ابزار دقیق و سنسورینگ, اتوماسیون صنعتی

روش‌های کالیبراسیون مخازن ذخیره، 2

calibration

3.2.روش محاسبات مثلثاتی   

روش محاسبات مثلثاتی [1] (OTM) به عنوان روشی جايگزين برای Strapping با استفاده از نوار اندازه‌گيری (MTSM) كه از روش خط ديد مبنا (ORLM) نيز دقيق‌تر می باشد، به­ كار می رود. با استفاده از دوربين تئودوليت و روش مثلثاتی به دو روش كاملاً متفاوت نسبت به محاسبه‌ محيطی و كاليبراسيون اقدام می‌شود. روشی بر اساس اندازه‌گيری يک محيط مبنا و دیگری بر مبنای فاصله­ دو ايستگاه معيار محاسبه‌ محيط حلقه‌های مختلف می باشد.[8] [4]

2.3.1.استفاده از روش مثلثاتی بر اساس محيط مبنا

محيط مبنا [2] با استفاده از نوار اندازه‌گيری [3] اندازه‌گيری و ثبت می‌شود. دوربين تئودوليت را مطابق شكل 5 در نزديكی مخزن نصب نموده، به تعيين موقعيت ساير ايستگاه‌ها بپردازيد‌. تعيين موقعيت ايستگاه‌ها بايد به گونه‌ای باشد كه به ­طور كامل در برگيرنده‌ دايره‌ محيطی مخزن باشد.
حداقل تعداد ايستگاه‌های مورد نياز T1، T2،T3، … كه بر حسب محيط مخزن مشخص  می گردد، در جدول شماره‌ 4 ارائه شده است. افزايش تعداد ايستگاه‌ها می تواند انحراف در نتايج حاصله را كاهش داده، موجب ارتقاء دقت اندازه‌گيری شود.

از هر ايستگاه و در ارتفاع‌های مختلف، دو خط ديد مماسی از تئودوليت بر بدنه‌ مخزن در نظر بگيريد. در ارتفاع مورد نظر، ابتدا خط ديد را بر يک طرف مخزن مماس کرده و سپس بدون تغيير زاويه‌ عمودی، دوربين را بچرخانيد تا به خط مماس بر سمت ديگر مخزن برسيد. به عبارت ديگر تئودوليت در اين مرحله به هيچ عنوان به طرف بالا يا پایين حركت نكند. زوايای افقی ميان دو مماس را قرائت و يادداشت نمایيد. در همان ارتفاعی كه محيط مبنا اندازه‌گيری شده است نيز از هر ايستگاه زاويه‌ بين دو خط ديد مماسی از تئودوليت بر بدنه را اندازه‌گيری و ثبت شود.
برای هر ايستگاه تئودوليت (مثل T1)، بر روی هر حلقه در دو ارتفاع که  بايد حدود  20℅ – 25℅ از پایين حلقه و 20℅ – 25℅ از بالای حلقه فاصله داشته باشند، زاویه ­خوانی خواهد شد. تئودوليت را از ايستگاه T1 به ترتيب به ايستگاه‌های T2 و T3 و… منتقل كرده تا محيط مخزن كاملاً پوشش داده شود، در این حالت تمامی مراحل تكرار گردد. 
با توجه به اين‌كه در يک ارتفاع خاص هم زاويه‌ مماسی و هم محيط مبنا اندازه‌گيری شده و در ارتفاع‌های ديگر زاويه‌ مماسی مشخص گرديده است، می توانيم با استفاده از رابطه‌ مثلثاتی بين آن‌ها، اقدام به محاسبه‌ شعاع در هر ارتفاع از مخزن نمایيم.

2.3.2.استفاده از روش مثلثاتی بر اساس فاصله­ دو ايستگاه

تعداد ايستگاه‌های لازم جهت انجام اندازه‌گيری محيط به روش فاصله‌ دو ايستگاه، بستگی به محيط مخزن دارد و جدول شماره  4  حداقل ايستگاه‌های لازم را ارائه می نمايد. دو ايستگاه T1 و T2 تئودوليت را تعيين كرده و دوربين را مطابق دستورالعمل در ايستگاه T1 مستقر كنيد. به شكل شماره 7 كه چگونگی توزيع 8 ايستگاه را در اطراف مخزن به نمايش گذاشته است، توجه كنيد.

