立式金属罐容量计量的围尺法国内外测量标准差异性研究

魏 凯 宋述古 刘子勇 王金涛

(1.青岛市计量测试所，青岛 266101；2.中国计量科学研究院，北京 100029)



立式金属罐容量计量的围尺法国内外测量标准差异性研究

魏 凯1宋述古1刘子勇2王金涛2

(1.青岛市计量测试所，青岛 266101；2.中国计量科学研究院，北京 100029)

在对比JJG 168—2005《立式金属罐容量》检定规程和ISO 7507.1:2003《立式圆筒形储罐的标定-围尺法》条款内容的基础上，结合立式金属罐容量检定的实际工作经验，从检定条件、仪器设备、检定方法、附录内容四个方面对国内、外立式金属罐测量标准的差异进行了详细分析，为今后《立式金属罐容量》检定规程的改进提出了具体的建议。

计量学；容量计量；立式金属罐；国际标准；围尺法；差异

0 引言

立式金属罐是由若干层圈板垂直焊接而成的圆筒形金属罐，具有计量准确度高、稳定性好等特点，是石油、液体石油产品及其他液体货物贸易结算、收发交接的重要计量器具[1,2]。随着我国经济社会的飞速发展，对原油的需求量也逐年快速增长。据测算，到2020年前后，我国石油消费量将超过7亿吨/年，其中进口石油将达到4.2亿吨/年，年进口石油贸易额将超过2300亿美元。在这些惊人的数字背后，如何保证立式金属罐对石油等化工产品计量的准确性更为贸易双方所重视，这就给我国立式金属罐容量计量技术的研究工作提出了更高要求，而研究对比国外同类技术文件，结合工作经验取长补短是快速提高自身技术水平的一条行之有效的道路。按照OIMLR71、ISO 7507和JJG 168—2005的技术要求，立式金属罐容量计量的方法分为：围尺法、光学基准线法、光学三角测量法和光电测距法。其中的围尺法是通过钢卷尺直接测量立式金属罐各层圈板的周长而得出各圈板直径的办法[3]，是最为准确可靠的立式金属罐计量方法，被国内、外技术机构作为立式金属罐计量必备的仲裁技术手段。本文将在ISO 7507-1:2003《围尺法》与JJG 168—2005相关技术条款进行对比的基础上，分别从检定条件、仪器设备、检定方法、附录内容四个方面介绍总结二者之间的主要技术特点差异，并结合实际工作经验讨论分析这些技术差异的合理性，为今后我国技术规范改进提出建议。

1 国内、外测量标准的差异性分析

1.1 检定条件

ISO 7507-1要求储罐装液到标称容量至少一次，稳定时间24h以上；JJG 168—2005水压试验则要求将水充装到罐总容量的80%以上，稳定时间不少于72h，可见国内规程的试压要求更加严格。ISO 7507-1建议客户为检定人员提供标有尺寸的储罐结构设计图，并要求检定人员在测量过程将实测值与图纸数据进行比较，如果存在差异应及时与客户沟通，必要时进行重复测量，确保测量数据的准确无误。

总体上，ISO 7507-1对技术要求的描述更加细致和科学，尤其强调执行时注意事项和相关法律、制度的重要性，对安全事项的描述也非常细致，对可能存在的安全隐患进行了逐项要求，确保检定人员在操作实施过程中不会存在偏差和遗漏。

1.2 仪器设备

JJG 168—2005对检定设备和配套设备的测量范围、准确度等级或最大允许误差、型号规格进行了简单说明，ISO 7507-1则在列举检定设备和配套设备技术参数的同时，还对设备的材质、机械性能、使用方法等进行了明确的规定。如对量油尺的要求就包括：材质含碳量、抗拉强度、膨胀系数、检定方法、准确度要求、尺面刻线要求、尺坨及挂钩的结构和安装要求等。由此可见，ISO 7507-1对设备的性能指标陈述非常详细，针对性很强；同时也对测量设备的管理和使用提出了要求。在立式金属罐测量这个工作环境恶劣、设备工作强度大的检定项目里，测量设备经常会处于超负荷的工作状态，容易出现因设备工作不正常造成的质量事故。所以，国内的技术机构应当与设备生产厂家紧密合作，在设计制造出高水平的测量设备的同时，还要在技术规范和质量控制文件中制定周详的设备自校、程序维护和保养的要求。例如ISO 7507-1所规定的在收放钢卷尺的过程中要用力均匀，在钢卷尺使用前后一定要清洁尺带，并均匀地涂抹油脂，要以具体的措施保证设备始终处于最佳的测量状态。

