СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЕЛИЧИНЫ И НАПРАВЛЕНИЯ КРЕНА РЕЗЕРВУАРА ВЕРТИКАЛЬНОГО ЦИЛИНДРИЧЕСКОГО

Данный способ относится к области геодезического контроля резервуаров вертикальных цилиндрических стальных и может быть использован при наблюдении за деформациями стальных и железобетонных резервуаров вертикальных цилиндрических, предназначенных для хранения и проведения торговых операций с нефтью, нефтепродуктами и прочими жидкостями, а также при их техническом диагностировании и поверке.

Известен способ определения геометрических параметров резервуара вертикального цилиндрического геодезическим методом ГОСТ 8.570-2000 [Резервуары стальные вертикальные цилиндрические. Методика поверки», утвержден Постановлением Государственного комитета РФ по стандартизации и метрологии от 23 апреля 2001 года, №185-ст., введен в действие с 1 января 2002 г.], взятый в качестве прототипа.

Сущность данного способа состоит в том, что определение величины и направления крена резервуара вертикального цилиндрического определяются при помощи шаблонов, отвесов или геодезическими методами с помощью измерительной каретки с теодолитом.

Недостатком этого способа является низкая точность и высокая трудоемкость, так как измерения необходимо выполнять вдоль каждого вертикального шва. Кроме того, данный способ предполагает контроль геометрических параметров, в том числе крен в дискретных точках, что не позволяет достоверно оценить фактическое изменение пространственного положения резервуара как на различных высотах, соответствующих высоте наполнения его жидкостью, так и его состояние в целом. Также данный способ предполагает наличие человеческого фактора в процессе контроля, что также ведет к снижению достоверности и точности измерений.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение точности и достоверности определения величины и направления крена резервуара вертикального цилиндрического.

Поставленная задача достигается тем, что в способе определения величины и направления крена резервуара вертикального цилиндрического геодезическим методом по внешней поверхности вышеупомянутого резервуара, согласно изобретению предварительно осуществляют горизонтальную разбивку внешней поверхности вышеупомянутого резервуара на пояса, в фиксированных местах по боковой внешней поверхности закрепляют специальные марки. Производят построение цифровой точечной трехмерной (3D) модели внешней поверхности резервуара путем сканирования внешней поверхности резервуара при помощи наземного лазерного сканера с линейной дискретностью шага сканирования в пределах от 0,5 до 4 см, не менее чем с четырех сканерных станций на расстоянии от 15 до 25 м от резервуара. Выполняют объединение сканов между собой, при этом качество объединения полученных данных контролируют путем выполнения следующих условий:

- средняя квадратическая погрешность единицы веса объединения сканов не должна превышать ±2 мм;

- расхождение координат расположения специальных марок не должно превышать ±3 мм;

- средняя квадратическая ошибка определения элементов внешнего ориентирования для линейных величин не должна превышать ±2 мм, а для угловых величин - ±15″.

Далее производят обработку данных результатов наземного лазерного сканирования с помощью программного обеспечения, позволяющего выполнить привязку сканов к заданной системе координат, причем сканирование и обработку, позволяющие определять и анализировать пространственное положение оси относительно вертикали каждого пояса резервуара, производят каждый раз для каждого пояса, путем вписывания оптимальных моделей цилиндров на различных уровнях резервуара, соответствующих высоте каждого пояса. Затем передают полученную цифровую информацию в компьютерную программу, в которой автоматически определяют значения частных кренов относительно вертикали для каждого пояса, причем центральная точка на оси вписываемых цилиндров является положением центра его масс и будет соответствовать фактическому положению оси резервуара на уровне каждого пояса. При этом за исходное значение отсчета частных кренов принимается положение и ось на уровне первого пояса. Величину крена резервуара и его направление вычисляют на основе величин частных кренов на уровне последнего (верхнего) пояса.

Указанная совокупность признаков позволяет повысить эффективность контроля процесса деформаций резервуара вертикального цилиндрического за счет повышения точности измерения угла наклона резервуара относительно вертикали, то есть крена резервуара и повышения точности определения местоположения зон локализации деформаций (критических зон) стенок резервуара за счет повышения точности измерения угла наклона каждого пояса резервуара относительно вертикали, то есть частных кренов резервуара.