 

در اين مرحله  بايد فاصله­ ايستگاه T1 را از ايستگاه T2 اندازه‌گيری و يادداشت نمود. از ايستگاه T1  يك خط ديد بر ايستگاه  T2 و دو خط ديد مماسی بر دو طرف بدنه‌ مخزن در نظر بگيريد. حال اقدام به قرائت زاويای  ميان دو مماس و خط واصل دو ايستگاه T1 و T2 نموده و زاويای مذكور را برحسب: درجه، دقيقه و ثانيه يادداشت نمایيد. سپس زوايای مماسی را به ترتيب برای حلقه‌های بالاتر اندازه‌گيری و ثبت كنيد. اندازه‌گيری زوايا برای هر حلقه بايد در دو ارتفاع صورت گيرد، 20 تا 25 درصد پایين‌تر از درز جوش بالايی و 20  تا  25 درصد بالاتر از درز جوش پایينی.
پس از اتمام اندازه‌گيری زوايا در ايستگاه T1، دوربين را به ايستگاه T2 منتقل و كليه مراحل را برای اين ايستگاه تكرار كنيد. دقت كنيد كه فاصله‌ دو ايستگاه T1 و T2 در دو مرحله اندازه‌گيری شده است و دو اندازه به ­دست آمده، بايد با يكديگر هم‌خوانی داشته باشند. رواداری فاصله‌ بين دو ايستگاه در جدول شماره 5 ارائه گرديده است. به عبارت ديگر، اختلاف اين دو اندازه بايد در حد قابل قبول باشد
در حالی كه دوربين هنوز در ايستگاه T2 قرار دارد، سه پايه را از ايستگاه T1 به ايستگاه T3 منتقل و كليه مراحل ذكر شده برای دو ايستگاه T2 و T3 اجرا می‌گردد.
حال كه زوايای مماسی مخزن را به دست آورده‌ايم، می توانيم شعاع مخزن را به ازای جفت ايستگاه‌های مختلف محاسبه كنيم. با استفاده از روابط ساده‌ مثلثاتی اين امر قابل حصول خواهد بود. با دقت به شكل شماره 8، خواهيم داشت:

پس از كسر نمودن ضخامت ديواره مخزن، شعاع داخلی به دست خواهد آمد. ميانگين شعاع‌های حاصله برای هر ارتفاع را به دست آورده و محاسبات جدول ظرفيت را بر مبنای آن‌ها انجام می دهيم.

2.4.هدف‌گيری و سنجش فاصله با كمک خط مبنای نوری

در این روش از دستگاه EODR که قابلیت اندازه‌گیری زاویه تا 1± ثانیه و اندازه‌گیری فاصله تا mm1± را داشته باشد، استفاده می‌شود.
دو مجموعه از نقاط هدف[4] را بر روی هر حلقه در نظر گرفته؛ يک مجموعه از نقاط در 1/5 تا 1/4 ارتفاع حلقه و بالاتر از درز جوش پایينی؛ ديگر مجموعه نقاط در 1/5 تا 1/4 ارتفاع و پایین‌تر از درز جوش بالايی حلقه. تعداد نقاط هدف كه بر روی هر حلقه از ديواره­ مخزن انتخاب می شود، بستگی به محيط آن مخزن دارد. حداقل تعداد نقاط هدف در هر مجموعه كه تابعی از محيط مخزن می باشد، در جدول شماره 6 ارائه شده است.
تمام نقاط هدف كه در يک سطح افقی از يک حلقه قرار دارند را توسط دستگاه EODR نشانه‌گيری كرده، فاصله مايل؛ زاويه­­ افقی و زاويه­ عمودی آن را اندازه‌گيری كنيد. توجه به شكل شماره 9 چگونگی اين كار را به خوبی بيان می کند.

پس از تكميل اندازه‌گيری مختصات قطبی كليه­ نقاط بر روی حلقه­ مورد نظر، به حلقه­ بعدی رفته و اندازه‌گيری ها را بر روی نقاط هدف آن حلقه آغاز كنيد. اندازه‌گيری ها بايد از پایین‌ترين حلقه آغاز و به ترتيب به حلقه‌های بالاتر تسری يافته و تا بالاترين حلقه ادامه يابد. مختصات قطبی هر نقطه هدف با استفاده از معادلات زير به مختصات دكارتی تبديل خواهد شد:

پس از آن‌كه موقعيت نقاط هدف مختلف تعيين گرديد صرفاً براساس مختصات دکارتی كه می توانند موجب تغيير نتايج شوند، اقدام به محاسبه­ شعاع می نمایيم. [5][9]

4.معایب احتمالی

4-1. زحمت زیاد، احتمال خطر برای کارکردن در ارتفاع از جمله معایب روش Strapping برای حلقه‌های بالا می‌باشد. در دسترس نبودن حلقه‌های بالا برای این روش باعث می‌شود که یا از بستن داربست و ایجاد دسترسی برای کارکنان استفاده شود و یا از تعدادی حلقه و طناب بهره جوییم. حالت اول توسط هیچ یک از کارکنان استقبال نمی‌شود و در مورد حالت دوم باید گفت به دو علت، خطای اندازه‌گیری افزایش خواهد یافت:
الف. ایجاد فضای خالی زیر نوار اندازه‌گیری؛
ب. عدم تسلط به باند اندازه‌گیری احتمال اعوجاج در نوار را افزایش داده و تأثیر نامطلوبی بر دقت کالیبراسیون می‌گذارد.

