DE19528915C1

DE19528915C1 - Verfahren zur Bestimmung einer Füllstands-Füllvolumen-Charakteristik von liegenden, formstabilen, zylindrischen Lagerbehältern für Flüssigkeiten

Info

Publication number: DE19528915C1
Application number: DE19528915A
Authority: DE
Inventors: Manfred Dipl Ing Templin
Original assignee: GEOCON MESINFORMATIK GmbH
Current assignee: SCHNEIDER, ANNETTE, 44892 BOCHUM, DE
Priority date: 1995-08-07
Filing date: 1995-08-07
Publication date: 1996-09-05
Anticipated expiration: 2015-08-08

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung einer Füllstands-Füllvolumen-Charakteristik von liegenden, form stabilen, zylindrischen Lagerbehältern für Flüssigkeiten mit jeweils pro Behälterkammer stirnseitigen Behälterböden und wenigstens einem Behälterdom.

Bei liegend installierten zylindrischen Lagerbehältern ist es schwierig, das jeweilige Füllvolumen exakt bestimmen zu können. Dies ist jedoch beispielsweise für exakte Mengenab rechnungen wünschenswert. Problematisch ist dabei insbeson dere, daß zum einen die Einlagerung des Lagerbehälters un ter- oder auch oberirdisch häufig nicht einwandfrei er folgt, sondern die Lagerbehälter oft mit nicht unerhebli cher Neigung eingelagert werden, was bei herkömmlichen Meß verfahren bereits zu erheblichen Füllstands- und Volumen fehlern führt. Darüber hinaus tritt aber auch häufig eine Neigungsänderung des Behälters während der Nutzungsdauer auf. Dies kann beispielsweise bei unterirdisch gelagerten Lagerbehältern dadurch geschehen, daß diese durch Grundwas ser aufschwimmen, oder auch durch mangelhafte Gründung des Erdreiches, auch aufgrund des unterschiedlichen Bruttoge wichtes im gefüllten bzw. geleerten bzw. teilgefüllten Zu stand. Deshalb kann ein derartiger Lagerbehälter auch bei temporärem guten Gründungsverhalten nicht mit permanent gleichbleibender Neigung stabil eingelagert werden.

Bisher existieren grobe rechnerisch ermittelte Peiltabel len, die über den manuell zu handhabenden Peilstab ermit telt, das Volumen mit einer Genauigkeit von ca. 10 bis 15% feststellen. Dieses Verfahren ist zwar kostengünstig, aber sehr ungenau und insbesondere werden die Neigung bzw. Nei gungsveränderungen des Lagerbehälters überhaupt nicht be rücksichtigt. Außerdem ist die Verwendung eines üblichen Peilstabes auch deshalb ungenau, da sie unter anderem auch von der Handhabung abhängig ist.

Eine genauere Ermittlung der Füllstands-Füllvolumen-Charak teristik eines Lagerbehälters der vorgenannten Bauform ist durch schrittweises manuelles Auslitern mit Wasser als Meß medium möglich. Dieses Verfahren bietet eine Genauigkeit von 0,5 Vol.-%, sofern sich die Längsneigung des Lagerbe hälters nicht verändert. Der apparative Aufwand dieses Ver fahrens ist jedoch sehr hoch, was zu erheblichen Kosten führt. Auch ist dieses Verfahren aus Umweltschutzgründen im Prinzip nur einmal bei neuen oder gereinigten Lagerbehäl tern anwendbar. Die Kosten für die Zwischenlagerung der Restmengen und die der Entsorgung des Behältersumpfes kom men hinzu. Eine erforderliche neue Naßvermessung mit Wasser bei einer Änderung der Behälterneigung ist deshalb auch nur im Einzelfall durchführbar. Dieses Verfahren ist somit un ter wirtschaftlichen Aspekten gesehen nicht vertretbar.

Ein weiteres praktiziertes Verfahren ist das Auslitern mit dem Behälterfüllmedium, z. B. mit Kraftstoff. Dieses Verfah ren ist grundsätzlich bei jeder Gründung und Behälterlage rung anwendbar. Die Genauigkeit ist jedoch abhängig vom La germedium, von der Medientemperatur sowie von der Medien dichte. Der Lagerbehälter muß für den Ausliterungsvorgang einmal vollständig gefüllt werden, was bereits zu Schwie rigkeiten bei der Mengenbereitstellung führt. Apparativ sind geeignete Durchflußzähler und Rechner pro Lagerbehäl ter einzusetzen. Zur Erfassung der gesamten Behältercharak teristik ist das Flüssigkeitsvolumen pro Lagerbehälter auf "0" zu fahren, was in der Praxis nur selten möglich ist. Der Volumenfehler beträgt zudem ca. 8 bis 10%. Das Verfah ren ist dementsprechend zeitaufwendig sowie teuer. Außerdem muß bei Veränderung der Behälterneigung die Ausliterung je desmal neu durchgeführt werden.

