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    試論高精度皮帶秤取代“水尺計重”的可行性

    2020-09-10 08:56:19

    試論高精度皮帶秤取代“水尺計重”的可行性

    陸勤生 [ 摘要 ] 本文闡述了大宗散裝物料“水尺計重”的由來和弊病,列舉了諸多港口企業為減少和消 除其給企業帶來的經濟損失所做出的努力。

    認為從皮帶秤的國際建議、國家標準的修訂到高精度皮 帶秤產品的問世都為高精度皮帶秤取代“水尺計重”提供了可能,希望不久的將來此種可能變為現實。 【關鍵詞】 水尺計重 皮帶秤 耐久性 在現代物流中有大量的散裝物料需要地計量,如礦石礦砂、煤炭的進出口,以及國內礦石礦砂、 煤炭、水泥等建材的南北轉運。這類物資具有量大(單是國內進口量就高達十數億噸)、稱量準確、 稱量過程不影響裝卸運輸進度等要求。 由于這類物資大部分以船舶為運輸工具,裝、卸輸送大多采用皮帶輸送機。一直以來因為缺乏合 適可靠的計量器具,此類物資的計量普遍采用“水尺計重”的方式,以此作為商品貿易結算、計費、 通關、計稅、索賠、仲裁的憑證。

    “水尺計重”是一種原始的計量方法。是根據“阿基米德定律”的原理,通過分別測定裝(卸) 船前和裝(卸)船后船舶的吃水線,并測定前后兩次的船用淡水、壓艙水及燃油的貯存量或消耗量。

    海上運輸還需要測定船邊水分的密度,然后按照船方提供的排水量表或載重量表以及有關的靜水力 曲線圖表、水油艙計量表和校正表等船用圖表計算出船舶載運貨物的重量。

    影響“水尺計重”準確度的客觀因素很多:如船舶拱陷變形、定量備料更動、港水風浪等等。要 求船舶的艏舯艉水尺標記和載重線標記的字跡必須清晰正規、刻度正確無誤;具備船舶正確而有效 的圖表,包括:排水量表或載重量表,靜水力曲線圖或可供排水量縱傾校正的圖表,水油艙計量表 及縱傾校正表,船型圖或可供船艏艉水尺縱傾校正的有關圖表。

    為重要的是“水尺計重”是憑借肉眼觀察確定的。簡單的目測只有在風平浪靜,水平面與水尺 標志的交線是固定時,數據才是準確的;而當有風浪尤其是較大風浪時由于波面起伏不平, 波面與水尺標志的交線就成了瞬息萬變的曲線。此時觀察者只能憑經驗判斷船舶吃水線數值,測得 的重量難免帶有主觀臆斷性,有失客觀、公允。故而由此帶來的誤差也是驚人的。以一艘 10 萬噸的 貨輪計算:水尺讀數誤差 1cm、造成的貨物誤差約為 500t, 也就是說,不論“水尺計重”的理論誤差 有多大,光讀錯水尺 1cm、就會產生 0.5% 的誤差。

    從計量學的角度看“水尺計重”是一種不科學的計量方式。我們知道任何一種計量器具為保證其 計量準確度,必須進行量值傳遞。而“水尺計重”是以人類原始的本能——視覺去取代“以國際 2 千克原器量值傳遞的器具衡量”。在上述的諸多因素影響下,產生較大的計量誤差也就在所難免了。

    實際上國內許多企業十分清楚這種計量方式的弊病。如長江沿線的諸多鋼鐵企業如:馬鞍山鋼鐵 公司、武漢鋼鐵公司、重慶鋼鐵公司等,其原燃料均依賴水運進廠。為確保計量的準確性、保護企 業自身的利益,均采取了許多規范“水尺計重”操作的措施:如成立了“水尺”計量班監督計量全 過程、卸船時登船測量燃油艙及壓水艙液位、與供方共同讀取水尺數據,以保證計量數據的真實可靠。 既然“水尺計重”如此不靠譜,為什么一直以來還在如此重要的的場合下應用著?究其原因:一 是因為散裝物料的運輸裝卸如使用軌道衡、汽車衡等非自動衡器稱量勢必增加作業環節,既費時、 又會增加成本;而可在裝卸轉運過程中同步稱重使用的皮帶秤,歷史上一直因準確度低、耐久性能 差等原因不能賦予重任。 皮帶秤屬于連續累計自動衡器,其稱重原理和使用環境的問題,使得其計量準確度低。其準確度 等級在國際法制計量組織國際建議(OIML R50-1997)中及皮帶秤國家標準(GB/T 7721-2007)中 其等級為 0.5 級,與貿易計量通常采用的非自動衡器的 III 級秤誤差要求有較大的差距。

    更為關 鍵的是實際使用中的皮帶秤難以長期穩定地保持 ±0.5% 的稱重誤差 , 使用中的誤差甚至高達 1 ~ 5%。 這些就是造成“水尺計重”長期占據散裝物料稱重市場的緣由所在。 隨著科學技術的發展,在國內外皮帶秤領域科研人員的努力下,皮帶秤技術有了長足的進步, 皮帶秤的精度和可靠性、穩定性都有了大幅度的提高。國外企業中有德國的申克、西門子、澳洲的 AST 等公司,國內的南京三埃、賽摩、三愛斯等企業都相繼研發出準確度高、穩定性好的產品并推 向市場。 國際法制計量組織在市場需求的促進及制造企業的建議下實時地對 OIML R50 進行了修訂,并 于 2015 年 3 月發布了新版的國際建議——R50-2014。

    新版的 R50 變化就是增加了 0.2 級準確度等級,新增了一些測試內容,對電磁兼容的測試 標準進行了升級,以適應 IEC 對電工產品電磁兼容測試的新要求。同時新版 R50 還對皮帶秤的耐久 性能提出了要求,以保證皮帶秤性能的穩定和稱重數據的可信度。

    國家標準化管理委員會隨之對 GB/T 7721-2007《連續累計自動衡器(皮帶秤)》標準進行了修訂, 新版的 GB/T 7721-2017 已于 2018 年 1 月發布,并將于 2018 年 7 月 1 日正式實施。GB/T 7721- 2017 標準的修改部分與 R50-2014 基本相同,在此不再贅述。 至此,皮帶秤用于大宗散裝物料高精度級(貿易)計量的條件已經具備。實際上國際國內高準確 度級別的皮帶秤產品已經問世多年,并已獲得廣大皮帶秤用戶的認可。 如南京三埃公司研發生產的 SA/ICS-ZL 陣列式皮帶秤已獲得全球首張依據 R50-2014 進行型式 評價的 0.2 級皮帶秤的《型評證書》以及國內首張 0.2 級皮帶秤的《計量器具制造許可證》,并已使 3 用在中國的鋼鐵、煤炭、建材、化工及港口行業的數十家用戶現場。 而今 OIML R50-2014、GB/T 7721-2017 相繼頒發,用于皮帶秤型式評價及周期檢定的檢定規 程 JJG-195 也即將發布,使得可用于高精度貿易級計量的皮帶秤,從型式批準到行政許可獲得法律 上的許可和支持。 因此高精度皮帶秤取代“水尺計重”已經成為現實。 事實上港口企業早已經認識到“水尺計重”所存在的問題,并為之進行過不懈的努力。如上海煤 炭港早就在在用的皮帶秤上下足功夫:在精心維護的基礎上,采用“雙秤互?!狈?,即在同一條皮 帶機上安裝兩臺皮帶秤,計量數據同步比對,一旦兩臺秤的計量數據發生偏差并超出允許范圍時, 即認定計量系統出現故障并予以檢查、校正處理。在港區技術人員及管理部門的共同努力下,上海 煤炭港一直以來都以皮帶秤的計量數據作為煤炭出入庫管理及貿易結算的依據。

     更有港口企業把推進“高準確度皮帶秤取代‘水尺計重’,用于港口大宗散狀物料計量”作為一 項重要的議題向有關部門申報。如江蘇的連云港港口集團聯合南京三埃工控股份有限公司,自 2016 年起連續兩年向交通部港口標準化技術委員會申報中華人民共和國交通部行業標準——《港口散裝 物料計量規范》。意圖以行業標準的形式規范港口碼頭散進散出的各類大宗散裝物料,在裝卸過程 中進行重量計量時采用的計量器具及相對應的允許誤差。

