专利名称：：一种卧式油罐的容积检定方法
技术领域：
：本发明涉及一种卧式油罐的容积检定方法。
背景技术：
：油罐作为加油站油品储存容器，在营业过程中，对实际油品的数量管理是通过油罐内储存油品的变化来进行管理的，依赖于油罐容积表。当加油机营业付出油品数量后，需要掌握油罐内实际付出的油品数量是多少，油品数量的实际营业、储存、损耗情况等如何；同时，为监控油罐使用情况，避免渗漏污染环境等等，要对营业的数量及安全进行管理，就必须具备各个油罐——对应的准确油罐容积表。加油站的油罐是埋地的卧式金属罐，中间是柱体，两端是孤形顶，极个别也有其他形状，规格一般是20m3、30m3、5(W三种，绝大部分是30n^油罐。通常的油罐容积检定方法是根据国家JJG266-96卧式金属罐容积检定规程进行的。检定规程中的检定方法是几何测量法，包括外部几何测量法和内部几何测量法二种(1)外部几何测量法通过每圈外周长的测量获得每圈板的内直径，每圏板的长度测量获得卧式柱体的长度，顶部的弧形等测量获得几何形状，通过运算获得总体积和部分体积，最终获得容积表；外部几何测量法的特点是该方法是目前获得油罐容积表的最主要的方法，测量最为简便和实用。原不确定度为0.7%，规程略为改进后，不确定度定为0.4%，是卧式油罐容积表准确度最高的方法。但是，外部几何测量法采用异地测量，存在如下难点A、油罐埋地时3安装倾斜；B、油罐受压后变形；C、更为重要的是油罐埋地使用后无法再检定。(2)内部几何测量法通过每圈对称点长度的测量获得每圈板的内直径，每圈板的长度测量获得卧式柱体的长度，对顶部的弧形等测量获得几何形状，通过运算获得总体积和部分体积，最终获得容积表。内部几何测量法的特点是该方法是获得油罐容积表的主要方法之一，测量筒便和实用。不确定度也是卧式油罐容积表准确度最高的方法之一。但是，内部几何测量法存在如下难点A、用一组对称点决定一圈板的直径，相对于外部测量法准确度要差；B、使用后由于停业、清罐、安全、费用等等问题较难做到再检定。要进行重新检定费用很大，人进入被油蒸气封闭的空间的安全问题(检定费用的差异)等等，每个油罐检定需付出高昂的代价。由于这些难点的存在，使得油罐容积表普遍存在不准确的问题，4艮难做到将一个30m"由罐，从装满油到被加油机发空的过程中，容积表与加油机的差异达到200升以内(按原规程的0.7%比对)。在国家JJG266-96卧式金属罐容积检定规程用几何法难以开展正常检定的条件下，许多机构尝试各种办法，主要是容量法。标准器容量法为把被检定的油罐清理干净后，将标准器内已确定液体介质的量值注入油罐，在油罐内测量液位的高度，这个过程从低到高进行重复，直到被检定的油罐盛满介质为止，将标准器内的多次量值累计传递到油罐。在各测量点内，将量值进行差分，得到容积表，其他的容量法类似。人们用各种容量法解决油罐容积表的问题时，液位的测量高度是分配二界面内介质量值的依据，在处理过程中会出现二个问题通常，介质量值确定的误差是千分位的，甚至更小；高度量值确定时与其所代表范围内介质的误差是百分位，甚至更大，出现测量高度的高误差。当介质量值确定后，在测量高度二个界面均分时，设定油罐长度后，在油罐截面可以近似地得到一个弦长；当分配考虑相邻的界面用台体进行细分时，会出现更接近于油罐的弦长(图1(a)、(b))，但无法获得可靠弦长，甚至不清楚差异是多少。在无法获得准确的直径条件下，这将是常规方法中较好的处理方法，但存在成型分配不是十分合理的问题。人们用各种容量法解决油罐容积表的问题时，测量高度的高误差和在分配时出现的不是十分合理的二个问题没有理想解决，检定结果的准确度不会很高，是其他各种方法不能代替检定规程的技术原因。标准器容量法的特点标准器内确定的液体介质的量值具有高准确度，但是作为一个系统，测量液位的高度误差和介质量值在两个界面内如何分配，使该方法的准确度受到了较大影响。还有该方法及类似方法由于停业、清罐、高费用等等问题，4艮难开展普及检定。综上所述，目前的卧式油罐的容积检定方法均无法用低成本获得准确度高的容积表。
