بررسی روش‌های مختلف کالیبراسیون مخازن ذخیره ( بخش اول )
ارایه روشی نوین جهت کالیبراسیون مخازن استوانه ای ایستاده
در این مقاله ابتدا روش‌های مختلف اندازه گیری و کالیبراسیون «مخازن ذخیره استوانه‌ای ایستاده» که مورد تأیید انستیتو نفت آمریکا (API) و سازمان استاندارد جهانی (ISO) نیز هست، بررسی می‌شود. سپس به مقایسه این روش‌ها پرداخته و مزایا و معایب احتمالی هر کدام بیان می‌گردد.
شاید بتوان ادعا نمود که تنها تفاوت روش‌های کالیبراسیون مخازن که در حال حاضر در کلیه شرکت‌های نفتی دنیا مورد استفاده قرار می‌گیرد، چگونگی اندازهگیری محیط مخزن است. بنابراین در این مقاله با صرف‌نظر کردن از چگونگی محاسبات کالیبراسیون و سایر اندازه‌گیری‌های ابعادی، صرفاً نحوه اندازهگیری و یا محاسبه ابعادی محیط (مهم ترین بخش مخازن ذخیره) مورد مطالعه قرار خواهد گرفت.
در پایان راهکاری جدید جهت کالیبراسیون مخازن ایستاده ارائه می‌گردد. در این روش که می‌توان آن را EODR External نامید، در هر ایستگاه، پس از تعیین 3 نقطه هدف بر روی هر حلقه، با بهره‌گیری از دوربین نقشه برداری توتال استیشن، مختصات قطبی نقاط هدف اندازهگیری می‌شود. بعد از تبدیل مختصات قطبی به دکارتی امکان ترسیم دایره و مشخص نمودن ابعاد آن به وجود می‌آید. به ازای n ایستگاه می‌توانیم n مرتبه محیط را برای هر حلقه محاسبه نماییم. با به دست آوردن چند محیط دایره بر روی هر حلقه و محاسبه ی میانگین آن‌ها، می‌توان بقیه محاسبات کالیبراسیون را ادامه داد.
مقدمه
هدف از كاليبراسيون يك مخزن، تعيين دقيق ظرفيت كلي مخزن و همچنين مشخص نمودن حجـم سيال موجود درون مخزن در هر ارتفاعي از آن مي باشد، به طوري‌كه با اندازه‌گيري دقيق سطح سيال بتوان حجم فرآورده ی مظروف در آن را محاسبه نمود. دانستن ظرفيت مخازن ذخيره و آگاهي از جداول كاليبراسيون آن‌ها علاوه بر رفع نيازهاي عملياتي، مي‌تواند در نقل و انتقال فرآورده‌ها نيز مورد استفاده قرار گيرد.
هـر چنـد برخی از کارشناسان معتقدند بهره‌گیری از جریان‌سنج‌ها نسبت به حجم سنجی استاتیک برتری کامل دارد، ولي در بسياري موارد روش ديگري جهت تحويل و تحولات وجود نداشته و اين امر اجتناب‌ناپذير است. البته نویسنده اعتقاد دارد که نمی‌توان برای اندازهگیری سیالات حکمی کلی صادر نمود و به طور عام، برای یک روش نسبت به دیگری ارجحیت قائل شد. بلکه برای هر موقعیت خاص، باید کلیه پارامترهای مربوطه بررسی و درخصوص انتخاب شیوه اندازهگیری تصمیم گیری شود.
به هر حال محاسبه حجم فرآورده ی موجود در مخزن همواره مهم و انکارناپذیر است و نیازمند کالیبراسیون مخزن می‌باشد. روش‌هایی متفاوت برای کالیبره نمودن مخزن وجود دارد. این روش‌ها که مورد تأیید مؤسسات استاندارد نیز قرار دارند عبارتند از:
- Strapping
- RLM
- OTM
- EODR
گاهی، به دليل بروز برخی موانع و مشکلات دقت لازم در جهت اندازه گيری و حجم سنجی دقيق مخازن ذخيره صورت نگرفته است. اين مشکل منجر به هدر رفتن مواد نفتی به طرق مختلف می‌گردد.
در اين مقوله عوامل مختلفی مي‌تواند در تعيين اين حجم تأثیرگذار باشد که هريک به نوبه ی خود مي‌تواند اين امر را تحت تأثیر قرار دهد، از جمله اين موارد می توان به دمای محيط و تأثیر آن بر بدنه ی مخازن که باعث انبساط و انقباض بدنه مي‌شوند، فضاهای مثبت و منفی درون مخزن، اثر شناوری در مخازن سقف شناور، تأثیر کجی مخزن، نشست فونداسيون مخزن و ساير عوامل که مي‌تواند دقت اين امر را تحت الشعاع قرار دهد، اشاره نمود. ]1[
در این نوشتار اشاره‌ای گذرا بر چگونگی این روش‌ها داشته، سپس روشی را معرفی خواهیم نمود که علاوه بر سهولت، معایب احتمالی روش‌های قبلی را نداشته باشد.