4-2. روش‌های ORLM و OTM به شدت وابسته به محیط مبنای حلقه­ یک بوده و در صورت خطا در اندازه‌گیری، این خطا منتقل می‌شود.
4-3. در روش مثلثاتی براساس فاصله­ دو ایستگاه، احتمال افزایش خطا به علت عدم دقت در فاصله­ مبنا، زیاد می‌باشد. حتی خطایی در حد متر نیز گزارش شده است.
4-4. روش EODR صرفاً داخلی است و برای مخازن حاوی فرآورده مناسب نیست.

5.روش پیشنهادی

در صورت وجود مخازن عايق ­دار و حتی غير عايق، در صورت امکان و خالی بودن مخزن، روش EODR دارای ضريب اطمينان بسيار بالايی می باشد [1].
اما در بسیاری مواقع امکان ورود به مخزن وجود ندارد، بنابراین پیشنهاد می‌شود از روش ابداعی زیر جهت به دست آوردن محیط حلقه‌های مخزن استفاده شود:
در این روش نیز مانند خط مبنای نوری از دوربین توتال استیشن و EODR بهره می‌گیریم. با این تفاوت که در روش پیشنهادی نیازی به تخلیه­ مخزن و ورود به مخزن نمی‌باشد.
برای شروع تعدادی ایستگاه خارج از مخزن مشخص می‌کنیم به گونه‌ای که محیط مخزن را کاملاً پوشش دهند. دوربین توتال استیشن را در ایستگاه 1 قرار داده و از آن بر روی حلقه­ 1 مختصات قطبی سه نقطه هدف را بر اساس نقطه هدف مبنا به دست می‌آوریم. بر روی حلقه‌های بالاتر در 2 ارتفاع 20% و 80% هر کدام سه نقطه در نظر می‌گیریم. مختصات قطبی دسته‌های سه­ تایی نقاط را بر روی هر باند اندازه‌گیری به ­دست خواهیم آورد.

به­ عبارت دیگر بر روی حلقه یک، از هر ایستگاه یک دسته­ سه تایی و برای حلقه‌های بالاتر 2 دسته­ سه‌تایی نقاط را مشخص و مختصات قطبی آن‌ها را توسط دوربین توتال استیشن قرائت و گزارش می‌کنیم.
در دسته‌های سه تایی نقاط الزامی وجود ندارد که پرتوها مماسی باشند ولی بهتر است که نقاط با فاصله‌ای تقریباً حداکثر از یکدیگر باشند. با توجه به این‌که دسته‌های سه تایی مستقل از یکدیگر هستند، نیازی نیست که فواصل آن‌ها از مخزن به یک اندازه باشد. این موضوع در شکل شماره 10 کاملاً مشهود است.
در مرحله­ بعد مختصات دکارتی تمامی دسته‌های سه تایی را محاسبه می‌کنیم. از هر دسته­ سه تایی، مختصات دکارتی 3 نقطه به دست می‌آید که بر حسب آن‌ها می‌توانیم یک دایره رسم و محیطش را محاسبه کنیم. در نهایت میانگین محیط‌ها را به عنوان محیط هر حلقه پذیرفته می‌شود.

6.نتیجه

  • روش اندازه‌گیری با نوار، به دلیل مشکلات و خطاهای احتمالی مناسب تلقی نمی‌گردد.
  • روش‌های مثلثاتی OTM به ­شدت وابسته به محیط مبنای حلقه 1 و یا فاصله­ 2 ایستگاه می‌باشند و توصیه نمی‌گردد.
  • در صورت امکان و خالی بودن مخزن، روش EODR مورد استفاده قرار گیرد.
  • در صورت عدم امکان ورود به مخزن و یا آلودگی سطح داخلی مخزن و به شرط عایق نبودن، می‌توانیم از روش EODR خارجی استفاده کنیم. این روش به دلیل مستقل بودن دسته‌های سه تایی نقاط، دچار خطای فراگیر نخواهد شد.

بخش قبلی

مراجع:

[1] احسان عبدی دزفولی، آرش زبردست، مهدی سرلک؛ 1385، حجم سنجی مخازن ذخيره محصولات نفتی

[2] American Petroleum Institute -MPMS  Ch.2 – Sec.2A  
[3] American Petroleum Institute -MPMS  Ch.2 – Sec.2B
[4] American Petroleum Institute -MPMS  Ch.2 – Sec.2C
[5] American Petroleum Institute -MPMS  Ch.2 – Sec.2D
[6] International Standards Organization ISO/CD 7505-1
[7] International Standards Organization ISO/CD 7505-2
[8] International Standards OrganizationISO/CD 7507-3
[9] International Standards OrganizationISO/CD 7507-4

پی نویس:

[1] Optical Triangulation Method
[2] Reference Circumference
[3] Tape

[4] . نقطه­ هدف (Target Point) يک نقطه از مجموعه نقاطی كه بر روی سطح داخلی ديواره مخزن اختيار شده، فاصله مايل آن تا دوربين و هم‌چنين زاويه افقی و عمودی آن نسبت به نقطه مبنا به مركزيت دوربين اندازه‌گيری می شود.

برای امتیاز به این نوشته کلیک کنید!
[کل: 1 میانگین: 1]

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *