臥式儲罐液位與液體體積的關系

孫孟洋，曹增力

（1 遼寧大唐國際阜新煤制天然氣有限責任公司，遼寧阜新123000；2 遼寧省煤制天然氣工程技術研究中心，遼寧阜新123000；3 遼寧省煤制天然氣工程研究中心，遼寧阜新123000；4 遼寧大唐國際阜新煤制天然氣有限責任公司企業博士后科研基地，遼寧阜新123000）

臥式儲罐由于高度低、易于清洗、易于維護、操作簡單等諸多優點，在工業生產中有著大量應用。尤其是水處理工業中的酸、堿儲罐，以臥式罐居多。但是在生產操作中，由于臥式儲罐的自身限制，儲罐內液位高度和剩余液體量成非線性正相關。因此，難以從液位變化直接判斷出儲罐內剩余溶液量的變化。

若能夠較為準確描述臥式儲罐內溶液的體積，便能較為準確對其中存留溶液的體積和質量進行描述，為生產用量提供依據。如用堿對纖維束和沸石反洗時，需要要控制反洗水的p H值為11左右，需要準確把握濃堿液的投加體積［1］。建立合理的模型對臥式儲罐中溶液體積進行描述，在實際生產中意義重大。

1 理論分析

臥式儲罐基本結構如圖1［2］。

圖1 臥式儲罐圖

酸、堿臥式儲罐一般在端面設置磁翻板液位計，本文通過建立模型，對液位計讀數和儲罐內剩余液體體積進行定量分析，并建立相應公式，通過理論分析和實際操作進行對照，分析液位和剩余溶液量的關系。

由于臥式儲罐筒體長度遠大于封頭部分的長度，在建立模型時，將儲罐簡化為圓柱體進行分析；臥式儲罐水平布置，則液體體積和液體截面面積線性正相關［3］。堿罐液位見圖2。

圖2 堿罐液位示意圖 （從端面看）

由圖2可見，儲罐內半徑R，液位計零讀數距筒體內壁底面距離為h0，設液面距儲罐中心為h，對應∠AOC角度為α，二者關系如式 （1）、式（2）。

在計算出ABED的面積后即可計算出儲罐中的堿液體積。

儲罐長度為L，當實際液位高于儲罐中心時，儲罐內液位計讀數H1和堿液體積V1可通過式（7）得出如下。

當實際液位低于儲罐中心時，儲罐內液位計讀數H1和儲罐內堿液體積V2

2 實際應用

某工廠水處理車間堿液儲罐為玻璃鋼臥式儲罐，內儲存40%NaOH溶液。堿液靠重力流進入待堿洗的過濾器，過濾器一次堿洗需進NaOH溶液200 kg。儲罐設液位計為磁翻板液位計，具體如圖3。

圖3 堿罐基本尺寸示意圖

堿液儲罐外徑φ2000，壁厚δ20 mm，內徑φ1960 mm，儲罐長度為4000 mm。液位計讀數零點距儲罐內壁底端距離為280 mm，量程1400 mm，精度為10 mm。

則對應上述公式：

則可計算出液位計讀數和罐內堿液體積的關系，見表1。

表1 液位計讀數和堿液體積對應關系表

該車間用的40%NaOH溶液密度為1.33 kg／L，因此可計算得出液位差和堿液量變化的關系。

表2 位計讀數和堿液質量對應關系表

3 結 論

通過上文分析，可以通過建立數據表形式一一列出液位計讀數和剩余堿液的質量關系，在操作時通過簡單計算便可知道需要消耗堿液對應的液位下降值，便于實際生產操作。經實際比對，這樣可以將誤差控制在5%以內。

經過上述計算和分析，可以得出液位計讀數和剩余堿液質量的對應關系，但此計算模型有一定局限。

（1）理論模型計算和實際有一定誤差，此誤差不能通過系數進行修正，但此誤差不大于4.5%；

（2）由于磁翻板液位計在使用中的誤差和觀察角度不同，也會帶來一定的誤差；

（3）由于磁翻板液位計精度問題，很多時候液位變化前后不能讀出準確刻度，需要一定的經驗進行估讀。

因此，通過建立數據對應表的方法進行堿液用量計算，可以用于堿液稀釋后進行過濾器沖洗，樹脂再生［6］等對p H值要求不嚴工序。如果對p H值精度要求較高，最好采用出口計量泵或流量變送器等精度較高的儀器［7］。

［1］ 張林生.水的深度處理與回用技術 ［M］.北京：化學工業出版社，2004.

［2］郭立功.儲罐計量［M］.北京：中國計量出版社，2010.

［3］ 張小青，朱光，侯妙樂，等.基于四面體的不規則表面文物體積計算［J］.測繪通報，2011，（10）：50－52.

［4］ 司書紅，華楓，武君.側臥直圓筒 （兩端為球冠）油罐體內高度與體積關系研究［J］.自動化與儀器儀表，2011（04）：182－183.

［5］ 同濟大學數學系.高等數學 ［M］.北京：高等教育出版社，2007.

［6］ 宋業林.新編化學水處理技術問答 ［M］.北京：中國石化出版社，2010.

［7］ 厲玉鳴.化工儀表及自動化 ［M］.北京：化學工業出版社，2006.