1. قسمت‌های مشترک اندازهگیری و محاسبات در روش‌های مختلف
هر چند برای کالیبراسیون یک مخزن شیوه‌های مختلفی وجود دارد، اما در تمامی آن‌ها قسمت‌هایی به روش یکسان انجام می‌شود. گذشته از محاسبات کالیبراسیون پس از به دست آوردن محیط هر حلقه، اندازهگیری بخش‌هایی مانند فضاهای مرده، فاصله سقف شناور از بدنه، اندازهگیری عمودی بدنه، اطلاعات کف مخزن و صفحه مبنا، ارتفاع عمق‌یابی و مواردی از این قبیل در تمامی این روش‌ها یکسان می‌باشند.
2.روش‌های مختلف اندازهگیری محیط مخزن
همان‌طور که پیش تر بیان گردید اختلاف روش‌های کالیبراسیون در چگونگی اندازهگیری محیط مخزن می‌باشد. در این قسمت روش‌های متفاوت اندازهگیری و یا محاسبه محیط بیان می‌گردد.
2-1 اندازه‌گيري محيط به روش نوار اندازهگیری (متر نواری) ]2[ ]6[
مهم‌ترين مرحله‌ی فني كاليبراسيون، اندازه‌گيري محيط مخزن مي‌باشد. اندازه‌گيري محيط بايد از روي بدنه مخزن صورت پذيرد. (اين اندازه گيری را نمی توان از روی عايق ها انجام داد).
بسته به نوع مخـزن محل اندازه‌گيـری محيط (ارتفاع باند اندازه‌گيري محيط در هر حلقه) متفاوت خواهد بود. در جدول 1 توضيح مختصر در اين خصوص مشاهده مي‌گردد.
پس از انتخاب باند اندازه‌گيری در ارتفاع مناسب، بايد دور تا دور مخزن (محيط) را به صورت كامل اندازه‌گيري نمود. در صورتی كه محيط مخزن از نوار اندازه گيري بزرگ‌تر بود، می توان اندازه‌گيری ها را با همان نوار و به صورت متوالی انجام داد.
| Table3 – Elevations for Circumference Measurements on Various Types of Upright Cylindrical Tanks | |
| Type of Tank Construction | Circumference Measurement Elevations |
| Welded steel, One or More Rings | 20 percent down from top of each ring whether Butt or Lap jointsa |
| Riveted Steel, Shingled Arrangement | lowest point on each ring and I foot (or 300 millimeters) below top of top ringb |
| Riveted steel In –and- out Arrangement | lowest point above horizontal rivet rows on each ring and 1 foot ( or 300 MILLIMETERS) below top of ringb |
| Riveted Steel, Combination shingled and In-and- out Arrangement | Lowest point above horizontal rivet rows on each ring, and I foot (or 300 millimeters) below top of top ringb |
| Steel Tank One Ring High, Riveted Lap Joints on bottom of shell | 25 and 75 percent above |
| Bolted steel, lapped Vertical Joints | 25 and 75 percent above bottom of each ring |
| Bolted Steel, Flanged vertical Joints | 75 percent above bottom of each ring |
جدول 1 . ارتفاع باند اندازه گیری محیط
تمام نقاطي كه نوار خوانده مي‌شود بايد حداقل 60 Cm (2 ft) با درز جوش‌هاي عمـودي فاصله داشته باشد. بعد از به دست آوردن محيط، كشش را كاهش دهيد به گونه‌اي كه نوار اندازه‌گيري اجازه‌ی حركت داشتـه و بتواند به راحتي بر روي بدنه بلغزد. در اين مرحله موقعيتي كه نوار پهن شده و نقاط قرائت را مورد بررسي قـرار داده و از مناسب بودن باند اندازه‌گيري اطمينان حاصل نمایيد. مجـدداً نوار اندازه‌گيري را در همان باند قرار داده، كشش لازم را اعمال كنيد و دو قرائت متوالي كه با هم مطابقت داشته باشند به دست آوريد.
رواداری اين دو قرائت متوالـي طبق جـدول زير رعايت گردد. ميانگين ايـن دو قرائـت متوالي را محاسبه و به عنوان محيط مخزن ثبت نمایيد ]2[.
درصورتي كه اتصالات موجب ايجاد فاصله مابين نوار اندازه‌گيري و بدنه‌ی مخزن مي‌گردد، اندازه‌گيري ضخامت و پهناي درز جوش‌ها الزامي بوده و علاوه بر ضخامت و پهناي درز جوش‌ها، تعداد آن‌ها در هر حلقه نيز باید شمارش و ثبت گردد.
جدول 2 – تلرانس اندازهگیری محیط
| Customary | SI |
|
Up to 150 ft. 0.01 ft. 150 to 300 ft. 0.02 ft. Over 300 ft. 0.03 ft. |
Up to 30 m 2mm 30 to 50 m 4mm 50 to 70 m 6mm 70 to 90 m 8mm Over 90 m 10mm |
گاهـي اوقات اتصالات به صورت لبه روي لبه مي‌باشد كه در اين حالت اندازه‌گيري ضخامت لبه‌ی يك ورق در هر حلقه كافـي است. و علاوه بر آن تعداد اتصالات نيـز بايد ثبت گردد. روي محيط‌هاي به دست آمده يك اصلاح اعمال مي گردد تا اثر درز جوش ها يا ساير انواع اتصالات بر اندازه‌گيري حذف گردد.