Способ поясняется чертежами. На Фиг. 1 представлена схема объединенной цифровой трехмерной точечной модели резервуара вертикального цилиндрического с горизонтальной разбивкой внешней поверхности на пояса. На Фиг. 2 представлены в табличном виде результаты определения частных кренов резервуара вертикального цилиндрического. На Фиг. 3 представлена схема определения направления крена резервуара вертикального цилиндрического в графическом виде.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом. Для определения геометрических характеристик резервуара вертикального цилиндрического выбирают шаг сканирования, количество станций и место их расположения. Шаг сканирования должен быть подобран с учетом того, чтобы плотность точек, измеряемых на поверхности резервуара, позволяла с достаточной точностью и достоверностью определять его геометрию, учитывая деформацию стенок резервуара при его заполнении. Также цифровые точечные модели, полученные с разных станций, должны иметь достаточную плотность в зонах перекрытий для качественного объединения их в единую модель (см. Фиг. 1). Снаружи резервуара вертикального цилиндрического устанавливают наземный лазерный сканер и собственной программой обработки данных, принадлежащей данному оборудованию и в соответствии с эксплуатационной документацией на прибор, автоматически определяют координаты точек, принадлежащих внешней поверхности резервуара, выполняют измерение расстояний при помощи встроенного лазерного дальномера, при этом для каждого измерения фиксируют вертикальные и горизонтальные углы, шаг сканирования. Предварительно осуществляют горизонтальную разбивку внешней поверхности вышеупомянутого резервуара на пояса (см. Фиг. 1), в фиксированных местах устанавливают специальные марки. Производят построение цифровой точечной трехмерной (3D) модели внешней поверхности резервуара путем сканирования внешней поверхности резервуара при помощи наземного лазерного сканера с линейной дискретностью шага сканирования в пределах от 0,5 до 4 см не менее, чем с четырех сканерных станций на расстоянии от 15 до 25 м от резервуара, выполняют объединение сканов между собой, при этом качество объединения полученных данных контролируют путем выполнения следующих условий:

- средняя квадратическая погрешность единицы веса объединения сканов не должна превышать ±2 мм;

- расхождение координат расположения специальных марок не должно превышать ±3 мм;

- средняя квадратическая ошибка определения элементов внешнего ориентирования для линейных величин не должна превышать ±2 мм, а для угловых величин - ±15″.

Далее производят обработку данных результатов наземного лазерного сканирования с помощью программного обеспечения, позволяющего выполнить привязку сканов к заданной системе координат, причем сканирование и обработку, позволяющие определять и анализировать пространственное положение оси для каждого пояса резервуара, производят каждый раз для каждого пояса, путем вписывания оптимальных моделей цилиндров на различных уровнях резервуара (см. Фиг. 1), соответствующих высоте каждого пояса. Полученную цифровую информацию передают в компьютерную программу, в которой определяют значения частных кренов для каждого пояса, причем центральная точка оси вписываемых цилиндров является положением центра его масс и будет соответствовать фактическому положению оси резервуара на уровне каждого пояса (см. Фиг. 2). При этом за исходное значение отсчета частных кренов принимается ось на уровне первого пояса. Затем вычисляют величину крена резервуара и его направление на основе величин частных кренов на уровне последнего (верхнего) пояса (см. Фиг. 3).

В настоящее время не существует достоверного геодезического способа определения величины и направления крена резервуара вертикального цилиндрического. Поскольку резервуары вертикальные цилиндрические различных объемов проектируют и возводят из стальных листов большой толщины, которые имеют между собой жесткое сварное соединение, главной задачей в период их эксплуатации является контроль осадки фундамента резервуара, то есть его общий крен и контроль состояния поверхности стенок резервуара на различных уровнях, а именно - частные крены, так как давление массы агрессивной жидкости, например продукты переработки нефти и газа, воздействуют на стенки резервуара неравномерно. Предлагаемый инновационный способ позволит проводить поверку резервуаров вертикальных цилиндрических с относительной погрешностью измерений 0,07%. Кроме того, данный способ, основанный на бесконтактном дистанционном методе лазерного сканирования, не требует предварительного освобождения его от нефтепродуктов, зачистки, определения объема внутренних элементов конструкций и других затратных мероприятий, связанных с простоем, а значит - с упущенной коммерческой прибылью.