发明内容本发明所要解决的技术问题是提供一种卧式油罐的容积检定方法，能够用低成本获得准确度高的油罐容积表。为解决上述技术问题，本发明提出了一种卧式油罐的容积检定方法，采集反映卧式油罐容积量变化规律的数据，即测量数据，通过整体统一成型规律处理所述测量数据，找到卧式油罐容积量的变化规律，进而根据该变化规律溯源油罐容积变化的几何尺寸，由该几何尺寸得到卧式油罐的容积表。进一步地，上述方法还可具有以下特点，所述测量数据包括油罐内液位测量高度和当时该油罐所对应的所有加油机累计数。进一步地，上述方法还可具有以下特点，所述油罐内液位测量高度的测5量误差小于2毫米。进一步地，上述方法还可具有以下特点，所述测量数据包括对测量数据中的油罐内液位测量高度进行整体成型々务正，并进行偏差分析。进一步地，上述方法还可具有以下特点，所述容积表用几何尺寸表示。进一步地，上述方法还可具有以下特点，所述油罐内液位测量高度通过整体成型修正后分配介质量值，所述容积表任一个测量高度二界面的容积与测量时的累计介值量值不等同。进一步地，上述方法还可具有以下特点，所述方法实施过程中无需停业和清罐。采用本发明的卧式油罐的容积4企定方法，能够得到准确度高的油罐容积表，方法设置科学、准确度高、操作简便、实用性强，并可以避免获取油罐容积表的过程中停业、清罐、安全、高费用等问题。图1为本发明中测量高度修正及介质分配示意图；图2是用几何法检定的容积表和用高量拟方法重新检定后的计算结果偏差分析图；图3为倾雀+油罐的示意图。具体实施方式如果将地下油罐的整个能够使用部分看作是一个模型，把它放在地面上、并且可以切片处理，那么地下油罐就可以变为地面油罐，整个测量范围的实际容积就可以看作为是立体模型，假如，这个立体模型转化为数学模型成立(即VH=f(x)),每一片的实际容积与计算结果相符，任何部位的容积可以用统一的f(x)来表示，那么，地下油罐的几何尺寸形状得到溯源，油罐容积表也就得到了解决。因此，本发明的主要构思是，依据加油机累计加油量与油罐内液位测量高度的变化关系，采集反映卧式油罐容积量变化规律的数据，根据该数据找到卧式油罐容积量的变化规律，进而根据该变化规律溯源油罐容积变化的几何尺寸，由该几何尺寸得到卧式油罐的容积表。以下将本发明的卧式油罐容积检定方法称为高量拟检定方法。具体地说，本发明用高量拟检定程序内涵的数学模型，通过现有能够反映油罐容积变化规律的数据，找到油罐容积量的变化规律，溯源能够代表油罐容积变化规律的几何尺寸，并且满足与加油量的比对在0.1%以内，获得高准确度的容积表。高量拟检定方法的操作步骤分为二步，一是数据采集，二是数据处理。下面分别对该两步骤进行说明。1、数据采集；在正常的营业过程中，将油罐内装满油品(近95%)，测量油罐内的液位测量高度，并记录当时该油罐所对应的所有加油机累计数(一个油罐可以对应多个加油机，这里所说的"所有加油机累计数，，是指一个油罐所对应的各个加油机上累计数的总和)，将这二个数据作为一组测量数据，该油罐开始营业加油后，在减少了整个油罐总量的约二十分之一左右时，再次测量油罐内的液位测量高度，并记录当时的加油机累计数，连续这样的操作至油罐内油品发完(约剩5%)。将原始数据(即采集的若干组油罐内液位测量高度与加油机累计数)填入《高量拟原始数据采集及原表鉴定》表，并将液位测量高度查出原容积表的容积，数据采集结束。采集的数据组数为二十组左右，油罐内的液位测量高度的测量误差控制在2毫米以内，即油罐内的液位测量高度的测量误差小于2毫米。数据采集尽量避开盛夏和严冬，选择在春秋季节进行更佳。其他的检测方法要求是各个点控制在l毫米，可见，本发明方法对油罐内液位测量高度的采集精度要求更低，而且在本发明中，偶然出现粗大测量误差几乎对结果没有影响。