專利名稱：一種球罐容積的測定方法
技術領域：
本發(fā)明是關于一種球罐容積的測定方法，更具體的說是一種通過測定球罐半徑得到容積的方法。
球罐一般固定在支撐架上，主要用于存儲和計量液化石油氣、天然氣及其它化工產品，標定球罐就是最終確定球罐在不同液位高度的盛液量，以進行罐內液體存量和輸轉量的計算。球罐的標定方法主要分為兩類。
第一類為液體測定法，是通過計量罐、計量管或流量計向球罐內注入標準體積液體或自球罐內輸出液體到已知體積的計量罐中測定的。這類方法對大型容器的測定成本較高，一般很少使用。
第二類為幾何測量法，即通過直接或間接手段測量球罐的周長或半徑計算球罐的容積。主要有圍尺法和經緯儀法兩種。
GB/T15181-94《球形罐容積標定法(圍尺法)》是通過測量一條赤道圓周和兩條豎直圓周的周長來標定球罐容積的，其赤道圓周可用光學垂準儀投點測量。圍尺法有較高的標定精度，適用于在球罐有理想圓度，并能直接圍尺的情況。但是因為多數(shù)球罐并非有理想圓度，而且由于圍尺路徑上的障礙物會不可避免地影響實際操作，不能直接圍測整個圓周，必須分段測量，所以圍尺法的準確性大打折扣。此外，圍尺時的高空作業(yè)會帶來測量人員的安全問題，調整尺帶圍繞大圓周的操作緩慢，降低了測量效率。盡管水平大圓周也可改用光學鉛垂法測量，避免了高空作業(yè)，但在地面投點測量半徑時，卷尺的非水平狀態(tài)容易產生測量誤差。
JJG642-90所述的經緯儀法，是利用經緯儀根據(jù)球罐的橫向大圓周的左右切點和豎向大圓周的上下切點來測定水平夾角和豎直夾角，再根據(jù)三測站橫向切線夾角的角平分線確定球罐中心和球罐中心在水平面上的投影，用卷尺測量此投影到經緯儀中心投影的距離，再由該距離、水平夾角及豎直夾角計算球罐水平大圓周和豎直大圓周的半徑。經緯儀法避免了高空作業(yè)，但存在如下缺陷(1)在同一測站，很難做到既能觀察到橫向大圓周的左切點，又能觀察到右切點，既能觀察到豎向大圓周的上切點，又能觀察到下切點。(2)由于經緯儀觀測點一般低于赤道方向，因此，理論上根本無法切測到赤道的左右切點，實際切測到的左右切點在水平面上投影形成的圓周半徑要小于赤道半徑。(3)測量程序煩瑣費時。
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術的不足，提供一種簡便、適用性強、精度高的測定球罐容積的新方法。
我們發(fā)現(xiàn)，在距球罐一定距離的某個位置上，對準球心方向，測定球心水平角、垂直角和在該方向上測點到罐壁的距離，再獲得球罐的任意切線方向的水平角和垂直角數(shù)據(jù)后，可由所得數(shù)據(jù)計算球罐壁切點到球心的半徑，進而求得球罐的容積。
本發(fā)明提供的方法是按照下列步驟進行的1、在繞球罐圓周方向的地面上，建立至少三個測站，每個測站到球罐壁的垂直距離至少為球罐半徑的2倍。
2、確定球心方向的水平角HM和垂直角VM(1)選擇可看到與正對圓周的左右交匯點的水平弦，記錄左、右交匯點的水平角HL、HR，由HM=(HL+HR)/2計算球心水平角HM，(2)選擇可看到與正對圓周的上下交匯點的垂直弦，記錄上、下交匯點的垂直角VU、VD，由VM=(VU+VD)/2計算球心垂直角VM，3、將儀器的水平角和垂直角調整為HM和VM，并獲得球心方向到球罐壁的距離D；4、切向測量在正對球面圓周上，選擇均勻分布的至少8個切點，測量每個切點的垂直角VP和對應于HM的水平夾角θ’；5、由公式R=D1-(sinVPsinVMcosθ′+cosVPcosVM)21-1-(sinVPsinVMcosθ′+cosVPcosVM)2]]>求得相對于每個切點的球罐半徑R，取各切點球罐半徑的算術平均值為該測站的球罐半徑；