Ein weiteres Verfahren zur Bestimmung einer Füllstands- Füllvolumen-Charakteristik von derartigen Lagerbehältern für Flüssigkeiten mit stirnseitigen Behälterböden und einem Behälterdom ist aus DE 31 24 875 C2 bekannt.

Aus DE 38 34 986 C2 bzw. der DE 43 31 865 C1 sind grund sätzlich Vorrichtungen bekannt, welche die jeweilige Füll standsbestimmung derartiger liegender zylindrischer Lager behälter ermöglichen. In diesen Druckschriften ist jedoch nicht ausgeführt, wie die Füllstands-Füllvolumen-Charakte ristik ermittelt werden kann, um mit Hilfe der Füllstands messung dann das jeweilige aktuelle und genaue Füllvolumen zu ermitteln.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein gattungsgemäßes Verfahren so zu verbessern, daß eine exakte und genaue, auch den Einfluß von Neigungsänderungen des Lagerbehälters berücksichtigende Bestimmung der Füllstands-Füllvolumen- Charakteristik möglich ist, so daß auf einfache Weise durch Ermittlung des jeweiligen Füllstandes eine exakte Bestim mung des zugehörigen Füllvolumens erreichbar ist.

Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren der eingangs be zeichneten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß nach der Ermittlung der geometrischen Abmessungen des Lagerbehälters und seines Längsneigungswinkels α gegenüber der Horizonta len der Behälterquerschnitt in seinem zylindrischen Bereich in Abhängigkeit von einem zum Füllstand des Lagerbehälters proportionalen, in der Behälterquerschnittsebene erstreck ten Innenwinkel ϕ in eine vorgebbare Mehrzahl von vertika len Querschnittssektorflächen unterteilt und für jeden vor gegebenen Innenwinkel ϕ mit zugehöriger Querschnittssektor fläche das Füllvolumen des Lagerbehälters ermittelt und für den jeweiligen theoretischen Füllstand mit Längsneigungs winkel α = 0 gespeichert wird, so daß sich eine normierte theoretische Füllstands-Füllvolumen-Charakteristik des zy lindrischen Behälters für α = 0 ergibt und daß anschließend in Abhängigkeit vom Längsneigungswinkel α des Lagerbehäl ters eine Korrektur der Füllstands-Füllvolumen-Charakteri stik durchgeführt wird.

Ein solches Verfahren weist die beim vorerwähnten Stand der Technik bestehenden Nachteile nicht auf. Es orientiert sich an dem im Vergleich zum Lagermedium sehr geringen Volumen ausdehnungskoeffizienten des Stahlbehälters, der sogar ge ringer ist als bei Wasser, und geht davon aus, daß der Stahlbehälter an sich seine Form in Grenzen praktisch nicht verändert. Es ist dann lediglich erforderlich, einmal für den jeweiligen Lagerbehälter bzw. für die Kammer sämtliche geometrische Daten, wie z. B. Behälterdurchmesser, zylindri sche Länge, Anordnung des Domes, Lage von Einbauten, die Bödenausbildung usw. zu ermitteln und dann anhand dieser Daten eine Füllstands-Füllvolumen-Charakteristik zu ermit teln, indem der zylindrische Behälterbereich im Querschnitt in Abhängigkeit von einer vorgebbaren Mehrzahl von ver schiedenen Innenwinkeln des Einheitskreises, welche propor tional zu verschiedenen Füllständen sind, in eine Mehrzahl von Querschnittssektorflächen unterteilt wird und für den Innenwinkel das zugehörige Teilvolumen ermittelt und ge speichert wird. Dabei ist der Innenwinkel und die zugehöri ge Querschnittssektorfläche gleich 0, wenn der Füllstand gleich 0 ist, so daß zu diesem Wert auch das Füllvolumen gleich 0 ist, während bei maximalem Füllstand der Innenwin kel 360° beträgt und dementsprechend das maximale Füllvolu men des Lagerbehälters vorliegt.