1.3 检定方法

1.3.1 圆周长检定方法

ISO 7507-1与JJG 168—2005都采用在立式金属罐的固定位置进行水平围尺操作的方法，但是操作程序有所差别。JJG 168—2005外围尺法先将钢卷尺紧贴罐壁使二者温度平衡，然后每隔3m使用夹尺器和拉力器沿罐壁的切线方向给钢卷尺施加固定的拉力，并用磁性表座对钢卷尺进行固定。这种操作程序与ISO 7507-1相比更加科学，可以确保钢卷尺每一段距离所受的拉力相同，多次测量的重复性也会更好。因此，JJG 168—2005可以达到比ISO 7507-1更高的围尺允差要求，见表1。

表1 国内、外围尺圆周长允差要求

ISO 7507-1正常检定时的围尺位置与JJG 168—2005围尺位置的选取差别并不大，均在每层圈板板高的1/4和3/4处[4]；不同的是ISO 7507-1针对仲裁检定规定了特殊的围尺位置,见表2。

表2 2ISO 7507-1仲裁检定围尺位置要求

在后续检定时，如何保证围尺位置与首检位置的一致性也非常重要(体现罐体同一位置周长的变化)。由于围尺的位置往往受到罐壁附件影响而进行上下调整，所以笔者所在的技术机构在检定过程中除了记录围尺的高度数据，同时还通过数码照片对围尺高度、围尺起点、跨越的障碍物等细节进行详细的记录，避免了后续检定时因围尺位置和人员操作等原因对测量结果造成影响。此种方法同样可以应用在对罐底附件的测量过程中。

JJG 168—2005中规定的内铺尺法，在ISO 7507-1中没有相对应的条款，分析其原因主要是内铺尺法操作时钢卷尺是依靠检定员给钢直尺施加的下压力与罐壁贴合的。于是检定员的下压力直接影响了钢卷尺与罐壁的贴合紧密性：下压力越大贴合的越好，测量的数据与约定真值越接近。但是下压力无法给予量化要求，因此测量结果会因检定员的不同或者压尺手法的改变而发生变化。同样，钢卷尺在依据JJG 4—1999《钢卷尺》进行溯源检定时，检定员会给尺带施加49N或者98N的拉力，并给出相应的修正值[5]，这种测量方式在外围尺法中不会对测量结果产生影响，而内铺尺法是在没有拉力的状态下使用钢卷尺。虽然JJG 168—2005的7.4.1.2条款列出了尺带弹性的修正公式，但是，实际操作中，内铺尺法无法像外围尺法一样与罐壁进行温度平衡，钢卷尺弹性模量和截面积也会受到环境条件的影响而变化，这时得到的测量结果很难依靠公式进行修正。所以笔者认为，在内铺尺法的操作过程中，首先要保证钢卷尺的尺带不存在凹凸不平或者弯折现象；其次，在钢卷尺溯源时最好能够采用零拉力检定，以尽可能地还原钢卷尺实际铺尺时的使用状态[6]。

ISO 7507-1中还重点讲解了焊缝修正值的计算方法，见表3。

表3 跨越规修正值计算方法

另外，对圈板的油漆厚度，ISO 7507-1也要求进行测量，用来修正外围尺的圆周周长，JJG 168—2005中则未提及对油漆厚度的测量，建议在以后的技术规范起草中予以考虑。

1.3.2 罐底检定方法

国外储罐底为规则的几何形状(如：锥形、半球形、半椭球形、球缺形)，多数采用ISO 4269容量法测量罐底量，此种方法比几何法准确性高，但是工作量大，工作效率较低；JJG 168—2005则主要立足我国国情，采用几何测量法对不规则罐底的容量进行计算，基本能够满足客户的要求。

1.3.3 浮盘检定方法

ISO 7507-1与JJG 168—2005对浮盘的检定方法基本相同。ISO 7507-1对使用容量法测量浮顶质量时，判定浮盘完全起浮的方法描述明确，可操作性稍强。ISO 7507-1还明确指出浮顶质量应当包括：外浮盘上扶梯质量的一半、连接于浮盘底部的部分附件质量的一半、软性或铰接式排水管质量。浮盘质量应当作为技术重点在现场与图纸逐一核实，笔者所在的技术机构在根据图纸核实浮盘质量时，通常要求浮盘施工方技术人员在浮盘质量汇总表上签字认可，并加盖公章存档。