7另外，数据采集这一步骤也可采用快速的采集方案，比如将曱罐倒入乙耀，二罐同时进^f亍;险定。2、对采集的数据进行处理，根据该采集数据找到卧式油罐容积量的变化规律，进而根据该变化规律溯源油罐容积变化的几何尺寸，由该几何尺寸得到卧式油罐的容积表。高量拟检定方法的最终目标是溯源油罐形状的几何数据，使用的手段是按统一的整体成型规律对测量高度进行修正和分配数据；将确定量值的测量高度选择在代表性大、测量误差影响小、截面较小的顶部(油罐容积总量95%处)和尾部(油罐容积总量5%处)；首尾数据确定总量，中间测量数据仅起确定成型规律作用；对顶部和尾部高度测量数据按基本规律的要求进行取舍；每份容积表用统一的几何数据；测量范围外用整体统一的规律推算；为判断计算结果的准确性和采集数据的可靠性，设置了测量高度的偏差分析(测量高度存在着测量误差，在测量高度该处与按各点统一成型规律的计算结果反映出测量误差，该差异在计算结果的偏差分析中，会体现出各测量点与整体统一成型规律的差异，用容积差表示，并同时用曲线来显示)，用这些手段和重要目标来最终实现量值溯源到油罐的几何数据，得到油罐容积表。支撑实现这些目标的是自动根据油罐原始数据，寻找油罐统一变化规律内涵的数学模型，是实现油罐形状溯源的根本。(1)用统一的数学模型对测量高度进行修正，按统一的整体成型规律分配数据；测量高度的高误差和介质分配不合理的问题，是目前其他方法没法代替几何法的技术原因，解决和消除测量高度高误差和界面内的量值分配不合理问题是我们最重要的目标之一。一个油罐一般可以分为两个部分，两端是个形状相同的封头(有些油罐无封头)，设计上主体部分是个圆柱体，主体部分是我们研究的主要对象。本发明认为虽然油罐主体设计上是个规则的圆柱体，由于制作安装等等原因，却是以近似于椭圓体状态存在的，我们设置中需要考虑这一因素，必须考虑将埋在地下的油罐进行倾斜修正，并将制作变形和受压变形后成为椭圓体的油罐进行修正，得到水平状态的规则的几何体。埋地油罐多少有些倾斜，而液体是水平放置的，因而设计的圆柱体在实际使用上，却不是以圓柱体状态存在的，对倾斜的油罐我们不能以原圓柱体的直径作为该罐的长轴，我们分析认为主体部分的垂直投影面是该罐的长轴，并可以调节成为该罐水平状态的基本直径(即圆柱体)。分析如下不妨先对倾斜油罐举个例在长度一定时，将倾斜油罐分为3等分(图3)，从下部开始相交圆叠影分别是l、2、3……，各高度位置的平均体积，可根据投影的叠影个数除3获得，从下部开始分别是1/3、2/3、中部3/3、2/3、1/3,然后在各位置划上均值的大致线段，将各线段用弧线相连后，倾斜油罐变了一个椭圓体。倾斜的油罐从垂直面来看是椭圓，油罐制作、受压变形，油罐也近似地以椭圓状态存在的，必须考虑将油罐以椭圆体存在的实际转换到圆柱体。丄zl我们先求椭圓"2+"=1的面积，令投影长轴为a,短轴为b。业_体积V-Ls再求圆"+y2=r的面积面积S=4J"ydx其中y=Va2_x2S=4J"dx体积V=IS9面积s=4J"ydx6其中y="s=4J"adx=两者之间的关系为<formula>formulaseeoriginaldocumentpage10</formula>椭圓体变形转换到圆柱体后的油罐直径数值大于原直径，将原来的总量按增高的范围分配，应当说比几何测量法更符合实际，尽管这油罐和处理过程是虚拟存在的，但却客观地反映了实际存在，这是我们立足于从水平状态的新圆柱体进行分析的依据，也是本发明具有高准确度的原因之一，本方法在应用过程中发现了有些总量相近，而在中部偏大许多的几何法测量的原容积表。在计算结果中与加油量的比对中，中间部位实际出现负值(如图2所示)。将油罐转换到水平状态后，测量液位的高度误差和介质分配可以在油罐的圆剖面上筒单地反映。