Für jedes Teilvolumen ist dabei nicht nur der jeweilige zy lindrische Behältervolumenanteil zu berücksichtigen, son dern in geeigneter Weise sind auch Schweißnahtbreiten, Ein bauten oder dergl. mit zu berücksichtigen. Ausgehend von dieser theoretischen Füllstands-Füllvolumen-Charakteristik mit einem Längsneigungswinkel des Lagerbehälters von 0° lassen sich dann auf einfache Weise Behälterlängsneigungen berücksichtigen, mit denen die entsprechenden Füllstands- Füllvolumen-Charakteristiken korrigiert werden, d. h. dem bei einem bestimmten Längsneigungswinkel gemessenen Füll stand dann durch eine computergestützte Rotation des Lager behälters um seinen Mittelpunkt der theoretische Füllstand zugeordnet wird, so daß sich dann die vorermittelte theore tische Füllstands-Füllvolumen-Charakteristik verwenden läßt. Wenn somit einmal die theoretische Füllstands-Füllvo lumen-Charakteristik des Lagerbehälters ermittelt worden ist, ist es auf einfachste Weise möglich, auch bei Änderung des Längsneigungswinkels des Lagerbehälters jeweils die ak tuelle, den Längsneigungswinkel berücksichtigende Füll stands-Füllvolumen-Charakteristik zu ermitteln, so daß dann für den jeweils gemessenen Füllstand das exakte Füllvolumen ermittelbar ist.

Da die meisten liegenden zylindrischen Lagerbehälter in ih rem wesentlichen Kernbereich zylindrisch ausgebildet sind, endseitig jedoch mit angeschweißten Böden versehen sind, welche konvex und/oder konkav ausgebildet sind und übli cherweise einen kugeligen Abschnitt aufweisen, sieht die Erfindung in Ausgestaltung vor, daß der jeweilige Boden querschnitt in Abhängigkeit von einem zum Füllstand des zy lindrischen Bereiches des Lagerbehälters proportionalen, in der horizontalen Behälterlängsebene erstreckten kugeligen Raumwinkel γ in eine vorgebbare Mehrzahl von horizontalen Kugelsegmentflächen unterteilt und für jeden vorgegebenen kugeligen Raumwinkel γ mit zugehöriger Kugelsegmentfläche das Füllvolumen der jeweiligen Bodengeometrie ermittelt und für den jeweiligen theoretischen Füllstand bei α = 0 in normierter Form gespeichert wird, so daß sich eine normier te theoretische Füllstands-Füllvolumen-Charakteristik für α = 0 für den jeweiligen Boden ergibt, welche mit der eben falls normierten, theoretischen Füllstands-Füllvolumen-Cha rakteristik des zylindrischen Behälterbereiches gekoppelt wird, so daß sich eine normierte theoretische Füllstands- Füllvolumen-Gesamtcharakteristik für α = 0 des Lagerbehäl ters ergibt, und daß anschließend in Abhängigkeit vom Längsneigungswinkel α des Lagerbehälters eine Korrektur der Füllstands-Füllvolumen-Gesamtcharakteristik des Lagerbehäl ters durchgeführt wird.

Die zusätzliche Berücksichtigung der Böden, welche den zy lindrischen Volumenanteil vergrößern oder verkleinern kön nen (konkave oder konvexe Bödenausbildung) erfolgt somit im Prinzip auf die gleiche Weise wie die Ermittlung der zylin drischen Geometrie. Da es sich bei derartigen Böden zumeist um kugelige Abschnitte handelt, hat es sich als zweckmäßig herausgestellt, die Verbindung zwischen Füllstand und Bo denvolumen über den jeweiligen Kugelraumwinkel herzustel len, wobei der Gesamtboden dann in eine Vielzahl von ver schiedenen Kugelraumwinkeln mit zugehöriger Kugelab schnittsfläche unterteilt wird. Durch geeignete Normierung der theoretischen Füllstands-Füllvolumen-Charakteristik der Böden können diese dann auf einfache Weise zusammengeführt werden, so daß eine normierte, theoretische Füllstands- Füllvolumen-Gesamtcharakteristik des Lagerbehälters zu er halten ist, welche dann in der vorbeschriebenen Weise in Abhängigkeit von der jeweiligen Behälterlängsneigung zu korrigieren ist, so daß dann bei Kenntnis des Behälterfüll standes eine exakte zugehörige Füllvolumenbestimmung an der Dom-Meßstelle möglich ist.

Besonders vorteilhaft ist vorgesehen, daß der Längsnei gungswinkel des Lagerbehälters überwacht und bei Änderung des Längsneigungswinkels um ein vorgebbares Maß die Füll stands-Füllvolumen-Gesamtcharakteristik des Lagerbehälters entsprechend korrigiert wird. Je nach den Einlagerungsbe dingungen des jeweiligen Lagerbehälters kann dabei eine kontinuierliche oder weitgehend kontinuierliche Überwachung des Längsneigungswinkels erfolgen oder es kann eine solche von Zeit zu Zeit durchgeführt werden. Wird eine kontinuier liche Überwachung gewünscht, wird vorteilhafterweise am La gerbehälter ein stationärer Neigungsmeßwertgeber angeord net, der beispielsweise mit dem Füllstandsmeßwertgeber kom biniert sein kann.