6、在完成第一測站的測量之后，將光電測距儀移至其它測站，按步驟2～5進行同樣測量和計算；7、取各測站所得半徑的算術平均值為球罐半徑并按常規(guī)方法計算球罐容積。
下面結合


本發(fā)明提供的測定方法的原理。圖中S-測站中心；O-球心；M-OS與球面的交點；P-對應光電測距儀中心的球面切點；P’,O’-P,O的水平投影；θ-SP和SO的夾角；θ’-SP’和SO‘的夾角；VP’-SP與SP’的夾角；VM’-SO與SO‘的夾角。
在附圖的直角三角形SPO中，OP=OM=R,SM=D，OP=SO*sinθ=(OM+SM)*sinθR=(R+D)*sinθR=D*sinθ/(1-sinθ)…………………………………………(1)公式(1)中，D由光電測距儀直接得到，θ無法直接獲得，為此，需確定θ與其他已知量的關系。
因P’O’2=SP’2+SO’2-2*SP’*SO’*cosθ’SP’=SP*cosVp’SO’=SO*cosVm’則P’O’2=
SP2*cos2VP’+SO2*cos2VM’-2*SP*SO*cosVP’*cosVM’*cosθ’……(2)因P’O’2=OQ2=OP2-PQ2=OP2-(PP’-OO’)2OP=SO*sinθPP’=SP*sinVP’OO’=SO*sinVM’則P’O’2=SO2*sin2θ-SP2*sin2VP’-SO2*sin2VM’+2*SP*SO*sinVP’*sinVM’…(3)由(2)式和(3)式及SP=SO*cosθ可得cosθ=cosVP’cosVM’cosθ’+sinVP’sinVM’………………………(4)因為VM’和VP’分別為光電測距儀所示的球心方向和切線方向垂直角VP和VM的余角，則所以(4)式為cosθ=sinVPsinVMcosθ’+cosVPcosVM………………………(5)公式(5)表明了立體夾角θ和水平夾角θ‘的關系，其中VP、VM、θ’可由測量得到，由公式(5)可求得sinθ，sinθ=1-cos2θ=1-(sinVPsinVMcosθ′+cosVPcosVM)2---(6)]]>再根據(jù)公式(1)和(6)可求各切點相應半徑R。
本方法所說的測站在球罐圓周方向上最好均勻分布且各測站到球罐距離保持基本相同，每個測站所選定的正對球面圓周上的切點數(shù)目，應選擇均勻分布的至少8個切點，以使組合觀測范圍完全覆蓋球罐圓周的情況下，可以基本相互抵消由于球罐的不圓度引起的誤差。
球罐平均半徑的測量誤差是△R,m為測站數(shù)，n為到球罐壁的垂直距離與球罐半徑R的比值，△Ri為每個測站所得球罐半徑的誤差，由△R=[1/(m×n)]×∑(△Ri)可知，△R與m、n和ΔRi的關系。
因此，本方法所說的測站數(shù)應不少于三個，所說的測站到球罐壁的垂直距離應至少為球罐半徑的2倍。
本方法在確定球心方向時，可選擇多條水平弦和垂直弦，以各水平弦和垂直弦對中結果的算術平均值作為球心的水平角HM和垂直角VM。
本方法步驟7中所述的常規(guī)方法是指扣除罐壁厚度、計算球體體積等計算過程。
本方法所用的儀器由測距單元和測角單元兩部分組成，它們可以是獨立的兩部分，在測量現(xiàn)場臨時組合；也可以是已將測距和測角單元同軸組合在一起的全站式電子測距儀，這樣可以免去現(xiàn)場組合帶來的平行性調整和誤差修正的麻煩。
當測距單元和測角單元是獨立的兩部分時，有同軸配置和平行配置兩種方式，較好的是同軸配置方式。
如測距單元和測角單元為平行配置時，所測得的距離D應由D=D-(Rb-Rb2-c2)]]>修正到球心方向，式中D’是平行配置時測距單元的測距數(shù)據(jù)，Rb是球罐設計半徑，c為常數(shù)，是測距單元與測角單元的平行距離。
本發(fā)明提供的測定球罐容積的方法，具有如下優(yōu)點(1)在儀器測角誤差小于3”，測距誤差小于5毫米時，測定球罐容積的相對誤差小于2‰，可滿足球罐容積測定的精度要求。
