Способ определения погрешности емкости вертикального резервуара Российский патент 2025 года по МПК C01F17/00 G01B5/00 

Изобретение относится к области определения емкости резервуара вертикального стального при проведении поверки геометрическим методом, а именно расчета погрешности емкости резервуаров, и может быть использовано при учетно-расчетных операциях в качестве поправочного коэффициента, вводимого в программное обеспечение автоматической обработки данных резервуара при контроле емкости.

Известен способ определения погрешности, указанный в ГОСТ 8.570-2000 «ГСИ. Резервуары стальные вертикальные цилиндрические. Методика поверки» (далее - ГОСТ 8.570-2000), где даны фиксированные значения погрешности резервуаров при применении геометрического метода:

При поверке резервуаров применяют измерительные средства для геометрического метода измерения и электронно-оптическое оборудование.

Недостатком данного способа вычисления погрешности определения емкости резервуара вертикального стального, является то, что при практическом использовании, в качестве средства поверки каретки измерительной, референтной методики расчета погрешности резервуара (ГОСТ 8.010-2013 методика выполнения измерений, принятая для получения результатов измерений, которые могут быть использованы для оценки правильности измеренных значений величины, полученных по другим методикам измерений величин того же рода), при использовании данного средства измерения, не существует.

Значения погрешности, указанные в ГОСТ 8.570-2000 являются, по сути, суммарной погрешностью средств измерений, используемых при поверке (каретки измерительной, рулетки, линейки), но не являются погрешностью метода измерения погрешности резервуаров стальных вертикальных цилиндрических, более того, способ определения погрешности резервуаров стальных вертикальных, при проведении поверки геометрическим методом, в принципе на сегодняшний день отсутствует.

Для измерения радиальных отклонений образующих резервуара от вертикали по ГОСТ 8.570-2000 "ГСИ. Резервуары стальные вертикальные цилиндрические. Методика поверки", вместо предлагаемых средств поверки каретки измерительной и электронно-оптического оборудования, предлагается использовать дальномер лазерный предназначенный для измерения расстояний и вертикальных углов. Для жесткой фиксации дальномера лазерного во время измерений и точного наведения, предлагается использовать адаптер Leica FTA360, с возможностью регулировки угла наклона и высоты установки с помощью микрометрических винтов.

Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является разработка способа определения погрешности емкости резервуаров стальных вертикальных цилиндрических при проведении поверки геометрическим методом и как следствие, применение результатов вычисления погрешности при учетно-расчетных операциях за содержимое резервуаров.

Техническим результатом изобретения является новый способ определения погрешности емкости резервуаров стальных вертикальных цилиндрических при проведении поверки геометрическим методом, с высокой точностью определения погрешности.

Современные системы учета и контроля емкости резервуаров, применяемые в частности на нефтебазах, содержат требование о вводе погрешности резервуара, которые были определены во время поверки в программное обеспечение этих систем учета и контроля.

Это достигается тем, что способ определения погрешности при проведении калибровки, градуировки, поверки резервуара вертикального стального, используя геометрический метод измерения, определяется математическим путем через вычисление среднеквадратического отклонения измеренных значений, при доверительной вероятности равной 0,95, определяется неопределенность следующих операций: расчет неопределенности измерения длины окружности первого пояса резервуара, расчет стандартной неопределенности совмещения ленты на участках измерения резервуара, расчет стандартной неопределенности измерения длины окружности первого пояса, расчет поправки объема резервуара при измерениях, расчет стандартной неопределенности поправки к вместимости под действием гидростатического давления столба налитой жидкости, расчет расширенной неопределенности, которая получена умножением суммарной стандартной неопределенности на коэффициент охвата k = 2, основанный на предполагаемом нормальном распределении, и определяет интервал, соответствующий вероятности охвата 95 %.

Это достигается тем, что в способе определения погрешности емкости резервуара вертикального стального, включающего геометрический метод измерения, причем дополнительно проводят измерения лазерным дальномером, установленным на штативе с помощью адаптера для установки углов наклонов - отклонений, с помощью винта регулируют высоту установки лазерного дальномера для измерения расстояния до первого пояса конструкции резервуара вертикального стального, соответствующее 3/4 высоты первого пояса данного резервуара вертикального стального, далее с помощью микрометрического винта изменяют угол установки лазерного дальномера для наведения на точки измерений радиальных отклонений вышестоящих поясов конструкции резервуара вертикального стального, после проведения измерений производят расчет радиальных отклонений резервуара вертикального стального по формуле - радиальное отклонение k-го пояса, α - угол установки лазерного дальномера для наведения на точку измерения радиального отклонения k-го пояса, - расстояние от лазерного дальномера до первого пояса конструкции резервуара вертикального стального, - расстояние от точки лазерного дальномера до k-го пояса, при этом полученные радиальные отклонения используют в дальнейшем для расчета погрешности емкости вертикального стального резервуара с применением расчета расширенной неопределенности в соответствии с ГОСТ 8.570-2000.