Ist die Füllstand-Füllvolumen-Charakteristik bestimmt, kön nen aus dieser in Zusammenwirken mit einem Füllstand-Meß wertgeber der Füllstand am Behälterdom sowie aus der Cha rakteristik und dem Füllstand das wahre Füllvolumen und/oder Volumendifferenzen ermittelt werden.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist vorgesehen, daß aus der Füllstands-Füllvolumen-Gesamtcharakteristik der ma ximal zulässige Füllgrad des Lagerbehälters bestimmt wird. Dies ist bei mit Längsneigung eingebauten Lagerbehältern von wesentlicher Bedeutung, da je nach Längsneigung des Be hälters erhebliche Abweichungen vom zu erwartenden theore tischen, maximal zulässigen Füllgrad (Längsneigungswinkel gleich 0) auftreten, d. h. entweder kann der Behälter noch weiter gefüllt werden oder zur Verhinderung eines Überlau fens muß die Befüllung ggf. eher gestoppt werden.

Dabei ist vorteilhaft vorgesehen, daß bei Verwendung eines Grenzwertgebers der Grenzwertgeber auf den ermittelten ma ximal zulässigen Füllgrad eingestellt wird, so daß dann au tomatisch bei der Befüllung des Lagerbehälters die Befül lung beendet wird, wenn der maximal zulässige Füllgrad er reicht worden ist.

Insbesondere bei unterirdisch angeordneten Lagerbehältern ist vorteilhaft vorgesehen, daß zur Ermittlung des Längs neigungswinkels des Lagerbehälters zunächst die geographi sche Behälterlage ermittelt wird, um anschließend exakt den Längsneigungswinkel bestimmen zu können.

Um die Genauigkeit des Verfahrens noch zu erhöhen, ist vor teilhaft vorgesehen, daß bei der Ermittlung der Füllstands- Füllvolumen-Charakteristik temperaturabhängige Volumenände rungen der im Behälter zu lagernden Flüssigkeit berücksich tigt werden.

Ist nach dem erfindungsgemäßen Verfahren einmal die Füll stands-Füllvolumen-Gesamtcharakteristik in Abhängigkeit vom jeweiligen Längsneigungswinkel ermittelt worden, bieten sich eine Vielzahl von Anwendungsmöglichkeiten, diese Cha rakteristik zu verwenden. So lassen sich exakt Füllstände, Teilfüllstände, Differenzfüllstände (bei einem Befüllvor gang), Behälterinhalte, Teilinhalte, Differenzinhalte, Grenzwerte und Füllgrade bei liegenden zylindrischen Stahl behältern ermitteln, insbesondere für drucklos und/oder un ter Druck gelagerte brennbare Flüssigkeiten.

Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung bei spielsweise näher erläutert. Diese zeigt in:

Fig. 1 bis 4 in detaillierter Form einen möglichen Ver fahrensablauf zur Ermittlung der Füllstands- Füllvolumen-Gesamtcharakteristik eines lie genden zylindrischen Lagerbehälters,

Fig. 5 in Seitenansicht einen längsgeneigt angeord neten Lagerbehälter mit einer Behälterkammer mit Konvexböden und einem Dom,

Fig. 6 einen Lagerbehälter mit zwei Behälterkammern und dementsprechend zwei Domen,

Fig. 7 eine Definition des Begriffes Behälterlängs neigung in Winkelgrad,

Fig. 8 eine Definition des Begriffes geographische Behälterlage in Winkelgrad,

Fig. 9 eine Darstellung eines liegenden zylindri schen Behälters aus Stahl mit Konvexböden mit Spiegelung der Behälterlängsachse und dem Füllstand h unter einem Innenwinkel ϕ und einer zylindrischen Länge L_Z,

Fig. 10 einen Querschnitt durch einen liegenden zy lindrischen Stahlbehälter unter einem Längs neigungswinkel von α = 0°,

Fig. 11 einen Querschnitt durch einen liegenden zy lindrischen Stahlbehälter unter einem Längs neigungswinkel von α ≠ 0°,

Fig. 12 eine schematische Darstellung eines unter dem Winkel -α längsgeneigt angeordneten Behälters zur Ermittlung des Neigungseinflusses,

Fig. 13 eine Füllstands-Füllvolumen-Charakteristik eines liegenden Lagerbehälters mit Flachböden unter einem Längsneigungswinkel von α = 0°,

Fig. 14 eine Füllstands-Füllvolumen-Charakteristik eines konvex ausgebildeten Behälterbodens unter einem Längsneigungswinkel von α = 0°,

Fig. 15 eine Füllstands-Füllvolumen-Charakteristik eines konkav ausgebildeten Behälterbodens unter einem Längsneigungswinkel von α = 0°,

Fig. 16 eine Füllstands-Füllvolumen-Charakteristik eines Lagerbehälters mit Konvexböden unter einem Längsneigungswinkel von α = 0°,

Fig. 17 eine Füllstands-Füllvolumen-Charakteristik eines Lagerbehälters mit Konvexböden unter einem Längsneigungswinkel von α = -1,5° und

Fig. 18 Füllstands-Füllvolumen-Charakteristiken eines liegenden zylindrischen Lagerbehälters für verschiedene Längsneigungswinkel.

