地下储油罐变形原因分析

地下储油罐变形原因分析

通常，加油站有几个储油罐，通常还有“油位计量”。通过算术和气位计算，测量输入和输出油量和容器中的油量，并通过预测器的气位表（即气位高度与容器中储油量之适当关系）进行实时计算，以保持罐内油量和储油量的变化。由于地基变形等原因,储油罐在使用一段时间后,罐体的位置会发生纵向倾斜和横向偏转等变化(称为变位),从而导致罐容表发生改变。因此,利用进/出油量和罐容表显示信息来识别储油罐的罐体位置是否发生变位是加油站储油管理的基础;如果储油罐的罐体位置发生了变位,则需要对罐容表进行重新标定。根据储油罐的几何形状、位置和罐内油位高度计算油罐的储油量,建立储油罐变位后罐内油位高度与储油量的对应关系是识别变位和对罐容表重新标定的数学技术和关键内容。本文针对常用的主体为圆柱体、两端为球冠体的典型储油罐,其尺寸及形状如图1所示,给出根据储油罐几何形状、位置和罐内油位高度计算储油量的公式,建立储油罐变位后罐内油位高度与储油量对应关系的数学模型,为识别罐体位置的变位和罐容表重新标定奠定了理论基础。1储油罐微元法求解对于典型的实际储油罐,储油罐内油的体积是液面高度的函数。当油罐如图1水平正置时,设液面高度为H,罐内油的体积为V=f(H)=V1+V2(1)其中V1为同一液面高度下圆柱体内油的体积,V2是同一液面高度下球冠体内油的体积,如图2所示。由微元法容易得出同一液面高度下圆柱体内油的体积V1=L[(H−R)H(2R−H)−−−−−−−−−√+R2arcsin(HR−1)+12πR2]V1=L[(Η-R)Η(2R-Η)+R2arcsin(ΗR-1)+12πR2](2)对于实际的储油罐。为计算同一液面高度下球冠体内油的体积V2,取球冠体的球心为原点、储油罐的中轴线为x轴建立坐标系如图3所示。则球冠面方程为x2+y2+z2=r2,液面与球冠面的交线。方程为,相应的截面面积为:s(y)=2∫r2−y2r−1r2−y2−x2−−−−−−−−−−√dxs(y)=2∫r-1r2-y2r2-y2-x2dx,由微元法可得同一液面高度下球冠体内油的体积为:V2=2∫H−R−Rs(y)dy=4∫H−R−R(∫r2−y2r−1r2−y2−x2−−−−−−−−−−√dx)dyV2=2∫-RΗ-Rs(y)dy=4∫-RΗ-R(∫r-1r2-y2r2-y2-x2dx)dy(3)将(2)和(3)代入(1)式可得将如图1所示储油罐的参数L=8m、R=1.5m、r=1.25m代入得罐内油位高度H与储油量的对应关系:根据公式(5)即可对实际储油罐进行罐容表的初始标定,进行实时计算,监控罐内油位高度和储油量的变化情况。从而可以通过分析加油站实际进出油量与实时计算储油变化量的数据是否吻合来识别罐体位置是否发生变位。如果罐体位置发生了变位,则需要对储油罐的罐容表进行重新标定。受篇幅所限,本文仅对罐体位置发生横向偏转时的罐容表重新标定问题进行讨论。2储油罐横向偏转时实际高度的影响由于地基变形等原因,储油罐在使用一段时间后,罐体的位置会发生纵向倾斜和横向偏转等变位,从而导致罐容表发生改变。横向偏转是指储油罐的中轴线位置不变,罐体绕中轴线偏转,图4为储油罐发生横向偏转时油位探针测量的液面高度与液面实际高度的关系图。显然,在仅发生横向偏转时,实际液面的高度H不因发生横向偏转而改变,横向偏转只影响探针测量的油位高度H0。设罐体位置发生横向偏转角度为,油位探针测量的液面高度为,当液面实际高度H高于罐体半径时,则有H=(H0-R)cosβ+R同理,当液面实际高度低于,则有H=R-(R-H0)cosβ=(H0-R)cosβ+R从而得到液面实际高度H与横向偏转角度和探针测量油位高度H0的关系为H=(H0-R)cosβ+R(6)3横向偏转时罐容表的标定若罐体的位置发生了横向偏转变位,则储油罐初始标定的罐容表将不再适用,需要重新标定。假设已识别出罐体位置发生的横向偏转角度为,将(6)式代入(4)式,化简即得储油罐发生横向偏转时探针测量的油位高度H0与储油量的对应关系:将实际储油罐的参数L=8m、R=1.5m、r=1.25m代入得储油罐发生横向偏转时探针测量的油位高度H0与储油量的对应关系:这就是含横向偏转变位参数的储油量计算公式。因此,对给定横向偏转角度,由公式(8)即可对发生横向偏转后储油罐的罐容表进行重新标定。由公式(4)和(6)可知,罐体位置发生横向偏时罐容表的重新标定算法可由公式(8)直接得出,也可先由公式(6)将探针测量的油位高度H0计算出液面实际高度H,再用罐容表的初始标定算法(5)进行重新标定。这样就可以利用初始表定的程序进行重新标定,简化配套“油位计量管理系统”的功能结构,降低开发成本。同理,可以利用微元法推导罐体位置仅发生纵向倾斜时探针测量的油位高度H0与储油量的对应关系,从而给出相应的重新标定算法。4罐容表初始标定算法(1)对如图1所示的典型储油罐,在储油罐水平正置的情况下,利用微元法推导罐内油位高度H计算储油量的公式:V=L[(H−R)H(2R−H)−−−−−−−−−√+R2arcsin(HR−1)+12πR2]+4∫H−R−R(∫r2−y2r−1r2−y2−x2−−−−−−−−−−√dx)dyV=L[(Η-R)Η(2R-Η)+R2arcsin(ΗR-1)+12πR2]+4∫-RΗ-R(∫r-1r2-y2r2-y2-x2dx)dy,给出了罐容表的初始标定算法;给出了根据加油站实际进出油量与实时计算储油变化量的数据是否吻合来识别罐体位置是否发生变位的思路。(2)假设罐体位置仅发生横向偏转变位的情况下,给出了储油罐变位后探针测量的油位高度H0与罐内油位实际高度H关系式:H=(H0-R)cosβ+R,进而推导了储油罐发生横向偏转时