立式罐底部變形對罐容的影響分析與研究

許德福,王 濤,王順利

新疆維吾爾自治區(qū)計(jì)量測試研究院 （新疆 烏魯木齊830000）

立式儲油罐作為重要油品儲存設(shè)備，它是重要的成品油貿(mào)易重要的收發(fā)計(jì)量器具,在國防、化工、航空等工業(yè)等領(lǐng)域立式罐的應(yīng)用日益廣泛。對用于貿(mào)易結(jié)算的立式罐，計(jì)量的準(zhǔn)確與否，直接關(guān)系到貿(mào)易雙方的經(jīng)濟(jì)利益，因此發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有儲油罐存在的問題并加以解決是大容量計(jì)量研究的一個熱點(diǎn)和難點(diǎn)。

在日常的使用中立式罐的變形特別底部變形和傾斜變形是長期存在的一個現(xiàn)實(shí)問題。目前立式罐使用的容積大多數(shù)為空罐狀態(tài)下測量得到的，而儲油罐在試壓和存油的過程中，地基和罐底板受到液體巨大的壓力不可避免的存在各種形變，包括傾斜形變。而這種形變反過來又影響原來空罐狀態(tài)下測得的容積表的準(zhǔn)確性。

在立式罐的實(shí)際使用過程中精確的罐容是保證公平、公正貿(mào)易交接的重要技術(shù)手段和依據(jù)，制定一個罐容表有極其重要的安全和經(jīng)濟(jì)意義。在實(shí)際操作中精確罐容表能為經(jīng)營計(jì)劃提供便利條件，也可以防止因容量問題造成的安全危險(xiǎn)。

目前國內(nèi)外對于罐底部變形對罐容影響的研究有：罐頂部開多個測量孔，從開孔處測量液位參照高度的變化，并認(rèn)為參照高度的變化完全是由罐底部的變形引起的,建立罐底部變形的數(shù)學(xué)模型，并以此數(shù)學(xué)模型為依據(jù)修正空罐狀態(tài)下的容積表[1-2]。

1 罐容的比較

通過分別測量空罐和實(shí)罐狀態(tài)下的罐容分析罐底變形對其容量的影響，并分析研究了實(shí)罐狀態(tài)下隨著液位的升高罐體傾斜度的變化。被測量的罐標(biāo)稱容積為2 000 m3，罐頂安裝有檢尺口并有下尺槽，罐底部安裝有計(jì)量板。測量前立式罐依據(jù)JJG 168—2005《立式金屬罐容量檢定規(guī)程》進(jìn)行靜壓實(shí)驗(yàn)且合格,空罐狀態(tài)下采用全站儀法測量其容量[3]。

測量罐罐體編號為1624#，拱頂罐，實(shí)罐測量主標(biāo)準(zhǔn)器采用艾默生質(zhì)量流量計(jì)，精度等級為0.1級，由蓄水池通過水泵，質(zhì)量流量計(jì)，向被測量罐注水。注水點(diǎn)選擇：第一注水點(diǎn)為注水量稍高于罐底量高度，以后每1 000 mm為一注水點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)用水為普通自來水，密度為1.01 kg/m3，蓄水池和立式罐內(nèi)水的溫差不超過±2℃，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1。

當(dāng)立式罐內(nèi)油品不斷增加時(shí)底板會產(chǎn)生一個變形，這一變形導(dǎo)致罐容增加了ΔV m3。當(dāng)油位從0開始增加到H1時(shí)，底板不發(fā)生形變，此時(shí)的空罐的容積表仍舊保持其有效性。同時(shí)H1這一油位高度也稱為臨界高度，當(dāng)油位高度超過這一高度時(shí)底板突然變形，此時(shí)立式罐產(chǎn)生一個增量ΔV1m3，這時(shí)的變形也可以把它稱為機(jī)械變形，它是由于油位高度不斷增加,壓力不斷增大瞬間產(chǎn)生的。當(dāng)油位高度由H1增加到H2時(shí)罐底板繼續(xù)變形，此時(shí)的變形屬于金屬的彈性形變，變形量大致與油位高度成正比，此時(shí)立式罐又產(chǎn)生了一個增量ΔV2。由于底板的變形改變了空罐狀態(tài)下高度與液位的關(guān)系，空罐狀態(tài)下的容積表已經(jīng)不能準(zhǔn)確的反應(yīng)油位高度與容積的關(guān)系，必須進(jìn)行實(shí)罐狀態(tài)下的修正。當(dāng)油位高度由H2繼續(xù)增加時(shí)，底板變形基本穩(wěn)定不再變化，此時(shí)罐容也不再變化，這一區(qū)域稱為變化穩(wěn)定區(qū)，這時(shí)的容積表也必須經(jīng)過修正以后才能使用。

表1 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)匯總

2 罐傾斜度測量

罐體傾斜度測量依據(jù)JJG 168—2005《立式金屬罐容量檢定規(guī)程》進(jìn)行,即在罐體外側(cè)8個對稱的方向上用粉筆做標(biāo)記，在適當(dāng)?shù)奈恢弥Ш萌緝x，用一盒尺的零點(diǎn)對準(zhǔn)一圈板的水平焊縫的中心線，使盒尺自由懸垂，全站儀讀數(shù)，依次測量各點(diǎn)，測不到的點(diǎn)移動全站儀重新建立測量位置，移動以后重新測量上一個站點(diǎn)最后一個測量位置，使各個測量位置的標(biāo)高修正到同一位置，找出2個對稱位置的最大值，計(jì)算其傾斜度[3]，見表2。

式中：α為傾斜度，（°）；D為所測圈板外直徑,m；h1、h2分別為相鄰兩點(diǎn)的測量讀數(shù)，mm，hk=||h1-h2max。

罐體在實(shí)際儲油的過程中隨著油品的增加，對罐底產(chǎn)生了很大的壓強(qiáng)，地基會發(fā)生局部和整體沉降，根據(jù)地基所用材料和建筑質(zhì)量的好壞沉降量不同[4]。有關(guān)文獻(xiàn)記載罐體中心的沉降量要大于罐體四周的沉降量，這是由于罐底板四周受到環(huán)梁的約束，且厚度一般也大于中間，所以承載能力強(qiáng)，罐體底板下面主要是砂石等材料相對比較松軟，所以受到相同的壓強(qiáng)時(shí)沉降量要大于罐體四周[4-5]。罐體的傾斜度還主要取決于地基的地質(zhì)狀況，地基施工的質(zhì)量和工藝的好壞，當(dāng)相鄰2點(diǎn)的偏差值超過±50 mm必須卸油大修[5]。

表2 傾斜度測量數(shù)據(jù)

3 結(jié)束語

通過分析可知在空罐狀態(tài)時(shí)，罐底板和地基不發(fā)生變化，罐容表保持其有效性。隨著油品的增加罐底板和地基發(fā)生形變罐容表不再適用。底板的沉降和地基的不穩(wěn)定性是導(dǎo)致空罐狀態(tài)下測得的罐容表失真的主要原因。沉降量的大小與罐底板材料和罐地基的施工有關(guān)，不同容量的罐體地基沉降量也不同。因此在實(shí)際的使用過程中必須根據(jù)實(shí)際情況加以修正使用。