In den Fig. 1 bis 4 ist in detaillierter Form der erfin dungsgemäße Verfahrensablauf dargestellt. Dabei zeigt Fig. 1 im wesentlichen das Vorgehen bei der Ermittlung der geo metrischen Abmessungen des Lagerbehälters unter Berücksich tigung einzelner geometrischer Parameter, wie Zylinder- und Bödengeometrie, Einbauten, Domstellung und dergl., während in Fig. 2 im wesentlichen dargestellt ist, daß neben der eigentlichen Behältergeometrie bei der Ermittlung der Füll stands-Füllvolumen-Charakteristik auch andere Parameter, wie Temperatureinfluß und dergl. berücksichtigt werden kön nen. In Fig. 3 ist veranschaulicht, daß zweckmäßigerweise bei der Ermittlung der Füllstands-Füllvolumen-Charakteris tik der Zylinderanteil des Lagerbehälters, der sich zum ei nen aus dem eigentlichen zylindrischen Bereich und zum an deren ggf. aus dem Verbindungsbereich der Böden und der Verbindungsschweißnähte zusammensetzt, und die Böden zu nächst getrennt betrachtet werden und anschließend nach der Volumenermittlung und geeigneter Normierung dann das Ge samtvolumen der Meßkammer ermittelt werden kann. Fig. 4 zeigt dann schließlich, wie ausgehend von dem ermittelten Volumen der Zylinder- und Bödenanteile die Ermittlung der Füllstands-Füllvolumen-Charakteristik durchgeführt wird.

In Fig. 5 ist ein einfacher zylindrischer Lagerbehälter mit zwei Konvexböden dargestellt, wobei dieser Lagerbehälter unter einem Winkel α gegenüber der Horizontalen in Längs richtung geneigt ist. Anhand des eingezeichneten Füllstan des läßt sich sichtbar erkennen, wie groß der Neigungsein fluß ist, d. h. die in den Dom eingesetzte und in den Lager behälter eintauchende Füllstands-Meßeinrichtung ermittelt ersichtlich einen im Prinzip falschen Meßwert, bei der dar gestellten Längsneigung α ist der gemessene Füllstand ge genüber dem wirklichen Füllstand (α = 0) wesentlich zu groß, so daß bei herkömmlichen Meßverfahren mit einfachen Peiltabellen ein erheblicher Meßfehler auftreten würde.

Fig. 6 zeigt einen Lagerbehälter mit zwei Meßkammern, wobei die linke Meßkammer ersichtlich zwei Konvexböden aufweist, während die rechte Meßkammer einen Konvexboden und einen Konkavboden aufweist, d. h. bei der rechten Meßkammer ist das Volumen des zylindrischen Anteils durch den Konkavboden verringert. Diese jeweiligen geometrischen Parameter müssen nach ihrer Vermessung bzw. sonstigen Ermittlung bei der Er mittlung der Füllstands-Füllvolumen-Charakteristik berück sichtigt werden, wie dies in den Fig. 1 bis 4 dargestellt ist.

In der Fig. 7 ist dargestellt, wie der Begriff Behälter längsneigung in Winkelgrad α im Sinne der Erfindung defi niert ist. Ist der Lagerbehälter in Richtung des dort dar gestellten Domes nach unten geneigt, so ist der Längsnei gungswinkel α negativ, im umgekehrten Falle ist er dement sprechend positiv.

Um den Längsneigungswinkel korrekt bestimmen zu können, ist es zunächst erforderlich, die geographische Lage des Lager behälters zu ermitteln, d. h. seine Längsachse korrekt zu bestimmen. Es ist also notwendig, wie dies in Fig. 8 darge stellt ist, die geographische Behälterlage (Norden, Süden, Westen, Osten) zu bestimmen, wenn die Behälterlage nicht eindeutig, beispielsweise aus Bauplänen oder dergl., be kannt ist. Dies läßt sich beispielsweise mittels Metallde tektoren oder dergl. herausfinden, wenn der Lagerbehälter unterirdisch angeordnet ist. Ist die Längsachse des Behäl ters dann exakt bestimmt, läßt sich die Längsneigung ermit teln.

