[發明專利]一種用于浮頂儲罐的浮盤傾角計算測量方法、系統及應用

有效

• 申請號: 201810202597.6
• 申請日: 2018-03-13
• 公開（公告）號: CN110274576B
• 公開（公告）日: 2021-04-30
• 發明（設計）人: 甄永乾;王林;張玉平;馬開良;管孝瑞;陶彬;劉全楨;牟善軍
• 申請（專利權）人: 中國石油化工股份有限公司;中國石油化工股份有限公司青島安全工程研究院
• 主分類號: G01C9/00
• 分類號: G01C9/00
• 代理公司: 青島智地領創專利代理有限公司 37252
• 代理人: 陳海濱

1.一種用于浮頂儲罐的浮盤傾角計算測量方法，其特征為，采用一種用于浮頂儲罐的浮盤傾角測量系統，系統包括對稱布置在浮盤表面的四個光纖傾角傳感器，四個光纖傾角傳感器通過無線基站與控制中心通信連接，用于向控制中心傳輸對應數據，該光纖傾角傳感器包括設置在浮盤對應處的底板，底板上設置有第一夾塊與第二夾塊，第一夾塊與第二夾塊之間形成一卡口，第一夾塊與第二夾塊兼作擋塊，卡口內配置有一重錘，重錘上端與懸臂梁的自由端相連接，懸臂梁的兩側分別設置有光纖光柵，底板配置有一傾角筒體，傾角筒體上方配置有頂蓋，頂蓋與懸臂梁的上端相連接，第一夾塊、第二夾塊、重錘與懸臂梁均布置在傾角筒體內；浮盤處于傾斜狀態，重錘在重力作用下在卡口內擺動，使懸臂梁兩側的光纖光柵中心波發生變化；

所述測量方法包括以下步驟：

在浮盤表面對稱布置有四個光纖傾角傳感器，懸臂梁與重錘按照重力方向布置，固定于懸臂梁兩側的第一光纖光柵與第二光纖光柵所受應力相同，此時，四個光纖傾角傳感器處于基準位置，傾角角度為零，設定重錘向一側傾角為正方向，重錘向另一側傾斜為負方向，設定懸臂梁的右側為第一光纖光柵，懸臂梁的左側為第二光纖光柵，當浮盤傾斜時，光纖傾角傳感器與懸臂梁上端固定位置隨著浮盤的角度變化，由于重錘受重力作用，會克服懸臂梁所施加的力，使懸臂梁所受應力發生變化，進而使第一光纖光柵與第二光纖光柵所受應力；

當第一光纖光柵中心波長變大，第二光纖光柵中心波長變小時，則懸臂梁上第一光纖光柵拉應力增加，第二光纖光柵壓應力增加，由此推斷光纖傾角傳感器向右方向發生傾斜；若規定向右傾斜角度為正，則光纖傾角傳感器向左傾斜角度則為負，反之亦然；若浮盤表面傾角超過預設值，則光纖傾角傳感器結合外界設備進行報警；

上述步驟還包括：

位于懸臂梁對稱面的左、右兩側，完全對稱布置的第一光纖光柵、第二光纖光柵形變后，第一光纖光柵、第二光纖光柵的應變為：

其中，λ_B1為第一光纖光柵中心波長,λ_B2為第二光纖光柵的中心波長，Δλ_B1是第一光纖光柵中心波長的變化，Δλ_B2是第二光纖光柵中心波長的變化，α為光纖的熱膨脹系數，ζ為光纖的熱光系數，ΔT為光纖光柵的溫度變化，P_e為有效光彈系數，ε₁為第一光纖光柵應變引起的條紋間距變化，ε₂為第二光纖光柵應變引起的條紋間距變；

采用四個光纖傾角傳感器對稱布置在浮盤表面，四個光纖傾角傳感器的監測點分布在A、B、C、D四個點上，其監測角度值分別為β₁、β₂、β₃、β₄，浮盤傾角為a；取傾角監測值為正值的傳感器點A、傳感器點B，傳感器點A與浮盤傾角線的夾角為θ，傳感器點B與傳感器點A夾角為90°，所以傳感器點B與浮盤傾角線的夾角為90°-θ，取傳感器點A、傳感器點B、傳感器點C、傳感器點D四個傳感器點測量值平均角度，β₁＞0,β₂＞0，β₃＜0,β₄＜0,因此已知量為：β_13平均、β_24平均，未知量：a、θ；

在傾角線上的對應光纖傾角傳感器中心波長變化與浮盤傾角的關系為：

Δλ_a＝ka (3)

k為光纖傾角傳感器中心波長變化量與傾角變化量的線性系數；

傳感器點A在傾角線平行方向的力的分量導致的角度監測值為β₁，則有：

Δλ_acosθ＝kβ_13平均 (4)

90°除外，由式(3)和式(4)得：

0°除外，傳感器點B在傾角線平行方向的力的分量導致的角度監測值為β₂為：

由式(5)和式(6)得：

由式(5)和式(7)得：

通過預先固定的光纖傾角傳感器方向，可知浮盤整體傾斜方向和傾斜角度，懸臂梁應變大小與光纖光柵波長的關系如下：

光纖傾角傳感器的光纖光柵的中心波長變化與撓曲應變ε_M呈線性關系；

將上述系統按照上述浮盤傾角計算測量方法應用于測定浮頂儲罐的浮盤狀態中。