Математическим путем вычисляется расширенная неопределенность измерений емкости резервуара вертикального стального, учитывающая не только точностные характеристики средств определения емкости, но и особенности эксплуатации вертикального резервуара, такие как: конструктивные элементы, температурный режим, барометрический режим, климатические условия, геодезические условия.

Отличительным признаком данного способа является:

- возможность использования данного расчета в качестве референтной методики по определению погрешности резервуаров стальных вертикальных цилиндрических при проведении поверки;

- расчет неопределенности резервуаров стальных вертикальных цилиндрических при проведении поверки с применением каретки измерительной;

- установление доверительных границ истинного значения погрешности метода измерения;

- учет значения «мертвой полости» (нижняя часть резервуара, из которой нельзя выбрать жидкость, используя приемно-раздаточный патрубок. Искажение нижней части резервуара в следствии выдавливания жидкости при длительной эксплуатации ГОСТ 8.570-2000) резервуаров стальных вертикальных цилиндрических при расчете погрешности;

- стоимость применяемого оборудования многократно меньше стоимости тахеометра или 3D-сканера, также меньше стоимости измерительной каретки для измерения радиальных отклонений;

- по сравнению с методом измерений измерительной кареткой, позволяет сократить число персонала задействованного для измерений с трех до одного человека;

- для обработки полученных результатов используется стандартное программное обеспечение (ПО) для расчетов резервуаров и не требуется дополнительное дорогостоящее ПО для предварительной обработки данных полученных с помощью тахеометра или 3D-сканера.

Изобретение поясняется чертежом.

Фиг. 1 - схема проведения измерений.

Способом вычисления погрешности фактической емкости резервуаров при проведении поверки геометрическим методом будет вычисление неопределенности (установление доверительных границ действительных значений полученных при расчете емкости резервуара вертикального стального). Внесение расчета неопределенности (разброс измеренных значений, в пределах которого они могут быть объективно приписаны к измеряемой величине) в методики поверки резервуаров стальных вертикальных цилиндрических, а также в программное обеспечение измерительных систем для резервуаров при измерении уровня, температуры, давления и вычислений объема, массы, средней плотности нефти, нефтепродуктов, и других жидкостей. Сопоставительный анализ расчета погрешности резервуаров вертикальных стальных цилиндрических предполагаемого и известного способа приведен в таблице 1.

Таблица 1

Расчет производился на основе международного стандарта ISO 7507 - ч. 1,ч. 2 «Нефть и жидкие нефтепродукты - Калибровка вертикальных цилиндрических резервуаров».

Примеры осуществления изобретения.

Измерение длины окружности первого пояса

Стандартная неопределенность длины измерительной ленты (рулетки)

где - расширенная неопределенность, указанная в сертификате калибровке, к коэффициентом охвата, k=2.

Для измерений применялась:

Рулетка измерительная металлическая 2-го класса точности Р30Н2К, рег. №46391-11, №173/12 С-БД/03-08-2022/175739894, действительно до 02.08.2023 г. (0…30) м КТ 2 ГОСТ 7502-98

Δр2кт = ± [0,30 + 0,15 ⋅ (L - 1)], для 30 м = 4,65 мм

Стандартная неопределенность показаний длины

Разрешение рулетки rLtr = 1 мм = 0,001 м

Стандартная неопределенность, вызванная натяжением и положение измерительной ленты.

Неопределенность натяжения и положения измерительной ленты включают в себя следующие компоненты:

- неопределенность натяжения на устройстве для измерения длины (лента);

- неопределенность распределения натяжения вдоль ленты из-за трения о резервуар;

- неопределенность из-за того, что лента не находится в одной плоскости;

- неопределенность из-за того, что плоскость ленты не перпендикулярна оси резервуара.

Поправка к длине окружности за счет расположения рулетки к стенке резервуара вертикального стального приведена в таблице 2.

Таблица 2

-длина окружности резервуара

Стандартная неопределенность совмещения ленты на участках

= 1 мм = 0,001 м - максимально возможная погрешность при приложении ленты на участках.

Измеренная длины L = 47,664 м, при использовании рулетки 30 м, получается 2 участка Na.

Стандартная неопределенность измерения длины окружности первого пояса

Измерение длины окружности проводилось 2 раза (Nm=2, uLm=0).

Стандартная неопределенность внешнего радиуса первого пояса

Стандартная неопределенность толщины металла и краски

Измерение радиальных отклонений и расчет внутренних радиусов

Источники неопределенности:

ut_v - стандартная неопределенность максимального отклонения от вертикали троса измерительной каретки (принимается 0,05 % от H);

ut_r - стандартная неопределенность которая представляет собой максимальную погрешность показаний (наихудшая погрешность, включая погрешность шкалы, ее разрешение и человеческую ошибку) и одинакова для всех показаний (принимается ut_r = 0,001 м);

ut_mp - стандартная неопределенность толщины металла и краски.

Стандартная неопределенность измерения радиальных отклонений

Расчет стандартной неопределенности измерения внутренних радиусов (таблица 3):

Таблица 3

Составление таблиц

Расчет стандартной неопределенности вызванная плавающим покрытием (Таблица 4)

где tVdis = 5% относительно Vdis.

При отсутствии плавающего покрытия uVdis=0.

Дополнительные неопределенности uVad:

- поправки на наклон резервуара;

- аппроксимация и т.д.

где uVad = 0,005 % относительно Vr.

Стандартная неопределенность вместимости мертвой полости

Стандартная неопределенность объема резервуара

Таблица 4

Поправка объема резервуара при измерениях

Стандартная неопределенность измерения жидкости в резервуаре:

Принимается Uρ = 5 кг/м³, k = 2.

где eE - Погрешность определения модуля Юнга материала стенок резервуара, принимаемая равной 5⋅109 Н/м2.

Стандартная неопределенность плотности модуля Юнга

где E = 200 ⋅ 109 Н/м².

Максимальное отклонение для оценки температуры измерений длины окружности eTtp составляет 5°С.

Стандартная неопределенность оценки температуры измерений длины окружности

Максимальное отклонение для оценки коэффициентов линейного расширения eαtp и eαtk составляет 2 ⋅ 10^-6 °С^-1.

Стандартная неопределенность оценки коэффициентов линейного расширения

Расчет стандартной неопределенности с поправками к вместимости под действием гидростатического давления столба налитой жидкости (Таблица 5).

Таблица 5

Расчет расширенной неопределенности (таблица 6):

Таблица 6

Таким образом: представляемый способ определения расчета погрешности при проведении поверки емкости резервуара вертикального стального геометрическим методом точнее известного способа определения погрешности, указанного в ГОСТ 8.570-2000, в 3 раза.

Экономическим подтверждением актуальности данной темы является тот факт, что при тестовом использовании алгоритмов расчетов в программном обеспечении измерительной системы, применяемой сегодня на нефтебазах (резервуары РВС(П)-2000), экономия нефтепродукта составляет 300 литров с одного резервуара вертикального стального за один цикл отгрузки, средняя нефтебаза состоит примерно из 15 подобных резервуаров.

Конечным результатом расчета погрешности емкости резервуара вертикального стального будет расчет расширенной неопределенности -

где k = 2 - коэффициент охвата

uc - суммарная стандартная неопределенность

где uVr - Стандартная неопределенность объема резервуара

uVh - Стандартная неопределенность поправки к вместимости под действием гидростатического давления столба налитой жидкости

uVCal - Стандартная неопределенность уравнения коррекции гидростатического напора

uVt - Стандартная неопределенность теплового расширения резервуара, выраженная в процентах

uVb - Стандартная неопределенность объема дна резервуара

uVb = 0 - нивелировка днища не проводилась.

Изобретение относится к области определения емкости резервуара вертикального стального при проведении поверки геометрическим методом. В способе определения погрешности емкости резервуара вертикального стального дополнительно проводят измерения лазерным дальномером, установленным на штативе с помощью адаптера для установки углов наклонов - отклонений, с помощью винта регулируют высоту установки лазерного дальномера для измерения расстояния до первого пояса конструкции резервуара вертикального стального, соответствующее 3/4 высоты первого пояса данного резервуара вертикального стального, далее с помощью микрометрического винта изменяют угол установки лазерного дальномера для наведения на точки измерений радиальных отклонений вышестоящих поясов конструкции резервуара вертикального стального, после проведения измерений производят расчет радиальных отклонений резервуара вертикального. Полученные радиальные отклонения используют для расчета погрешности емкости вертикального стального резервуара с применением расчета расширенной неопределенности. Технический результат - повышение точности способа определения погрешности емкости резервуаров стальных вертикальных цилиндрических при проведении поверки геометрическим методом. 1 ил., 6 табл.

Способ определения погрешности емкости вертикального стального резервуара, включающий геометрический метод измерения, отличающийся тем, что дополнительно проводят измерения лазерным дальномером, установленным на штативе с помощью адаптера для установки углов наклонов - отклонений, с помощью винта регулируют высоту установки лазерного дальномера для измерения расстояния до первого пояса конструкции резервуара вертикального стального, соответствующую 3/4 высоты первого пояса данного резервуара вертикального стального, далее с помощью микрометрического винта изменяют угол установки лазерного дальномера для наведения на точки измерений радиальных отклонений вышестоящих поясов конструкции резервуара вертикального стального, после проведения измерений производят расчет радиальных отклонений резервуара вертикального стального по формуле a_k = L₀ - cos α ⋅ L_k - радиальное отклонение k-го пояса, α - угол установки лазерного дальномера для наведения на точку измерения радиального отклонения k-го пояса, L₀ - расстояние от лазерного дальномера до первого пояса конструкции резервуара вертикального стального, L_k - расстояние от точки лазерного дальномера до k-го пояса, при этом полученные радиальные отклонения используют в дальнейшем для расчета погрешности емкости вертикального стального резервуара с применением расчета расширенной неопределенности.