Grundsätzlich kann diese Längsneigung auf unterschiedliche Weise bestimmt werden, wird eine kontinuierliche Überwa chung der Längsneigung des Lagerbehälters gewünscht, kann ein Neigungsmeßwertgeber beispielsweise mit einem Müll stands-Meßwertgeber kombiniert werden und dergl. Es können elektronische und/oder mechanische Neigungsmeßelemente ver wandt werden und dergl. mehr.

In Fig. 9 ist ein liegender zylindrischer Lagerbehälter aus Stahl mit dem Radius r und einem Konvexboden mit Spiegelung der Behälterlängsachse und dem Füllstand h unter einem In nenwinkel ϕ und der zylindrischen Länge L_Z dargestellt.

Zur Ermittlung der Füllstands-Füllvolumen-Charakteristik des zylindrischen Anteils wird der Behälterquerschnitt in seinem zylindrischen Bereich in Abhängigkeit von einem zum Füllstand des Lagerbehälters proportionalen, in der Behäl terquerschnittsebene erstreckten Innenwinkel ϕ in eine vor gebbare Mehrzahl von vertikalen Querschnittssektorflächen unterteilt und für jeden vorgegeben Innenwinkel ϕ mit zu gehöriger Querschnittssektorfläche wird das Füllvolumen des Lagerbehälters ermittelt und für den jeweiligen theoreti schen Füllstand mit einem Längsneigungswinkel α = 0 gespei chert, so daß sich eine normierte theoretische Füllstands- Füllvolumen-Charakteristik für den Längsneigungswinkel α = 0 ergibt. Dies läßt sich ohne weiteres durchführen, da die geometrischen Verhältnisse bei Zylindern bzw. Kreisflächen grundsätzlich bekannt sind.

Zur zusätzlichen Erfassung der Böden wird der jeweilige Bo denquerschnitt in Abhängigkeit von einem zum Füllstand des zylindrischen Bereiches des Lagerbehälters proportional in der horizontalen Behälterlängsebene erstreckten kugeligen Raumwinkel γ in eine vorgebbare Mehrzahl von horizontalen Kugelsegmentflächen unterteilt und für jeden vorgegebenen kugeligen Raumwinkel γ mit zugehöriger Kugelsegmentfläche wird das Füllvolumen der jeweiligen Bodengeometrie ermit telt und für den jeweiligen theoretischen Füllstand α = 0 in normierter Form gespeichert, so daß sich eine normierte theoretische Füllstands-Füllvolumen-Charakteristik für den jeweiligen Boden ergibt, welche mit der ebenfalls normier ten theoretischen Füllstands-Füllvolumen-Charakteristik des zylindrischen Behälterbereiches gekoppelt wird, so daß sich eine normierte theoretische Füllstands-Füllvolumen-Gesamt charakteristik für den Längsneigungswinkel α = 0 des Lager behälter ergibt. In Fig. 9 ist eine typische Füllstands- Füllvolumen-Charakteristik dargestellt. Beim angegebenen Füllstand h beträgt das Füllvolumen V_x, das Gesamtvolumen V wird bei der maximalen Füllhöhe H erreicht.

Die Gegenüberstellung zweier identischer Lagerbehälter, die einmal mit Längsneigung α = 0 (Fig. 10) und Längsneigung α = -x,xx° (Fig. 11) dargestellt sind, zeigt deutlich den Einfluß der Längsneigung des Behälters bei gleichem Füllvo lumen: Während in Fig. 10 aus der gemessenen Füllhöhe D_i - h′ und dem zugehörigen Winkel ϕ unmittelbar aus der theoretischen Füllstands-Füllvolumen-Charakteristik das zu gehörige Füllvolumen ermittelt werden kann, würde sich ein falscher Wert, nämlich ein zu großes Füllvolumen aus der theoretischen Füllstands-Füllvolumen-Charakteristik erge ben, wenn der Behälter im Sinne der Fig. 11 geneigt ange ordnet ist. Dort ist nämlich bei gleichem Füllvolumen er kennbar der Füllstand D_i - h′ größer, und zwar um Δh (α) und dementsprechend auch der zugehörige Winkel ϕ. Es ist deshalb erforderlich, eine Neigungskompensation durchzufüh ren, um auch bei einem derart längsgeneigten Behälter bei Messung eines Füllstandes das korrekte Füllvolumen zu er mitteln.

