利用全站儀法測量臥式金屬罐容量

【摘要】在測量臥式金屬罐容量時，幾何測量法是一種常用的測量方法。本文深入研究了JJG 266—2018《臥式金屬罐容量》檢定規程中規定的檢定方法，并結合實際情況，介紹了一種新的測量方法——全站儀法，并對這兩種方法進行了詳盡分析和比較，尤其對全站儀法進行了重點探討。研究結果表明，在對測量精度有較高要求的應用場景中，采用全站儀法能夠有效降低測量誤差，從而提升油品存儲的科學化計量管理水平。

【關鍵詞】臥式金屬罐；計量；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

石油工業是我國經濟的重要支柱產業之一。每年，我國都需要生產并進口大量的石油及其衍生產品。臥式金屬罐（以下簡稱“臥式罐”）作為液體儲存和計量的關鍵設備，已廣泛應用于化工、石油等行業的生產與運輸環節。加油站的地下儲油罐是臥式罐最典型的應用場景。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儲油罐。石油銷售公司要依據儲油罐的容量進行油品庫存盤點、成本評估、節能指標考核以及內部核算等工作。然而，由于臥式罐特定的擺放姿態以及受罐體變形等因素影響，對其容積進行準確測量始終是一項技術上的難題。

1臥式罐的結構

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

2臥式罐容量測量的技術條件

在進行臥式罐容量測量時，必須遵循檢定規程的要求，確保臥式罐的外形、結構及材料等均符合相關標準要求。臥式罐的銘牌內容必須準確無誤且完整。臥式罐的壁面應無明顯的凹凸不平或變形。

臥式罐應盡可能保持水平狀態，以滿足精度要求。對于有特殊要求的罐體，安裝傾斜比應控制在0.08以內，確保計量口下尺點位于筒體長度的中部。此外，臥式罐的地基安裝必須穩固，以防止罐底座發生嚴重變形。

在檢定和校準臥式罐時，應保證測量結果的不確定度不超過0.4%。對于新建造、大修或重新安裝的臥式罐，應在3天后進行校準和檢定。對于在用臥式罐進行校準時，應確保校準和檢驗工作的正常進行，不受干擾。

若臥式罐已加裝保溫層，且只能從內部測量時，必須確保罐內清潔，并且有毒及易燃氣體的濃度應符合安全規范要求，以保障測量過程的安全。

3臥式罐容量測量方法分析

3.1幾何測量法

依據JJG 266—2018《臥式金屬罐容量》檢定規程，目前測量臥式金屬罐容積一般都采用幾何測量法。幾何測量法又分為光電幾何測量法和手動幾何測量法。光電幾何測量法是采用光電內測距法及自動水平橫斷面掃描測量各規定高度內水平橫截面面積；手動幾何測量法是采用手動法測量臥式罐的圈板直徑、圈板長度、罐總長、圈板厚度、封頭高度、過渡曲線體半徑、檢尺點內豎直徑、傾斜角度等數據。

手動幾何測量法分為外測法和內測法兩種。外測法一般用于地面臥式罐的容量測量；內測法一般用于地埋臥式罐或半地埋臥式罐的容量測量。外側法通過使用鋼卷尺等測量各圈板的外周長，大、小圈板長度，搭接長度，圈板厚度，頂板的外高，罐體傾斜，檢尺點距液面高端的距離，量油口外高等數據，通過計算得到容量表。內測法通過使用套管尺等測量各圈板的水平內直徑，豎向內直徑，大小圈板長度，頂板的內高、罐體傾斜，檢尺點距液面高端的距離，量油口外高，附件等數據，通過計算得到容量表。

采用幾何測量法測量各圈板圓筒部分的直徑時，如果測量兩次后，其結果均比規定允差要大，那么應該繼續測量，要持續到連續兩次測量結果都與規定的允差相符為止，取兩次測量的均值作為這個位置的直徑長。

3.2全站儀法

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

利用臥式罐的內徑等基礎數據，從立柱的最低段開始，逐段向上拼接支撐立柱，直至形成一體。立柱拼接完成后，根據設定的有效行程，固定立柱上的上下限位開關，并連接電源盒與檢測儀的供電線路，隨后啟動電源。

接下來，調整全站儀至水平狀態，在罐體每個圈板的1/4和3/4位置測量坐標數據。通過處理這些數據，可以計算出與罐壁垂直的半徑長度。運用AUTOCAD軟件，可以將核算后的數據繪制成矢量圖形，確立固定圓心，使用樣條曲線連接各半徑的終點，形成閉合的面域，具體見圖4。

AUTOCAD軟件具備強大的計算功能，能夠精確計算出不規則閉合圖形的周長和面積，精度高達小數點后四位。基于此，可以得到該不規則幾何圖形的面積和周長，然后與板高相乘，即可精確計算出該層板高的體積。

3.3具體實例應用分析

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

按照規程規定選取測量位置，使用鋼卷尺測量凈直徑為2，991.1 mm。通過傳統測量方式得出9，396.8 mm是其內周長，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。

通過全站儀法并與AUTOCAD結合，得出9，401.1 mm是其內周長，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。

通過數據分析可以明顯發現，利用全站儀的方法測得的數據經過計算后得到的周長，比鋼卷尺測得的數據通過圓的計算公式算出的結果大4.3 mm，體積卻比利用圓的公式計算出來的體積小了15.519 L。因此，使用全站儀法測量更接近實際的使用情況，避免了套用圓的計算公式帶入的系統誤差，并且結合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臥式金屬罐容量測量不確定度評定

4.1數學模型

4.2不確定度分量

臥式金屬罐容量測量不確定度的引入分量包括：大圓筒直徑測量引起的相對標準不確定度，大圓筒長度測量引起的相對標準不確定度，兩端伸長部分直徑測量引起的相對標準不確定度，兩端伸長部分長度測量引起的相對標準不確定度，兩端頂板內高測量引起的相對標準不確定度，附件體積的測量引起的相對標準不確定度。

4.3合成相對標準不確定度

5結束語

本文依據JJG 266—2018《臥式金屬罐容量》，采用全站儀對臥式罐進行測量，并與傳統幾何測量法進行比對。相比傳統方法，全站儀法不僅在提高效率的同時，節省了大量的人力，還可以通過AUTOCAD建模更直觀真實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》國家計量檢定規程的要求。

【參考文獻】

[1]臥式金屬罐容量：JJG 268—2018[S].

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

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

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

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

【作者簡介】

王彬，男，1978年出生，工程師，學士，研究方向為企業計量檢定管理。

（編輯：李加鵬）