容量比较法检测立式金属罐罐容底量方法的探讨

储罐作为液态货物的储存设备, 又是重要货物交接收发的计量器具。对于储罐计量时数据准确与否, 直接关系到贸易双方利益。为此如何发现储罐存在差量的原因并加以解决, 是事关重要的工作。

现在我们对立式金属罐罐容的检测主要是依据国家计量检定规程JJG168—2003《立式金属罐容量》的规定。采用的方法主要是以几何测量法为主, 容量比较法作为传统的方法被保留了。几何测量法技术设备先进, 工作时间要短, 参与工作人员要少, 存在很大的优势, 现阶段为普遍采用。但是, 在立式金属罐容量测量当中, 罐底部分的变形一直制约着测量精度, 采用容量比较法还是有他的合理性。

1 利用容量比较法进行容量测量的原因

1.1 基础沉降是对罐容计量造成误差的主要原因

目前对于我国的建罐现状, 在内陆建造的储罐主要以软基础为主, 大多数采取环墙 (梁) 式结构。在地质条件较差及沿海港口填海造田建造的罐, 一般采取桩基础 (硬基础) 。

作为基础沉降对罐容计量造成误差的原因, 首先要从水沉降试验进行分析。储罐在进行水压试验时, 在高液水位的重力作用下, 对罐底产生很大的压强, 储罐的地基要产生整体沉降和局部沉降。无论是硬基础还是软基础, 这种沉降都要发生, 只是沉降量大小不同而已。一般情况下罐基础在进行整体沉降的同时, 罐的中心沉降量相对加大 (不包括外环梁软基础) , 因为在罐底板的边部受环梁的约束, 其环梁承载强度和承载面积都比较大, 从而罐底边部 (罐壁板处) 受约束力就大。并且罐底板边部的边缘板厚度相对要厚, 承载能力相对也较强。而罐底中部区间罐底板下面地基是由沥青砂、沙碎石、素土等组成的, 罐底板中部区间的中幅板厚度相对边缘板要薄的很多。为此, 一般情况下基础沉降往往是罐底中部区间沉降要大于边部沉降。

罐底基础水压试验时在重力作用下, 产生的沉降是由即瞬时沉降 (初始沉降) 、固结沉降、次固结沉降 (次压缩沉降) 等组成。这几种沉降那些占主导地位, 主要取决于地基的土质状况、基础的施工工艺及施工质量好坏而定。地基的土质状况、基础的施工工艺及及施工质量好的, 罐底沉降量就小;地基的土质状况、基础的施工工艺及施工质量较差的, 罐底沉降量就大。

对于罐底钢板, 在水压试验时也要随地基沉降而变形, 由于罐底钢板的物理特性决定, 这种变形一部分是塑性变形, 一部分是弹性变形。塑性变形随地基变形而不恢复, 而弹性变形就要根据外力作用下的情况而变化。一种变化是当液位在某个高度重力下罐底板随地基整体下沉;一种变化是当空罐时或液位较低时罐底板弹起, 这时基础同罐底板形成一个空隙。这一空隙就好像罐底板多了个夹层或暗舱, 在高液位时 (一般液面高度为1-3m左右以上) 将储罐的液态货物藏在这一夹层或暗舱, 造成液体货物的液面降低一个高度△h。低液位时 (在0.5-1.0m左右) , 罐底板又弹起恢复原形状, 这时把藏在夹层或暗舱的液体货物又放出来, 罐体液面升高一个高度△h。

在储罐投入正常使用后, 对于罐底基础土质及施工质量较差的地基, 由于进行频繁的收发交接, 使罐内液态货物在高液位和低液位之间频繁交替发生, 液态货物的重力作用于罐底板和基础, 使其基础沉降还要逐渐加大, 从而罐底板的变形也要加大, 严重时罐底有可能形成锅底状, 这一变形的过程, 少着几年多着十几年。

1.2 罐底下计量基准点对罐容量的影响

针对罐底基础变形, 在空罐时和带液时罐底状态不一, 导致储罐容量表失准, 造成液态货物交接时的差量。目前, 我们国家对立式金属罐的计量检定, 是按照国家计量检定规程JJG168-2005《立式金属罐容量》进行的, 采用方法为几何测量法经过计算得到容积的。容量表的编制则是以参照高度为标尺, 下计量基准点为零点进行制表, 编制成容量表就是在空罐时的检定状态出具的容量表。对于检定证书及容量表、底量表是在空罐时的检定状态出具的。为此储罐在投入正常使用后, 罐体状态同空罐时不同, 容量表要发生一定的失准。这一失准是由于储罐使用时装入液态货物后, 由于罐底板发生沉降, 并且这一沉降是不规则的, 这一失准造成差量的大小, 是与罐底基础沉降情况而定的。对于以上存在这些差量, 都与计量板有关。为此, 装入液态货物后, 罐底板下沉, 罐底量表就要发生变化, 其变化的主要原因就是罐底板变形引起的。

使用储油罐进行计量时, 要根据容量表的高度对应的体积量进行。要涉及参照高度 (上计量基准点与下计量基准点之间的垂直距离) 。

2 利用容量比较法测量立式金属罐容量的检定步骤

将两座已经经过检定的立式金属罐, 分别作为标准罐和被测罐, 其中作标准罐的一座应在高液位时罐底不再发生变形的情况下, 以高液位时筒体部分作为标准容量, 并且液面检尺高度以罐顶检尺点为基准 (防止下计量基准点局部变化而影响液位高度) , 将标准容量段的液体分批注入被测量罐进行容积比较, 从而找出被测罐的罐底变形引起的差量。

首先将标准罐的液体向被测罐注入, 待注入液体恰好浸没被测罐底中心最高点时停止注水, 以比对被测罐底量以几何测量法和容量比较法的误差。而后继续向被测罐注液测量, 通过标准罐和被测罐容量表数据, 比较找出罐底板突变或渐变的临界液高或渐变规律。

立式金属罐筒体部分的准确度 (不确定度不大于0.03%) , 大大高于整体罐的准确度 (不确定度不大于0.1%) , 将此部分作为标准罐看待, 完全满足测量的精度要求。

根据测量数据, 编制容量表。