Dies ist grundsätzlich möglich, wie dies in Fig. 12 darge stellt ist. Dabei muß gedanklich der mit dem Winkel -α längsgeneigt angeordnete Lagerbehälter um seinen Längsmit telpunkt in die horizontale Lage gedreht werden, um die ex akte aber nicht gemessene Füllhöhe h₀, die dem horizontal angeordneten Lagerbehälter entspräche, zu ermitteln. Dabei ist die Gesamtlänge des zylindrischen Anteils des Behälters L_Z sowie der Abstand c vom Ende des zylindrischen Anteils zur Meßstelle (Dom) zu berücksichtigen. Um aus dem gemesse nen (falschen) Füllstandwert h_p den korrekten Wert h₀ zu ermitteln, ist eine einfache trigonometrische Umrechnung notwendig, so ergibt sich, daß

Unter Berücksichtigung dieser Längsneigungskorrektur wird nun in Abhängigkeit vom gemessenen Längsneigungswinkel α die ermittelte theoretische Füllstands-Füllvolumen-Charak teristik um den Einfluß der Längsneigung korrigiert, wo durch sich unterschiedliche Füllstands-Füllvolumen-Charak teristiken für ein und denselben Behälter für verschiedene Längsneigungen ergeben.

Beispielhaft ist in Fig. 13 zunächst eine Füllstands-Füll volumen-Charakteristik eines liegenden zylindrischen Stahl behälters mit Flachböden unter einem Längsneigungswinkel von α = 0° dargestellt. Um dabei den Aufwand in Grenzen zu halten, wird diese Charakteristik nicht kontinuierlich er stellt, sondern mittels einer Vielzahl von vorgebbaren Stützpunkten (Mehrzahl von Werten des Winkels ϕ), aus der dann durch Interpolation der betreffende Kurvenzug ermit telt werden kann.

Fig. 14 zeigt eine Füllstands-Füllvolumen-Charakteristik eines konvex ausgebildeten Behälterbodens unter einem Längsneigungswinkel von α = 0°.

Demgegenüber ergibt sich eine andere Charakteristik für ei nen konkav ausgebildeten Behälterboden, wie aus Fig. 15 hervorgeht, in welcher eine Füllstands-Füllvolumen-Charak teristik eines konkav ausgebildeten Behälterbodens unter einem Längsneigungswinkel von α = 0° dargestellt ist.

Fig. 16 zeigt eine Füllstands-Füllvolumen-Gesamtcharakteri stik eines liegenden zylindrischen Stahlbehälters mit Kon vexböden unter einem Längsneigungswinkel von α = 0°.

Demgegenüber ist in Fig. 17 im Prinzip dieselbe Charakteri stik wie in Fig. 16 dargestellt, allerdings für einen Längsneigungswinkel von α = -1,5°. Ersichtlich verändert sich die Charakteristik aufgrund dieses Längsneigungswin kels.

Der Einfluß der Längsneigung ergibt sich am deutlichsten aus der Darstellung in Fig. 18, die Füllstands-Füllvolumen- Charakteristiken ein und desselben liegenden zylindrischen Stahlbehälters mit einem Volumen von 50 m³ für verschiedene Längsneigungswinkel α zeigt. Mißt man beispielsweise einen Füllstand von 1250 mm, so ergibt sich bei einem horizontal eingebauten derartigen Lagerbehälter (α = 0°) ein Volumen von 25 756 Litern. Ist demgegenüber bei gleichem Füllstand der Behälter mit einer Neigung von α = -1° eingebaut, was in der Praxis häufig vorkommt, beträgt das zugehörige Volu men nur 23 716 Liter, d. h. bei derartigen Größenordnungen tritt bei einer Längsneigung von nur -1° eine Volumendiffe renz von 2040 Litern auf, d. h. ohne Berücksichtigung der Längsneigung träte ein Volumenfehler von etwa 10% auf bei einem Winkel von -1°.

Dieser Längsneigungseinfluß ist nicht nur zur Messung des Füllvolumens an sich von Bedeutung, sondern ebenfalls zur Bestimmung des Grenzwertes der bei der Befüllung nicht überschritten werden darf. So ist üblicherweise aufgrund gesetzlicher Bestimmungen der maximale Füllungsgrad eines derartigen Lagerbehälters auf beispielsweise 95 Vol.-% des Behältervolumens begrenzt. Im Beispiel nach Fig. 18 bedeu tet dies, daß für diesen Füllungsgrad bei einem horizontal eingebauten Lagerbehälter (Längsneigungswinkel α = 0°), der maximal zulässige Füllstand 2183 mm betragen würde, d. h. der Grenzwertgeber im Dom des Behälters müßte entsprechend einjustiert werden.

Bei einem Längsneigungswinkel α = -1° demgegenüber würde ein Füllungsgrad von 95 Vol.-% erst bei einer Füllhöhe von 2260 mm erreicht, d. h. der Grenzwertgeber wäre dementspre chend völlig anders einzustellen, die Füllstandsdifferenz Δh = f (α) betrüge in diesem Falle 77 mm.