1.3.4 参照高度与液位计检定方法

ISO 7507-1与JJG 168—2005对参照高度的测量都非常重视，测量方法也相同。而在储罐实际使用过程中，用户通常通过雷达液位计采集数据，对储罐容量进行实时监控。因此，雷达液位计的溯源检定就变得十分重要。首先，需要将雷达液位计零点与计量基准点的相对高度进行准确的测量。雷达液位计在罐底零液位反射板的相对高度比较容易，关键在与液位计顶端的相对高度，多数情况只能通过测深钢卷尺予以确定，但是这种测量方式是在雷达液位计未安装的情况下进行的，安装后的相对高度易受法兰和垫片厚度的影响；其次，雷达液位计的现场安装状态也会对测量误差产生影响[7]。因此，笔者建议今后的规程起草应对雷达液位计提出进行现场校准的要求，以减少雷达液位计现场测量误差，降低用户由于液位测量不准而造成的经济损失。

1.4 附录内容

ISO 7507-1附录文件内容十分丰富，包含了围尺时所用装置的明细；储罐标定和容量表编制；储罐标定数据计算表；不确定度评定；罐体、钢卷尺温度修正；静压力修正和证书内容要求。

ISO 7507-1在这些附录文件中引入了大量的数据表格和计算实例，并对测量中的注意事项做了更加详实的说明。例如在附录B通过表格的方式给出了死量因储罐直径变化产生的容量修正系数，避免了因微小的直径变化而需要重新对死量进行复杂的测量工作，同时还列举了圈板厚度变化造成的容量变化修正系数、罐体倾斜的容量修正系数(见表4)、温度变化造成的容量修正变化系数和存储介质密度变化造成的容量变化修正系数。

ISO 7507-1中附录D储罐标定的不确定度分析对各不确定分量考虑的十分全面，例如围尺时施加在尺带上张力的不确定度、与储罐罐壁摩擦引起的沿尺带张力的不确定度、尺带不在同一个平面的不确定度、尺带所在平面与储罐轴线不垂直引起的不确定度、尺带对齐的不确定度、障碍物的不确定度、储罐不是理想圆筒引起的不确定度、标准条件下储罐底部的应力变形和罐壁静压力修正的不确定度等分量都是笔者之前评定不确定度中未曾考虑到的，具有很高的学习和参考价值。

表4 罐体倾斜的容量修正

2 结论

经过对比ISO 7507-1与JJG 168—2005的技术条款，笔者认为两者提出的总体技术要求差别不大，不同之处主要有以下两点:

1)ISO 7507-1注重对技术细节的描述，对测量过程中技术要点的说明非常详尽；而JJG 168—2005的技术条款更加具有可操作性，对各项测量工作的流程和计算方法都介绍的非常清楚，使检定人员能够按照规程要求顺利地完成全部立式金属罐检定工作。

2)ISO 7507-1在技术要求中充分体现了国外技术人员对立式罐容量测量的重视程度，在严格的要求背后不仅是对用户负责，更是体现出对技术人员自身的保护，可以避免许多未知因素对立式罐容量测量的影响，保证测量结果的准确、有效。

如果在将来的立式罐容量规程起草过程中，能够将ISO 7507-1与JJG 168—2005的优点相结合，将进一步推动我国立式罐容量测量的技术进步，为实现计量事业的腾飞做出贡献。

[1] 刘子勇.容量计量[M].北京：中国计量出版社，2009

[2] OIML R71:2008.Fixed storage tanks-general requirements[S]

[3] JJG 168—2005立式金属罐容量检定规程[S]

[4] 石强，等.立式金属罐容量计量检定时问题的提出及解决方法.实用测试技术，2001(4)

[5] JJG 4—2005钢卷尺检定规程[S]

[6] 宏岩.钢卷尺弹性变量对检定立式金属罐误差分析.石油工业技术监督局，2011(10)

[7] OIML R85:2008.Automatic level gauges for measuring the level of liquid in stationary storage tanks[S]

10.3969/j.issn.1000-0771.2015.2.19