(2)本方法尤其適合于對大型懸空球罐的測量，它可以避免高空作業(yè)的危險性。
(3)不受油罐表面障礙的影響，對現(xiàn)場環(huán)境有較強的適用性。
(4)測量快速，較經緯儀法測量速度提高兩倍以上。
附圖為本發(fā)明提供的測定方法的原理示意圖。
下面通過實例對本發(fā)明作進一步的說明，但本發(fā)明的保護范圍并不受這些對比例1采用GB/T15181-94《球形罐容積標定法(圍尺法)》中記述的方法對燕山石化公司煉油廠的4#、12#、324#和62#球罐進行測定。測定結果見表。
對比例2采用JJG642-90中記述的經緯儀法對對比例1的球罐進行測定，測定結果見表。實例所用測量儀器中，測角單元是WILD公司的DIOR3002紅外測距儀，其無反射鏡測距精度為±10mm，檢定精度為±1.8mm，測角單元為WILD公司T1000型電子經緯儀，其測角精度為±3＂，測角單元和測距單元在現(xiàn)場同軸配置。
數(shù)據(jù)記錄計算終端為WILD公司的GRE4記錄終端，它可以與測量儀器實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，并進行實時的數(shù)據(jù)處理。
實例中采用三測站，每個測站與球罐表面的垂直距離約為球罐半徑的2～3倍。所得結果見表，表中的R1、R2、R3分別為每個測站中所得八個切點半徑的算術平均值，R為R1、R2、R3的算術平均值，容積相對誤差為與GB/T15181-94方法所測容積數(shù)值比較得到。
表
權利要求
1.一種測定球罐容積的方法，其特征是該方法按照下列步驟進行(1)、在繞球罐圓周方向的地面上，建立至少三個測站，每個測站到球罐壁的垂直距離至少為球罐半徑的2倍。(2)、確定球心方向的水平角HM和垂直角VM(ⅰ)選擇可看到與正對圓周的左右交匯點的水平弦，記錄左、右交匯點的水平角HL、HR，由HM=(HL+HR)/2計算球心水平角HM，(ⅱ)選擇可看到與正對圓周的上下交匯點的垂直弦，記錄上、下交匯點的垂直角VU、VD，由VM=(VU+VD)/2計算球心垂直角VM，(3)、將儀器的水平角和垂直角調整為HM和VM，并獲得球心方向到球罐壁的距離D；(4)、切向測量在正對球面圓周上，選擇均勻分布的至少8個切點，測量每個切點的垂直角VP和對應于HM的水平夾角θ’；(5)、由公式R=D1-(sinVPsinVMcosθ′+cosVPcosVM)21-1-(sinVPsinVMcosθ′+cosVPcosVM)2]]>求得相對于每個切點的球罐半徑R，取各切點球罐半徑的算術平均值為該測站的球罐半徑；(6)、在完成第一測站的測量之后，將光電測距儀移至其它測站，按步驟(2)～(5)進行同樣測量和計算；(7)、取各測站所得半徑的算術平均值為球罐半徑并按常規(guī)方法計算球罐容積。
2.按照權利要求1所述的方法，其特征是步驟(2)在確定球心方向時，可選擇多條水平弦和垂直弦，以各水平弦和垂直弦對中結果的算術平均值作為球心的水平角HM和垂直角VM。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種球罐容積的測定方法,它是在繞球罐圓周方向和到球罐壁的垂直距離大于2倍球罐半徑的位置上,通過測量距離、水平角和垂直角度測定球罐容積的。該方法具有簡便、快速和適用性強的優(yōu)點,尤其適合用于大型球罐容積的測定。
文檔編號G01B11/24GK1321872SQ0010723
公開日2001年11月14日 申請日期2000年4月29日 優(yōu)先權日2000年4月29日
發(fā)明者魏進祥, 關鴻權, 李鳳岐, 林慶 申請人:中國石油化工集團公司, 中國石油化工集團公司石油化工科學研究院