Градуировка резервуаров типа РВС-400 и РВС-700 методом лазерного сканирования

Менеджеры компании «АСТ-Интер», занимающейся хранением нефтепродуктов, обнаружили несоответствие реальных объёмов залитого и отгруженного из хранилищ товара показаниям мерных датчиков. Они обратились за помощью к специалистам ОАО «Союзгипрозем». Для хранения жидкостей компания «АСТ-Интер» использовала вертикальные стальные резервуары РВС-400 и РВС-700 объёмом, соответственно, 400 и 700 кубических метров. Резервуары эксплуатировались более двух лет, а градуировка ёмкостей была выполнена стандартным методом (с помощью оптического нивелира), только на этапе монтажа.

Таким образом, перед инженерами ОАО «Союзгипрозем» встала задача построения новых градуировочных таблиц наливных резервуаров. Градуировка резервуаров данного класса — довольно распространённая задача в области инженерных изысканий, для её решения наиболее эффективна технология наземного лазерного сканирования. Наземное лазерное сканирование — самый надежный метод градуировки резервуаров, поскольку позволяет отследить геометрию любой ёмкости с максимальной детализацией и миллиметровой точностью.

Работа состоит из двух этапов: полевого, на котором осуществляется 3D сканирование объекта, и камерального, когда собранные данные обрабатываются, и оформляется результат. В данном случае на полевом этапе возникла интересная ситуация: Заказчик сообщил, что не имеет возможности произвести замывку хранилищ от ядовитых остатков жидкости. Для достижения же наилучшего результата 3D сканирование необходимо производить изнутри резервуара: исполнитель со сканером должен находиться в цистерне. Однако нахождение человека в агрессивной среде продуктов нефтепереработки без специальных средств химической защиты невозможно.

Управлять современными сканерами можно и удалённо, однако при градуировке резервуаров методом лазерного сканирования особое внимание необходимо обращать на нивелировку (горизонтирование) прибора. Градуировка проходит по уровню заполняющей жидкости, а её объём может отличаться от идеального из-за невертикальности самого резервуара, поэтому 3D сканер должен быть установлен строго горизонтально — вот для этого, главным образом, и необходимо присутствие человека.

Исходя из интересов Заказчика, для решения данной задачи инженеры ОАО «Союзгипрозем» разработали метод сканирования резервуара без присутствия исполнителя внутри: 3D сканер был спущен в цистерну через верхний люк при помощи специального штатива и отгоризонтирован в таком положении.

Лазерный сканер сохраняет данные в виде трёхмерных координат множества точек, каждая из которых соответствует месту падения и отражения лазерного луча от реальной сканируемой поверхности. Массив этих данных называется «облаком точек». На этапе камеральной обработки облака точек необходимо сначала очистить от помех и «сшить» между собой в единое пространство. Затем на их основе инженеры строят трёхмерную цифровую модель поверхности в формате AutoCAD и производят все необходимые расчеты. Цифровая модель максимально приближена к реальным геометрическим размерам градуируемого объекта. При её создании фиксируются все отклонения формы ёмкости от идеальных (проектных) параметров, учитываются объёмы и форма внутренних элементов резервуара: паропроводов, лестниц, рёбер жесткости и иных.

В данном случае наши инженеры обнаружили, что в процессе длительной эксплуатации фундаменты, на которые были установлены резервуары, деформировались, что в свою очередь привело к деформации днищ резервуаров. Наибольший перепад высот между точками оснований резервуаров в одном случае достиг 5 см, а в другом — целых 7 см. Эти перепады высот в различных точках днища наливного резервуара привели к тому, что в местах крепления датчика уровня взлива (то есть, при уровне взлива в 0 см.) объём остатка, расположенного ниже точки крепления, в первом резервуаре составил около 2,5 кубических метров, а во втором — 1,5 кубических метра. Вот куда «пропадал» товар компании «АСТ-Интер», вот из-за чего возникло несоответствие реальных объёмов показаниям датчика.

Никакие обмеры резервуаров лазерными рулетками и даже электронными тахеометрами не позволят учесть точную геометрию и степень деформации днищ и стенок резервуаров, построить их детальную топографию. Это возможно сделать исключительно за счёт беспрецедентной плотности измерений по технологии наземного лазерного сканирования. Ниже представлены горизонтальные разрезы облака точек обмеров днища одного из резервуаров с шагом в 1 см; на изображениях чётко видны форма и размеры деформаций.

Горизонтальные разрезы облака точек днища резервуаров по данным 3D сканирования с шагом в 1 см.

После моделирования и уточнения геометрических и технологических особенностей обмеряемого резервуара полученная модель была загружена в специальную программу, которая рассчитала количество залитого в резервуар вещества на калибровочный шаг таблицы. Шаг может быть установлен любой, в зависимости от требований Заказчика. В результате для каждого резервуара были созданы точные калибровочные таблицы, фрагмент одной из которых представлен ниже. Производя замеры по этим таблицам, Заказчик всегда будет знать точный объём жидкости, хранящейся в резервуарах.