    該標準擬將散裝物料分為: 高價值物質,為關乎國計民生、企業經濟效益及國際貿易的黑色金屬礦砂、有色金屬礦砂、煤炭 及與節能環保密切相關的燃料等,其允差為 ±0.2%; 中等價值物質,為經濟價值稍低的水泥、化肥、鹽等,其允差為 ±0.5%; 低價值物料(如建筑用砂石等 ) 不適用該標準。 標準規定適用該標準的計量器具: 高價值物質為符合允差≤ ±0.2% 的 0.2 級連續累計自動衡器(皮帶秤)和 0.2 級非連續累計自動 衡器(累計料斗秤); 中等價值物質為符合允差≤ ±0.5% 的 0.5 級連續累計自動衡器(皮帶秤)和 0.5 級非連續累計自 動衡器(累計料斗秤); 為保證皮帶秤具有足夠好的耐久性能,確保皮帶秤在一個完整的檢定周期內都能保持標稱準確度 指標。該標準要求用于稱量高價值物質的 0.2 級皮帶秤必須經過耐久性能測試并合格,方可準入使用, 并對耐久性能的測試方法也作出規定。

    關于皮帶秤的耐久性能,R50 在通用要求一章中提出以下要求:對于預期用途的皮帶秤應長久滿 足在額定運行條件下和有干擾時的各項要求,即:電子皮帶秤的設計和制造應令其 4 ⑴在額定運行條件下,不超出允許誤差; ⑵在接觸到干擾時不發生顯著增差或能夠檢測出顯著增差并對其作出反應,并應當長期得到滿足。

    雖然 OIML 認為皮帶秤增加耐久性能測試十分必要,但 R50 中對測試形式、內容并沒有作出具 體的規定。在修訂 R50 的過程中參與修改的各國專家一致認為皮帶秤增加耐久性能測試十分必要, 但對具體的測試形式、內容有較大分歧,未能形成一致意見。因此 OIML 鼓勵各國進行耐久性測試 方法的進一步研究、根據不同的法律制訂保證耐久性試驗的方法。

    該標準采用南京三埃公司企業標準中的“模擬惡劣工況的耐久性能測試方法”。南京三埃在本公 司產品陣列皮帶秤的企業標準中,規定了用“模擬惡劣工況條件下的物料試驗”來考核其耐久性。 除了要求在額定操作條件下,其性能符合標準 0.2 級檢定時的準確度指標 ( 誤差≤ ±0.1%) 之外;還 要求其在模擬皮帶張力變化、流量中途變更甚至斷流、輥軌準直性破壞、托輥沾料、托輥堵轉等惡 劣工況條件下,其自動稱量誤差不大于 0.2 級使用中檢驗時的標準指標 (±0.2%)。 該試驗方法測試的是皮帶秤在惡劣的工況下是否能符合標稱準確度的要求,其指導思想是用提高 試驗嚴酷度的方法替代時間變化對皮帶秤準確度的影響。

    在國際電工委員會的各種技術標準中,短時高嚴酷度試驗是耐久性試驗的普遍原則。IEC 制定了 數以百計的環境試驗方法作為對電工電子產品耐久性的評判依據,這些方法多數屬于用較短時間的 高嚴酷度試驗來模擬長期的影響。例如,用幾十小時或幾天的高低溫或濕熱循環來模擬一年四季的 氣候變化;以各種頻率和加速度的振動、沖擊或跌落來模擬使用周期中可能出現的種種意外等等。 所以采用“模擬惡劣工況的耐久性能測試方法”作為對皮帶秤耐久性的評判是可行的,也是有據 可依的。

    有了國際建議、國家標準的護航,有諸多企業生產出適應散裝物料稱量的產品,有嚴苛的測試皮 帶秤耐久性能的測試規范,至此我們可以相信使用高精度皮帶秤取代“水尺計重”稱量散裝物料是 可以成為現實的。

    當然取代“水尺計重”之路任重而道遠。這需要國家層面以及國際相關組織的支持,需要計量技 術機構的大力監督和促進,更需要企業努力生產出更多更好的皮帶秤產品及廣大用戶的信任和支持, 我相信這一天是會到來的!

    【參考文獻】 1]OIML R50-2014 [2]中華人民共和國交通部行業標準 《港口散裝物料計量規范》(草案) 作者簡介: 陸勤生 高級工程師 第四屆全國衡器標準化委員會委員 第八屆中國衡器協會技術專家委員會委員

    文章來源:中國衡器網——作者:陸勤生 發表日期:2018年4月



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