我们结合图1来说明这一过程。设图1中的圆形代表实际的油罐(准确的容积表)，横线代表粗放型测量高度，二条横线内是确定的介质量值，斜线与油罐壁的差异就是偏差，图中的横实线与横虚二线之间的差量就是测量高度与标准高度的误差量。图1(a)、图1(b)是按测量高度用平均差分和按一定规律差分介质量值的反映。高阶的测量高度误差使油罐出现不规则；介质量值的分配反映了二界面的连线与实际油罐壁的差异。二个因素的存在反映了其他方法产生的容积表与实际油罐的差异。油罐整体是规则的，出现不规则是我们的高度测量误差和人们数据分配10的成型偏差，根据这个客观存在，我们假设先将图1(b)中测量不规则而出现的外壁钢板当作是铁皮推拉到符合整体的圆周上，结果已确定量值的介质使液位测量高度自然变动，出现与原测量高度的差异，也就是测量高度大致需要进行修正的量，并得到较为准确弦长，原测量高度通过修正后所得到的弦长在对应位置上与统一的直径相吻合，即用斜线将介质的量值按油罐的实际现状用虚直线连接，得到较准确测量高度的调整(图1(c));并通过将铁皮当作是塑料薄膜将连接的直虛线调整到圆周(图1(d))，结果使介质按圓周填满，得到准确的高度调整和统一的几何体，介质量值分配也按此进行。结果使测量高度修正和介质量值分配成为规则的几何体(修正的结果由计算结果的偏差分析或偏差曲线图(图2)反映)。我们设定的数学模型主体是水平状态的圆柱体，在设定长度时，需要研究的是圆截面。在立体模型的任何一点上，其微分是确定的，在任何一个高度上应有确定的弦长。通过放大或缩小数学模型的圓截面，使数学模型在该点上与立体模型相吻合。高量拟油罐容积表编制方法由每一部分的积分推算其数学模型的微分和直径(对规程的方法进行溯源)，我们选n个数据(20个左右)作为n-l个切片，中间各部分通过微分来确定各种参数。数学模型的微分在设计标准的要求下，通过调整参数使各个点上的数学模型与立体模型相吻合，通过无限次的逼近运算，满足自行设计标准公式允许的偏差范围内，达到与切片的实际相吻合；数学模型的微分与各个部分的油高油量切片取得相符的&出上，取得立体模型统一的&出标准圆柱体。从实际应用的结果来看，约80%的油罐两端有封头结构。规程中介绍的封头结构有弧形顶、椭圆顶、球缺顶、圓锥顶、圆台顶等，大部分油罐主要是弧形顶。我们在计算中把其结构统一按二次曲面计算，按照三点定位，通过运算结果，实现dvH-dvm,即过中心轴的上下两对称部分樣史分相同。ii为使容积表有更高的准确度，我们将分步溯源的已确定基本形状的油罐几何数据继续进行整体修正各项参数，使代表油罐数学模型的几何数据与测量的总油量完全相等；与其他各部位的切片相符，达到几何数据和容积表准确地反映客观实际。统一规律、代表油罐实际存在、数学模型的几何数据的溯源，支撑了方法其他手段的实现。油罐数学模型的几何数据的溯源是本方法的核心，理论上解决了高度测量高误差和介质量值分配不合理以及高准确度三个基本问题，推理是否最终成功,需要对解决这三个基本问题的结果及应用的四个方面验证，才能够反映是否代表客观实际，结论详见下面可靠性说明。(2)将确定量值的测量高度选择在截面小的顶部和尾部；首尾数据确定总量，中间测量数据仅起成型规律的作用；相对误差5=测量误差/所代表的确定量X100%。在顶尾部，高度测量误差2毫米，量为20升，前后二次均方误差不足30升；高度测量误差l毫米，量为10升，前后二次均方误差不足20升，而代表的中间的介质量值为27000升时，相对误差0.1%,在数学模型程序设置中用顶尾部数据确定总量，中间的所有测量数据仅供确定油罐规律和形状使用，有错误数据也不会改变容积表(个别位置除外)，数据处理中与其他方法完全不同，这样的设置，使测量误差控制到0.1%，可以满足加油站正常营业条件下就可进行数据采集，并具有足够高的准确度，为普及应用创造了基础条件，测量O.1%误差可以说，在设置上是目前的其他方法所无法达到的要求。