Diese Beispiele zeigen anschaulich den wesentlichen Einfluß der Längsneigung bei der Volumenbestimmung von derartigen Lagerbehältern. Der Einfluß dieser Längsneigung läßt sich jedoch aufgrund des erfindungsgemäßen Verfahrens auf ausge sprochen einfache Weise berücksichtigen. Dabei ist es, wie erwähnt, grundsätzlich möglich, die Längsneigung kontinu ierlich zu überwachen und jeweils eine neue Füllstands- Füllvolumen-Charakteristik zu ermitteln, wenn sich die Längsneigung um ein vorgegebenes Maß geändert hat. Ist dies im Einzelfall nicht erforderlich, kann es auch ausreichen, von Zeit zu Zeit die Längsneigung neu zu bestimmen oder dies nur einmal nach dem Einbau des Lagerbehälters vorzu nehmen.

Claims

1. Verfahren zur Bestimmung einer Füllstands-Füllvolumen-Cha rakteristik von liegenden, formstabilen, zylindrischen La gerbehältern für Flüssigkeiten mit jeweils pro Behälterkam mer stirnseitigen Behälterböden und wenigstens einem Behäl terdom, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Ermittlung der geometrischen Abmessungen des Lagerbehälters und seines Längsneigungswinkels α gegen über der Horizontalen der Behälterquerschnitt in seinem zy lindrischen Bereich in Abhängigkeit von einem zum Füllstand des Lagerbehälters proportionalen, in der Behälterquer schnittsebene erstreckten Innenwinkel ϕ in eine vorgebba re Mehrzahl von vertikalen Querschnittssektorflächen unter teilt und für jeden vorgegebenen Innenwinkel ϕ mit zuge höriger Querschnittssektorfläche das Füllvolumen des Lager behälters ermittelt und für den jeweiligen theoretischen Füllstand mit Längsneigungswinkel α = 0 gespeichert wird, so daß sich eine normierte theoretische Füllstands-Füllvo lumen-Charakteristik des zylindrischen Behälterbereichs für α = 0 ergibt, und daß anschließend in Abhängigkeit vom Längsneigungswinkel α des Lagerbehäl ters eine Korrektur der Füllstands-Füllvolumen-Charakteris tik durchgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1 für Lagerbehälter mit kugelaus schnittförmigen Böden, dadurch gekennzeichnet, daß der jeweilige Bodenquerschnitt in Abhängigkeit von ei nem zum Füllstand des zylindrischen Bereiches des Lagerbe hälters proportionalen, in der horizontalen Behälter längsebene erstreckten kugeligen Raumwinkel γ in eine vor gebbare Mehrzahl von horizontalen Kugelsegmentflächen un terteilt und für jeden vorgegebenen kugeligen Raumwinkel γ mit zugehöriger Kugelsegmentfläche das Füllvolumen der je weiligen Bodengeometrie ermittelt und für den jeweiligen theoretischen Füllstand bei α = 0 in normierter Form gespei chert wird, so daß sich eine normierte, theoretische Füll stands-Füllvolumen-Charakteristik für α = 0 für den jeweili gen Boden ergibt, welche mit der ebenfalls normierten theo retischen Füllstands-Füllvolumen-Charakteristik des zylin drischen Behälterbereiches gekoppelt wird, so daß sich eine normierte theoretische Füllstands-Füllvolumen-Gesamtcharak teristik für α = 0 des Lagerbehälters ergibt, und daß an schließend in Abhängigkeit vom Längsneigungswinkel α des Lagerbehälters eine Korrektur der Füllstands-Füllvolumen- Gesamtcharakteristik des Lagerbehälters durchgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Längsneigungswinkel α des Lagerbehälters über wacht und bei Änderung des Längsneigungswinkels α um ein vorgebbares Maß die Füllstands-Füllvolumen-Gesamtcharakte ristik des Lagerbehälters entsprechend korrigiert wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß aus der Füllstands-Füllvolumen-Gesamtcharakteristik im Zusammenwirken mit einem Füllstands-Meßwertgeber der Füll stand am Behälterdom ermittelt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß aus der Füllstands-Füllvolumen-Gesamtcharakteristik und dem Füllstand das wahre Füllvolumen und/oder Volumendiffe renzen ermittelt werden.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß aus der Füllstands-Füllvolumen-Gesamtcharakteristik der maximal zulässige Füllgrad des Lagerbehälters bestimmt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines Grenzwertgebers der Grenzwertgeber in Abhängigkeit von der jeweiligen Behälterlängsneigung auf den ermittelten maximal zulässigen Füllgrad eingestellt wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung des Längsneigungswinkel α des Lager behälters die geographische Behälterlage ermittelt wird.