作结束后，系统会自动得到一份含有液位高度和对应容积的数据文件，利用这份文件，可以有两种方法生成罐表，一种是采用内插法，将卧式金属罐分割成若干个厚度为十几厘米的长方体，累积生成罐表，这样的罐表虽然总量误差很小，但分段误差较大。另一种方法是在卧式金属罐容量测量编表系统生成的罐表的基础上，利用 Excel 表，分段求出每厘米对应的修正值，对原罐表数据进行分段修正，这样编制的卧式金属罐编表的各段数据误差较小。

    1) 对原罐表进行曲线调整
    如果原罐表曲线光滑，则不需要调整; 如果原罐表曲线有凸凹现象，则需要对罐表进行调整。首先计算出凸凹部分平均每厘米的升数，然后，将曲线进行调整。较后，计算出凸凹部分代表的总升数，采用内插法，对原罐表曲线进行修补。
    2) 求每厘米修正值首先查原罐表修补后对应高度的容积值填入表中，利用 Excel 表计算修正值、两次标准容积之间的高度差、容积差、每厘米对应的修正值。   
    3) 利用 Excel 表分段修正罐表利用 Excel 表，分段计算出修正值，将修正后的数据，生成新的罐表，得到图 2 所示的曲线，完成罐表的编制。

    3 结论
    基于标准量器的卧式金属罐容积表自动校准系统，利用两台 1000L 标准金属量器，采用电磁阀、液位开关实现了液体注入的自动控制，通过实液比对，得到一组累计容积和液位对应关系的数据。利 用 Excel 表，对原罐表出现的凸凹现象进行调整修补，得到了修补后的罐表，在此基础上，分别计算出分段修正值、两次标准容积之间的高度差、容积差、每厘米对应的修正值等数据，利用得到的修正数据，对原罐表数据进行修正。系统操作自动控制，数据修正利用 Excel 表，罐表修正简单、快捷。系统实现了卧式金属罐容积的自动校准，编表精度高、人工劳动强度低、安全环保、效率适中，可以广泛应用于加油站卧式金属罐容积校准。使用该系统，可以满足加油站日常经营管理的需求。

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