地下卧罐不清洗进行容积检定方法的研究
        国家大容量第二计量站北京工作站 毛掬萍
   国家大容量第二计量站北京工作站为了加强油品计量新产品的研究、开发，于2004年初成立了北京康特佳油品计量技术研究所（原北京康特健计量技术有限责任公司）,主要从事石油、润滑油、植物油等油品计量产品的研究、开发，所内有原中央各部从事石油计量与石油标准制定的多位知名专家：国家罐车容积计量站技术负责人，铁路罐车容重计算软件的开发者毛掬萍高工；石化科学研究院多项石油标准起草负责人，国标GB/T1885-1998起草人之一管焕铮研究员；国家船舶容积计量站负责人、交通部科学研究院蒋鑫淼高工；中国计量测试学会常务理事，大容量计量检定规程、加油机检定等规程起草人廉育英研究员；中国科学院计算所张立元研究员等。研究所本着“科技为先、计量为准、以人为本”的原则，积极致力于为从事油品生产、销售的单位服务。
   加油站新造地下卧罐使用前，一般根据国家卧式罐容积检定规程，进行容积检定（人工检测），检定后的总不准确度不大于千分之四，卧罐装油后一般不再进行容积检定，由于长期使用，地基下沉，造成罐体倾斜、变形、侧滚，现发现几乎所有卧罐都有倾斜，有的还相当严重，即使再用原方法进行检定也很难满足检定规程规定的技术要求和检定条件。
近年来，由于各单位加强对加油站的计量，有的地方还要安装自动液位计等设备，在开展此项工作之前，均希望将地下罐容积检准。
   中油华北销售天津分公司成立后收购了不少私人加油站，大部分加油站没有容积表或容积表不准，迫切需要在不清洗罐的条件下解决地下罐的检定工作，为此，委托我们开展“地下卧罐不清洗进行容积检定”项目的研究，并将研究成果用于下属单位各加油站地下罐的检定。由于这次检定需投入大量人力、财力，又要花很长时间，希望检定的准确度有大幅度提高。
   开始我们想用流量计、自动液位仪、数字温度计、计算机等仪器组成一套检定设备，用此套设备不间断的向被检罐体内注入液体，利用计算机快速取样（流量、液高、温度等数据），经计算机处理获得被检罐的容积表。此法经我单位专家反复计算、论证、认为此法检定后卧罐的总不准确度无法保证，其主要原因为：1、液位读数误差太大，因安装的液位仪与进油管相距很近，被检罐开始注入液体后，会造成罐内很大的冲击波，使液位测量不准，即便液面上升到顶部，其波幅也能达到2-3毫米，我们在以后检定地下罐的过程中证明此推断是正确的，加上这种浪的频率较低，采用计算机处理也无法获得准确的数值（液高300毫米以上每毫米容积差可达10-30升）；2、流量计误差，包括流量计本身误差、流过流量计的液体不同带来的误差、磨损带来的误差、流过液体的温度与压力不同带来的误差以及流量不稳带来的误差；3、测温度的误差，包括液体未搅拌均匀造成各点温度不同，数字温度计输出滞后带来的误差，按规程规定：玻璃温度计在液体内浸没需5分钟、数字温度计的传感器要浸没1分钟以上，才能达到实际温度。北京地区地下温度一般在12℃-20℃之间，地下罐内油温一般在20℃以下，用油作介质检定地下罐当油不够须从油库送油时，在夏季，油库油温较高，油装入汽车罐运到检定地点，途中再经太阳照射，罐内油温可达30℃以上，用此油注入被检罐内，油温与油的体积均会发生较大变化，从下表可以看出：油温测量差1℃，标准体积会有千分之一以上的变化。综合以上原因，此方法未被我们采用。
表一、汽油不同温度下的VCF值

注：* 温度变化1℃，标准容积变化千分之一多。
本人经过研究提出用容量比较法检定地下卧罐。容量比较法就是用一组准确度很高的标准容器，向被检罐内注入液体，测出规定点的液高、容积、温度等参数，再将所测参数输入专用算表软件，算出被检罐的容积表。用此法要解决两个问题：

1、专用算表软件
经我们努力已研究开发出了专用算表软件系列，它包括：容积表算表软件、剩余高容积计算软件、任意温度的油容积换算成为标准温度下容积的软件。
（1）容积表算表软件
不论用什么方法检定地下卧罐，最终要获得反映该罐实际情况的容积表。
采用容量比较法检定卧罐获得容积表一般有两种方法：第一种方法是每次注入罐内的油不要太多（汽车罐检定规定每次注入100升液体，相当液高变化10mm左右），注一次液体测一次液高，通过很多的点的测量最终算出容积表，这种方法对检汽车罐可行，因为汽车罐总容积75%以下不作计量用，不要容积表。地下罐则不可行，在全部液高范围之内都需要容积表。中油天津分公司最多的卧罐直径在1.3m-2.8m之间，罐容积在15立方到60立方范围内，大部分罐直径在2.4m左右，容积为30立方，按汽车罐检定方法测量点将达200个以上，测如此多的点检定部门将投入大量人力，延长检定时间，还将大大增加检定成本，减少测量点就会带来误差，测量点越少误差越大。我们对“能否用测少量的点算出一个正确的容积表”进行了深入的研究，终于解决了此难题。为了验证它的正确性，用户可假设一个卧罐的全部几何尺寸，用中国计量科学院推广的卧式罐算表软件算出一个容积表，从容积表上选取四点，查出它的液高和容积值，输入到专用算表软件中，也算出一个容积表，两表对比发现：在半径以下相同高度，两表容积差最多差2升；半径以上两表容积差在万分之二以下。
为在计算中检验需要，本软件在算表过程中还显示一个综合参数，可以通过它看出被检罐的倾斜程度和测量、记录的数据是否有错误，同时，软件还对罐体的倾斜、测滚、变形进行了精确的修正。
（2）剩余高容积计算软件
在检定地下罐的过程中发现：罐内的油不可能被抽光。如果一个30立方的罐，余油高50mm，余油的容积就会超过100升，具体多少与罐的结构有关，为解决这个问题，我们开发了一套剩余高容积计算软件，可以算出余油的容积值，误差在2升以内。
（3）任意温度下的油容积换算成标准温度下的容积软件
由于油温对油的体积影响很大，在检定过程中标准罐及地下罐内的油温在不断变化，为此，我们开发了一套将任意温度下的油容积换算成标准容积的软件。
2、移动标准器
开始找不到合适的标准器检定地罐，决定用汽车罐经计量部门检定后当临时标准器，经实践后发现存在以下问题:

（2）测液高带来的容积误差。向地下罐注入一次液体，需测一次汽车罐内液高（实际要测量两次，两次结果不超过1mm），而1mm液高差会带来10-20几升的容积差，如果向地下罐注入2立方液体，就会造成0.5％到1％的误差；
（3）汽车罐体积大，在太阳的直晒下，朝阳一侧与朝阴一侧的罐体温度相差很大，无法对它进行体积修正；
（4）汽车罐内所装的油,经太阳直晒后或由于停留时间太长，会造成罐内各点油温相差很大，无法对油的体积进行修正；
（5）汽车罐底盘的弹簧变形与罐内油量不成线性关系变化；
发现以上问题后，促使我们下决心研究开发一套适合地下罐检定设备—车载计量标准器。
车载计量标准器，不能采用计量部门用的标准器，因其进出油慢、易冒油，而只能根据实际需要重新设计，我们现已设计、生产出用于检定的车载计量标准器，它有以下特点：

车载标准器如果配汽车罐专用算表软件还可以检定汽车罐。
采用容量比较法检定地下卧罐经误差分析与实践验证：被检罐总不准确度不大于千分之二，通过容量比较法可获得卧罐少量点不同高度时的容积值，而两点之间不同液高的容积值采用铁路罐车在常装高度范围内各点套表误差不超过万分之三的国家级科研成果,改进后解决了各测量点间不同高度的容积值。可以用下面的方法检验：被检罐测量液高，然后从被检罐内抽出定量液体到标准罐内，再测液高，查容积表内容积差是否与标准罐内容积值相等。
采用容量比较法检定的地下罐由于准确度很高，因此，被检罐可以作为计量器具使用，用它还可以监视加油机的磨损情况，避免不必要的经济损失。
经过对中石油天津分公司、湖南分公司，中石化湖南销售分公司800多个罐检定和对其所属9个加油站的地下罐的抽检，检定精度全部在千分之二以内，以下是在中石化湖南的抽检情况：
时间：2005年3月29日 14：00—22：00
地点：中石化长沙分公司长永加油站
参加人员：中石化湖南分公司安储处周浩副处长、徐正高科长、马宁工程师，长沙分公司安储科刘崇辉科长，株洲分公司张雪峰工程师等；国家大容量第二计量站北京工作站毛掬萍高工、王荣富高工、张永林高工、王劲松工程师等，共计18人。
被校验罐：4号罐
工作流程：1、首先由北京工作站派出的操作员对4号罐进行容积标定。此次被标罐容量为40立方左右，共测量了15个点(油高采用威德鲁特自动液位计读数)。测量完成后，从被标罐内抽出700升油左右（表示从任意高度开始校验），测量当时的液高和油温等数据，抽油前罐内油高为2132.8mm,然后将被检罐内的油通过标准器抽出，标准器为三等标准器，容积为2043.832 升，共通过标准器抽油三次，其余未参加计量的油全部返回到被检罐内，抽油结束后，再测量液高和油温等数据,抽油后罐内油高为1754.9mm。
2、中石化湖南分公司安储处马宁工程师通过购买的专用算表软件，分别用14个点的数据和8个点的数据计算出两张容积表。
3、根据8个点的容积表计算出绝对误差和相对误差。
校验结果：此次校验共通过标准罐抽出6133.301升油，查容积表的容积差为6138升，考虑温度对油体积的影响，经过计算绝对误差为1.11升，相对误差为万分之一点八。取8点和取14点分别算出的容积表相同液高下90%的容积相差在4升以内,最大相差10升。说明按照北京工作站的方法检定，不仅在测量点上的数据准确性很高，而且通过专用算表软件算出的测量点之间的数据也非常准确（见附表和容积表），算表误差在万分之三以内。

附表一：标准罐在校验时实际温度下的容积Vbt
由于标准罐给出的容积是20℃的容积，因此应按下表及公式算出校验的容积。

注：1、tb=1/4th+3/4tbuVbt=V20×[1+0.000036×(tb-20)]
2、此次抽检时多抽出3-4升油未放回地下罐（管路里余油）
附表二：地下罐校验容积(Vdt)

注：td=1/4tdh+3/4tdu
Vdt=V20×[1+0.000036×(td-20)]
附表三：两容器的油温差造成的油体积差

注：1、汽油温度变化1℃引起的油体积变化千分之1.25即：K=0.00125
2、柴油温度变化1℃引起的油体积变化千分之0.84即：K=0.00084
3、△Vi =K×(tbu -tdu)×Vbt
附表4、校验结果δ

注：绝对误差△v 总= Vdt –Vbt-△v± VR
相对误差δ=△v 总/ Vbt×100

附表五、抽查点的误差值

注：从第二点开始每次都是通过2043.832升的标准罐注油的。