(3)对顶部和尾部高度测量数据按基本的要求进行取舍；在除顶尾部和个别部位外，高度测量误差对容积表的结果毫无影响，甚至是个别错误数据也不会改变容积表的最终结果，顶尾部数据是高准确度的关4建数据，为此，对顶尾部设置允许2亳米测量误差外，防止出现粗大的测量误差，程序设置了数据的比较功能，当出现意外数据，会自动取舍，这样的设置实现了油罐检定无需专业人员就可获得测量数据，并可以用正常营业的数据作为检定数据，实现操作简便的目标之一。(4)每份容积表用统一的几何数据；测量范围外用整体统一的关见律推算；统一的几何数据能够保证在测量范围内的数据的整体统一性，也是实现高准确度的要求，是测量范围内代表的量越大，测量误差越小，可以保证使用范围内的高准确度；油罐是规则的，范围外也有基本相同的规律，这样处理的结果，实现了可以不停业、不清罐、保障安全的条件下，低费用就可以实现对埋地油罐进行检定。从与标准数据的比较来看，顶部以上和尾部以下，推算这不能使用部分的量会略有差异，容量计量上叫死量，约IO升误差，并不影响到使用。(5)对测量高度误差进行偏差分析。为判断计算结果的准确性和采集数据的可靠性，本发明设置了测量高度的偏差分析。数学模型在对该油罐的测量数据在寻找规律，拟合统一规律过程中，用累计加油量为介质标准进行对每一个测量高度进行分析，反映每一个测量高度对整体标准的偏差情况和测量高度的修正，在每份计算结果自动产生的偏差分析中用介质差值数据得到反映，同时，计算结果的偏差分析图(新旧容积表与各测量点累计加油量的偏差及准确性，如图2所示))直观地反映了测量高度的偏差在标准线附近波动，反映了每个测量高度的偏离状况和修正情况，体现了新容积表的准确程度。提供测量高度时原容积表的容积，还能够反映原容积表的偏差情况及原容积表的准确程度。图2实例是原用几何法枱二定的容积表和用高量拟方法重新4企定后的计算结果偏差分析图。这里，对具有综合处理手段实现油罐形状溯源的数学模型的可靠性进行说明根据原始数据可变参数的数学模型是整个方法设置的基础，也是方法的核心，它决定整个方法。用数学模型代替立体模型(立体模型即是油罐内用加油机累计数的量与油罐内液位测量高度所组成的约二十组数据，或者说是地下油罐)，理论上解决了高度测量误差和介质量值分配以及高准确度三个基本问题，但真正解决测量高度误差和数据处理成型的三个基本问题及其应用，必须通过四个-睑i正(1)对数学模型结果与提供原始数据(立体模型)的偏差验证。①对测量高度的误差修正。在计算结果上，我们用数学模型将各测量高度与统一成型在该高度上的标准量比较，在各测量点上的测量高度误差所产生偏差量(与切片差数值相同)(见图2)，反映了对测量高度的误差进行了修正。②数学模型与标准值的差异。这是高量拟数学模型能否使用的核心问题。我们以计量出版社出版的《卧式金属油罐容积表》为立体模型的标准，进行验证。在1400多份表中任意选取一份容积表为例(P183页)在该总量33m3的容积表中无规则地选取了19组数据，进行编制和复现该容积表试验，结果编制的容积表与选取测量数值范围(立体模型)的总量完全相同，各个分部容积(切片)相差l升左右，方法误差为9升，作为死量(死量是指前后计量作业中不会使用到的部分，一般不会对作业有影响的，如加油机作业最低部位以下部分)。对常规油罐数学模型的拟合偏差值一般在十万分之几(例2/28202),详见表l。表l数学模型与标准的偏差结果<table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage15</column></row><table>下面说明一下高量拟检定方法的数据处理方案中考虑的思路和其他问题数据采集是根据数据处理需要而设置的，数据处理上采用了容量计量上尚未尝试过的计量溯源手^a来实施的，是核心部分。