اگر هنگام اندازه‌گيري محيط مخزن با موانعي روبرو شديد كه اندازه‌گيري در اين باند را غير ممكن مي‌سازد، مي‌توان تمهيداتي بكار برد كه بتوان محيط واقعي را به دست آورد. براي اندازه گيـري موانع مي‌توانيد از كوليس استفاده كنيد.
2-2 اندازه‌گيري محيط به روش خط ديد مبنا
روش خط دید مبنا یا ORLM ، تنها براي اندازه‌گيري قطر مبنا بر روي حلقه ی پایيني از نوار اندازه‌گيري استفاده مي‌گردد. سپس ميزان انحرافات قطر مخزن توسط اندازه‌گيري‌هايي كه در ايستگاه‌هاي عمودي و افقي صورت مي‌پذيرد، انجام خواهد شد. اين اندازه‌گيري‌ها توسط ابزاري نوري (دوربيني ويژه) صورت مي‌گيرد.
ديگر اندازه‌گيري‌هاي ابعادي مورد نياز، دستورالعمل‌ها و روش‌هاي تجزيه و تحليل و محاسبات براي تهيه ی جدول ظرفيت يك مخزن مطابق آنچه ذکر شد مانند روش پیشین است.
اين روش براي مخازن سقف ثابت يا شناور كه داراي بدنه‌اي با سطح خارجي صاف و صيقلي مي‌باشند، مناسب است.
در صورتي‌كه تصميم داريد از روش ORLM (خط ديد مبنا) مخزني را از بيرون اندازه‌گيري كنيد و آن مخزن عايقكاري شده است، لازم است عايق‌ها از جداره‌ی مخزن باز شوند. براي سهولت كار و اجتناب از باز نمودن عايق‌ها مي‌توان اندازه‌گيري‌هاي ORLM را به صورت داخلي انجام داد و فقط براي به دست آوردن محيط مبنا باید عايق‌هاي حلقه اول باز شود.
ايستگاه افقي: موقعيتي در پلان افقي، واقع بر سطح زميـن و اطراف ديـواره‌ی مخـزن. ايستگاه‌هاي افقي قبل از شروع اندازه‌گيري تعيين مـي‌گردند. شكل 2 نشان دهنده موقعيت ايستگاه‌هاي افقي نسبت به مخزن مي‌باشد.
جدول شماره 3 – ارتباط قطر مخزن با تعداد ایستگاههای افقی
| Tank Diameter | Minimum number of station | |
| feet | meters | |
|
50 100 150 200 250 300 350 |
15 30 50 70 85 100 120 |
8 12 16 20 24 30 36 |
ابتدا باید تعداد ايستگاه‌هاي افقي كه قرار است در اطراف مخزن ايجاد شوند، مشخص نمود. جدول شماره 3 تعداد ايستگاه‌هاي افقي را بر حسب قطر مخزن تعيين مي‌كند.
محيط مبنا بايد بر روي موقعيتي كه آفست مبنا قرائت مي‌شود، اندازه‌گيري گردد. آفست مبنا بر روي حلقه پایيني در اولين ايستگاه افقي قرائت مي‌شود. با توجه به شكل 3 مشخص مي‌گردد كه فاصله‌ی a در اين تصوير آفست مبنا محسوب مي‌گردد.
پس از تعيين آفست مبنا، ارابه را به سمت بالا هدايت كرده تا در ايستگاه‌هاي عمودي كه قبلاً بر روي هر حلقه بالاتر، قرار گيرد و آفست را در هر يك از اين ايستگاه‌ها قرائت و نتيجه ی حاصله را ثبت مي‌نمایيم.
به عنوان مثال فاصله m در شكل 3، میزان آفست مي‌باشد. اين عمل را در تمامی ايستگاه‌هاي عمودي انجام و آفست هاي مربوطه راثبت خواهيم كرد. با استفاده از آفست و محيط مبنا، اقدام به تعيين شعاع هر حلقه مي‌گردد. ]3[ ]7[
Ŕ1 + m1 = R + a
Ŕ1 = R + a – m1
= R – (m1 – a)
= (C/2π) – (m1-a)
For n horizontal stations.
Ŕ1 = (C/2π) – [∑(m1 – a)]/n
1. American Petroleum Institute]
2. International Standard Organization
3. ORLM
4. OTM
5. EODR
6. Dead Wood
7. Datum Plate
8. Strapping
9. Lapped
10. Caliper
11.
12. انحراف عمودي (Offset): مقدار اندازه‌گيري شده به وسيله‌ی دوربين در معيـار افقـي. ايـن اندازه‌گيري به كمك دوربين و بر روي خط كـش قـرائـت مي‌شود. خط كش مذكور بر روي يك ارابه‌ی مغناطيسي نصب و بـه كمك آن در ايستــگاه‌هـاي عمودي قرار مي‌گيرد.
