大型天然氣儲油罐變位識別

大型天然氣儲油罐變位識別

儲油罐是儲存油的容器。加油站通常有幾個儲油室，收集燃料，通常還有“油位測量系統(tǒng)”。通過算術(shù)和氣位計算，測量輸入（輸出）油量和容器中的油量。預(yù)測量的容器體積表（即容器內(nèi)油量與容器內(nèi)油量之適當(dāng)關(guān)系）是實時計算的。您可以知道容器中油量和儲油量的變化，并決定是否添加潤滑劑。地下儲油罐多為臥式儲油罐,其主體大致為方形、圓柱形和橢圓柱形,其頂板大致分為:平頂、錐頂、球缺頂?shù)?其中方形主體和平頂、錐頂?shù)挠凸奁潴w積較易計算.本文主要討論更為實用的主體為圓柱體,兩端為球冠體的儲油罐.罐體沒有變位之前,油位探針測得的油位高度為各個截面的實際高度,通過罐體外標(biāo)注的罐容表就可以得出罐內(nèi)油量的容積(見圖1).許多儲油罐在使用一段時間后,由于地基變形等原因,使罐體的位置發(fā)生縱向傾斜(見圖2)和橫向偏轉(zhuǎn)(見圖3)等變化,罐內(nèi)油位的高度在不同的截面具有不同的高度.此時再利用油位探針測得的油位高度就無法估量出罐內(nèi)油量的真實容積,從而導(dǎo)致罐容表發(fā)生改變,無法根據(jù)原來標(biāo)定的罐容表進(jìn)行正確的估計.因此,需要重新建立數(shù)學(xué)模型,定期對罐容表進(jìn)行重新標(biāo)定.本文將傾斜后罐體內(nèi)的油量分為罐左(球冠)Vl、罐中(柱體)Vm、罐右(球冠)Vr三部分考慮,分割情況見圖4.在空間直角坐標(biāo)系中,建立曲面方程,利用微元法求出各部分油的體積,然后再考慮橫向偏轉(zhuǎn)對測量高度的影響.最后得到儲罐的總油量V與同時存在縱向與橫向偏轉(zhuǎn)時油標(biāo)高度h′、縱向偏轉(zhuǎn)角α、橫向偏轉(zhuǎn)角β之間的關(guān)系模型V=V(h′,α,β).1垂直偏移首先考慮只有縱向偏轉(zhuǎn)角α?xí)r,儲油罐的總油量V與只有縱向偏轉(zhuǎn)時油標(biāo)高度h、縱向偏轉(zhuǎn)角α之間的關(guān)系模型V=V(h,α).1.1罐中間部分油量的修正建立空間直角坐標(biāo)系,xOy平面如圖5(a)所示,z軸垂直于xOy平面并滿足右手系法則.罐體中間部分為一圓柱面,其方程為當(dāng)油量適中時(Ctanα<h≤H-Btanα),在任意一點(diǎn)x處(0≤x≤B+C)對應(yīng)的油面高度為h(x)=h-(x-B)tanα,在該點(diǎn)處用垂直于x軸的平面截該部分罐體,所得圖形見圖5(b).因此罐中間部分油量當(dāng)油量過少時(0<h≤Ctanα),修改式(1)外層積分的積分上限,此時罐中間部分油量(見圖6(a))同理,當(dāng)油量過多時(H-Btanα<h<H),罐中間部分油量(見圖6(b))1.2右球冠罐部分油量的垂直比例在任意一點(diǎn)y處(0≤y≤Hcosα)用垂直于y軸的平面截該部分罐體所得圖形見圖7(b).因此左球冠罐部分油量同理,將原空間直角坐標(biāo)系原點(diǎn)O′沿x′軸向右平移B+C,再將x′Oy′平面繞z軸順時針旋轉(zhuǎn)α角,如圖8所示,z軸垂直于xOy平面并滿足右手系法則.因此右球冠罐部分油量2橫向偏轉(zhuǎn)時油位計算公式在縱向偏轉(zhuǎn)基礎(chǔ)上,考慮橫向偏轉(zhuǎn)角β對油位計讀數(shù)的影響.記有橫向偏轉(zhuǎn)角β時油位計讀數(shù)為h′,無橫向偏轉(zhuǎn)時油位計讀數(shù)為h.如圖9所示.顯然有因此將式(6)代入式(1)—(5)中,得到的即是同時考慮橫向偏轉(zhuǎn)與縱向偏轉(zhuǎn)的儲油量與油位高度及變位參數(shù)之間關(guān)系的數(shù)學(xué)模型.3儲油罐總油量x當(dāng)油量過少時(0<h≤Ctanα)V=V1+Vml當(dāng)油量適中時(Ctanα<h≤H-Btanα)V=V1+Vm2+Vr當(dāng)油量過多時(H-Btanα<h<H)V=V1+Vm3+Vr從上述模型中可以看出,給出油罐的尺寸后,儲油罐總油量V即為油標(biāo)高度h′、縱向偏轉(zhuǎn)角α、橫向偏轉(zhuǎn)角β的函數(shù).加油站只需記錄各個時刻的進(jìn)(出)油量和對應(yīng)的油標(biāo)高度,即可利用該模型計算出ΔV與實際進(jìn)(出)油量擬合得到變位參數(shù)(α,β).進(jìn)一步由該模型在參數(shù)(α,β)下給出新的罐容表.4儲油罐內(nèi)油量與油標(biāo)高度的關(guān)系加油站的地下儲油罐一般都有與之配套的“油位計量管理系統(tǒng)”,利用流量計和油位計來測量進(jìn)(出)油量與罐內(nèi)油位高度等數(shù)據(jù).罐體沒有變位之前,油位探針測得的油位高度為各個截面的實際高度,通過罐體外標(biāo)注的罐容表就可以得出罐內(nèi)油量的容積.當(dāng)儲油罐位置發(fā)生縱向傾斜和橫向偏轉(zhuǎn)等變化時,再利用油位探針測得的油位高度就無法估量出罐內(nèi)油量的真實容積.本文對常見儲油罐的油量建立了數(shù)學(xué)模型,得到了儲油罐的總油量與油標(biāo)高度、縱向偏轉(zhuǎn)角、橫向偏轉(zhuǎn)角之間的關(guān)系.利用測量到的進(jìn)(出)油量與罐內(nèi)油位高度等數(shù)據(jù)可以檢測出油罐是否發(fā)生了變位,同時給出變位參數(shù),定期對罐容表進(jìn)行重新標(biāo)定.將原空間直角坐標(biāo)系的x′Oy′平面繞z軸順時針旋轉(zhuǎn)α角,如圖7(a)所示,z軸垂直于xOy平面并滿足