由于地下条件的限制，国家JJG266-96检定规程对营业后的油罐4企定存在着困难，人们用各种容量法解决油罐容积表的问题时，存在着测量高度的高误差和数据分配不合理二个技术问题和开展过程的高费用问题。二个技术问题中，要减少高阶的测量误差，就需要减少测量次数，但会出现数据分配的成型偏差更大；而测量次数越多成型越接近，但测量的相对误差越大。这是常规的方法所面对的4艮难解决的问题。要彻底解决油罐容积表问题，必须突破常规思路。油罐是个规则的几何体，我们立足于溯源油罐几何尺寸的思路，将粗大的测量数据进行整理修正，并按整体规律作为标准进行处理，假如目标实现，同时，可以克服停业、清罐、高费用、避免安全风险等等问题。常规的计量活动的过程是量值传递的过程，(由于计量误差的存在)是把高准确度的标准传递到低标准的计量过程，与之相反的计量溯源是指追寻依据的来源过程，即追寻高标准的过程，这是计量工作的规律。计量溯源仅仅是个理论上的问题。在埋地油罐容积检定上，由于传统的计量方法^艮难解决实际问题的情况下，我们探索各种可能，并尝试将理论上的计量溯源在实际工作中应用，用低准确度的数据推导出高准确度的标准，违反常理常规，用难以使人置信的手賴尿开尝试，四个方面的聪3正说明，尝试获得成功。2005年在大型的全国容量计量技术研讨会上进行技术交流，大会的评价是开创了一条不合常规的新思路和新方法。油罐几何尺寸溯源解决了测量误差问题，按统一规律分配数据消除了成型偏差问题，用首尾数据确定总量提高了准确度问题，数据采集要求可以比16常规测量要求更低，粗大的高度测量误差并不会对检定结果有所影响，综合考虑了实用性问题。采用本发明的卧式油罐的容积;险定方法，能够得到准确度高的油罐容积表，并可以避免获取油罐容积表的过程中停业、清罐、安全、高费用等问题。以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。权利要求1.一种卧式油罐的容积检定方法，其特征在于，采集反映卧式油罐容积量变化规律的数据，即测量数据，通过整体统一成型规律处理所述测量数据，找到卧式油罐容积量的变化规律，进而根据该变化规律溯源油罐容积变化的几何尺寸，由该几何尺寸得到卧式油罐的容积表。2.根据权利要求1所述的卧式油罐的容积4企定方法，其特征在于，所述测量数据包括油罐内液位测量高度和当时该油罐所对应的所有加油机累计数。3.根据权利要求2所述的卧式油罐的容积检定方法，其特征在于，所述油罐内液位测量高度的测量误差小于2毫米。4.根据权利要求2所述的卧式油罐的容积检定方法，其特征在于，所述测量数据包括对测量数据中的油罐内液位测量高度进行整体成型修正，并进行偏差分析。5.根据权利要求1所述的卧式油罐的容积检定方法，其特征在于，所述容积表用几何尺寸表示。6.根据权利要求4所述的卧式油罐的容积检定方法，其特征在于，所述油罐内液位测量高度通过整体成型修正后分配介质量值，所述容积表任一个测量高度二界面的容积与测量时的累计介值量值不等同。7.根据权利要求1所述的卧式油罐的容积检定方法，其特征在于，所述方法实施过程中无需停业和清罐。全文摘要本发明涉及一种卧式油罐的容积检定方法，采集反映卧式油罐容积量变化规律的数据，即测量数据，通过整体统一成型规律处理所述测量数据，找到卧式油罐容积量的变化规律，进而根据该变化规律溯源油罐容积变化的几何尺寸，由该几何尺寸得到卧式油罐的容积表。采用本发明的卧式油罐的容积检定方法，能够得到准确度高的油罐容积表，方法设置科学、准确度高、操作简便、实用性强，并可以避免获取油罐容积表的过程中停业、清罐、安全、高费用等问题。文档编号G01F17/00GK101650206SQ20091016984公开日2010年2月17日申请日期2009年9月4日优先权日2009年9月4日发明者包星震,屠家堂申请人:包星震