CN117268488A - 一种罐体容积测量装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及容积测量方法技术领域，具体为一种罐体容积测量装置及方法。所述的装置包括精密天平、压缩氮气瓶、真空泵、压力传感器和温度计；压缩氮气瓶置于精密天平上方，压缩氮气瓶上设有与待测罐体连通的管路I，管路I上设有调节阀；真空泵上设有与与待测罐体连通的管路II，管路II上设有球阀。本发明通过测量待测罐体充气前后的质量、压力以及温度，采用范德瓦尔斯气体状态方程，计算出待测罐体容积。测量方法简单易操作，充分考虑了充气前后影响待测罐体测量结果的因素，保证了测量结果的准确性。
Description
技术领域
本发明涉及容积测量方法技术领域，具体为一种罐体容积测量装置及方法。
背景技术
近年来，我国危险货物道路运输行业规模持续扩大，常压液体危险货物罐车(以下简称罐车)保有量逐年增长，为支撑我国化工行业和经济社会持续健康发展作出了积极贡献。为了全面提升罐车本质安全，提高危险货物道路运输安全运行水平，常压罐体需要定期进行检验，其中，罐体容积是检验指标之一，而且罐体容积测量的偏差会给运输链条的上游企业或者下游企业带来经济损失，因此一定要保证罐体容积测量的准确性。
目前罐体容积测量有以下几种方法：
(1)采用注液(水)法进行测量；通过重量法测量所注液体(水)重量，再除以液体(水)的密度，得到相应的容积值；或通过流量计，直接测量所注液体(水)容积值。其存在的主要问题是需要注液(水)，工程量大，部分实体工程由于工艺要求不允许有液体(水)，导致容积测量难度大。
(2)利用微积分计算方法；将罐体划分为罐身段和封头段，其中罐身段认为是一个圆柱体，容易得到其容积，而对于封头段，根据封头形状的函数表达式，利用微积分计算得到其容积，然后将计算得到的罐身段和封头段的容积相加，即得到罐体的容积。该方法计算复杂，只能针对圆形截面的罐体，而且是没有内部结构、没有罐体变截面的情况，对于非圆形截面罐体、以及具有内部结构的罐体则难以计算。
(3)采用三维CAD软件设计罐体模型，例如UG NX软件。其基本思想是利用小立方体填充满整个封闭内空间，然后计算所有小立方体的体积和，即可得到封闭内空间的容积。但是该方法只能在UG NX软件的环境下使用，对于使用非UG NX的企业在软件投入方面的成本高；而且计算结果不精确，虽然计算精度可以通过设置立方体的尺寸来调整，但是当减小立方体尺寸时，不仅计算时间增加，而且经常由于内存不足而终止计算，得不到容积的计算结果。另外，对于内空间结构复杂，具有沟槽、曲面等的情况，难以得到准确性更高的结果。
发明内容
针对上述问题，本发明提出了一种罐体容积测量装置及方法，采用本发明可以实现罐体容积的测量，操作简单，误差小。
所述的一种罐体容积测量装置，包括精密天平、压缩氮气瓶、真空泵、压力传感器和温度计；压缩氮气瓶置于精密天平上方，压缩氮气瓶上设有与待测罐体连通的管路I，管路I上设有调节阀；真空泵上设有与与待测罐体连通的管路II，管路II上设有球阀。为了减小测量误差，调节阀需要尽可能的靠近待测罐体。
采用所述的罐体容积测量装置对罐体容积进行测量，包括以下步骤：
(1)将待测罐体内置换为单一的气体环境；
(2)记录待测罐体的初始质量、初始压力和初始温度；
(3)向待测罐体内充气并记录最终质量、最终压力和最终温度；
(4)计算待测罐体的容积。
进一步的，其具体步骤为：
(1)关闭调节阀，打开球阀，打开真空泵，经过t时间后，关闭真空泵与球阀，打开调节阀，使压缩氮气瓶内气体进入待测罐体，如此反复，直至待测试罐体内为理想气体环境；
(2)将调节阀与待测试罐体分开，将压缩氮气瓶、调节阀和连接管路I一同置于精密天平上，记录此时精密天平示数为A1，同时记录待测罐体电容压力传感器示数P1和温度计示数T1，此时罐体内氮气物质的量用n表示，得出公式I：
(P1+a1/V2)(V－b1)＝nRT1
其中：P1为初始压力，MPa；T1为初始温度，K；a1、b1为温度为T1时氮气的范德瓦尔斯常数，无量纲；n为初始物质的量，mol；V为待测罐体容积，m3。
(3)将调节阀与待测罐体连接紧密，缓慢打开调节阀，使压缩氮气瓶内氮气缓慢进入待测罐体，当压力升至预定压力值P2时，关闭调节阀，并将调节阀与待测试罐体分开，将压缩氮气瓶、调节阀和连接管路I一同置于精密天平上，记录此时精密天平示数为A2，同时记录此时待测罐体温度计读数T2，得出公式II：
(P2+a2/V2)(V－b2)＝(n+A/28)RT2
其中：P2为最终压力，MPa；T2为最终温度，K；a2、b2为温度为T2时氮气的范德瓦尔斯常数，无量纲；n为初始物质的量，mol；V为待测罐体容积，m3；A＝A2-A1，g；A1为初始质量，g；A2为最终质量，g；
(4)根据公式I和公式II计算出待测罐体容积。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)测量装置结构简单，只需要采集待测罐体初始和最终的质量、温度以及压力变化即可计算出罐体的容积，测量简单、快速；使用介质可为压缩空气或氮气，成本低廉；节省了传统的流量计、衡器计量装置、水池、水泵等复杂笨重的设备设施
(2)本发明不受环境和理想气体的限制，可以在任意环境和气体下，进行高精度、快速准确的测量出不规则罐体的容积；
(3)本发明在测量过程中考虑了充入气体前后的温度变化，并且采用了范德瓦尔斯气体状态方程，将气体分子自身大小和分子之间的相互作用力考虑进来，保证了测量结果的准确性。
附图说明
图1为本发明所述的罐体容积测量装置结构示意图；
图中，1为精密天平，2为压缩氮气瓶，3为调节阀，4为连接管路I，5为电容压力传感器，6为温度计，7为待测试罐体，8为球阀，9为真空泵。
具体实施方式
实施例1
一种罐体容积测量装置，包括精密天平、压缩氮气瓶、真空泵、压力传感器和温度计；压缩氮气瓶置于精密天平上方，压缩氮气瓶上设有与待测罐体连通的管路I，管路I上设有调节阀；真空泵上设有与与待测罐体连通的管路II，管路II上设有球阀。
实施例2
采用实施例1所述的罐体容积测量装置进行罐体容积测量，包括以下步骤：
(1)将待测罐体内置换为氮气环境；
(2)记录待测罐体的初始质量、初始压力和初始温度；
(3)向待测罐体内充气并记录最终质量、最终压力和最终温度；
(4)计算待测罐体的容积。
其具体步骤为：
(1)关闭调节阀，打开球阀，打开真空泵，经过30min时间后，关闭真空泵与球阀，打开调节阀，使压缩氮气瓶内气体进入待测罐体，如此反复，直至待测试罐体内为氮气环境；
(2)将调节阀与待测试罐体分开，将压缩氮气瓶、调节阀和连接管路I一同置于精密天平上，记录此时精密天平示数为14000g，同时记录待测罐体电容压力传感器示数1MPa和温度计示数25℃，此时罐体内氮气物质的量用n表示，得出公式I：
(1+1.39/V2)(V－0.0391)＝n×8.314×25
(3)将调节阀与待测罐体连接紧密，缓慢打开调节阀，使压缩氮气瓶内氮气缓慢进入待测罐体，当压力升至预定压力值6MPa时，关闭调节阀，并将调节阀与待测试罐体分开，将压缩氮气瓶、调节阀和连接管路I一同置于精密天平上，记录此时精密天平示数为15000g，同时记录此时待测罐体温度计读数26℃，得出公式II：
(6+1.39/V2)(V－0.0391)＝(n+1000/28)×8.314×26
A＝A2-A1，
(4)根据公式I和公式II计算出待测罐体容积43.58m3，实际值为45.32m3。
Claims (3)
1.一种罐体容积测量装置，其特征在于，包括精密天平、压缩氮气瓶、真空泵、压力传感器和温度计；压缩氮气瓶置于精密天平上方，压缩氮气瓶上设有与待测罐体连通的管路I，管路I上设有调节阀；真空泵上设有与与待测罐体连通的管路II，管路II上设有球阀。
2.一种罐体容积测量方法，其特征在于，采用权利要求1所述的罐体容积测量装置，包括以下步骤：
(1)将待测罐体内置换为单一气体环境；
(2)记录待测罐体的初始质量、初始压力和初始温度；
(3)向待测罐体内充气并记录最终质量、最终压力和最终温度；
(4)计算待测罐体的容积。
3.根据权利要求2所述的一种罐体容积测量方法，其特征在于，其具体步骤为：
(1)关闭调节阀，打开球阀，打开真空泵，经过t时间后，关闭真空泵与球阀，打开调节阀，使压缩氮气瓶内气体进入待测罐体，如此反复，直至待测试罐体内为理想气体环境；
(2)将调节阀与待测试罐体分开，将压缩氮气瓶、调节阀和连接管路I一同置于精密天平上，记录此时精密天平示数为A1，同时记录待测罐体电容压力传感器示数P1和温度计示数T1，此时罐体内氮气物质的量用n表示，得出公式I：
(P1+a1/V2)(V－b1)＝nRT1
其中：P1为初始压力，MPa；T1为初始温度，K；a1、b1为温度为T1时氮气的范德瓦尔斯常数，无量纲；n为初始物质的量，mol；V为待测罐体容积，m3。
(3)将调节阀与待测罐体连接紧密，缓慢打开调节阀，使压缩氮气瓶内氮气缓慢进入待测罐体，当压力升至预定压力值P2时，关闭调节阀，并将调节阀与待测试罐体分开，将压缩氮气瓶、调节阀和连接管路I一同置于精密天平上，记录此时精密天平示数为A2，同时记录此时待测罐体温度计读数T2，得出公式II：
(P2+a2/V2)(V－b2)＝(n+A/28)RT2
其中：P2为最终压力，MPa；T2为最终温度，K；a2、b2为温度为T2时氮气的范德瓦尔斯常数，无量纲；n为初始物质的量，mol；V为待测罐体容积，m3；A＝A2-A1，g；A1为初始质量，g；A2为最终质量，g；
(4)根据公式I和公式II计算出待测罐体容积。
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