立式儲罐進口流速的控制

朱赫 大慶油田設計院大慶油田儲運銷售分公司

立式儲罐進口流速的控制

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根據(jù)儲罐進口流速的控制要求，收油時，初始流速一般限制在1m/s以內(nèi)；輕質(zhì)油品油罐入口流速應小于4m/s；任何情況下不應超過7m/s。從儲罐切換瞬間流速分析、計算結果可以看出，兩座切換的儲罐液位差達到一定高度時，若不采取有效措施，切換瞬間必然會發(fā)生超流速。若儲罐進出口管路設計流向單一，可設置單向閥避免液體倒流；若儲罐進出口管路設計為雙流向，可通過調(diào)節(jié)閥門的中間閥位的開度或角度來滿足儲罐進口流速要求。

儲罐；油品；超流速；收油

1 儲罐進口流速要求

目前立式油品儲罐罐前操作閥一般設計為控制開關閥，儲罐收油自動切換規(guī)則為：當收油儲罐達到高液位后，收油自動切換到低液位儲罐，要求低液位儲罐罐前操作閥全開后，再關閉高液位儲罐罐前操作閥。而油品切換瞬間，在滿足一定的液位差條件時，儲罐收油管路會出現(xiàn)超流速。流速過大，可能造成靜電積聚，易引起爆炸。若儲罐為浮頂罐，流速過大還會對浮盤造成沖擊，使浮盤傾斜，出現(xiàn)卡罐的情況。

根據(jù)儲罐進口流速的控制要求，查閱國內(nèi)外相關安全和防靜電規(guī)程及技術規(guī)范，得出如下結論：收油時，初始流速一般限制在1m/s以內(nèi)；輕質(zhì)油品油罐入口流速應小于4m/s；任何情況下不應超過7m/s。本文著重討論如何避免儲罐進口超流速，將流速控制在4m/s以下。

2 收油切換過程超流速的分析

流體總是從水頭較高側流向較低側。假定2座10×104m3儲罐存在3m的液位差，且處于連通狀態(tài)，連通管規(guī)格為?813mm×10mm，在沒有其他外加能量的作用下，由于位能的作用，高液位儲罐部分流體將自壓至低液位儲罐，自壓瞬間的流量可通過伯努利方程進行計算，對于不可壓縮流體，公式如下

式中W為通過流體輸送機械所獲得的外加能量（J/kg）；Z為位能（m）；u為流速（m/s）；p為系統(tǒng)壓力（N/m2）；hf為摩擦損失（J/kg）。

由于2座儲罐為常壓罐，即p同為大氣壓，同時忽略摩擦損失hf，且不存在外加能量W，伯努利方程可簡化為

在不考慮摩擦損失，液位差為3m的情況下，計算流速u達到7.67m/s，通過管道截面積的自壓流量約13600m3/h。

通過上述分析，儲罐收油切換瞬間，在克服摩擦損失后，當剩余高差達到一定的數(shù)值時，收油進口就會超流速。

3 避免儲罐進口超流速的措施

在入口管道規(guī)格確定的情況下，當管路水力損失達到一定數(shù)值，即可避免儲油罐收油切換瞬間超流速，理論上可采取以下3種措施：

（1）增加罐前入口管線長度。10×104m3儲油罐罐前進出口管路需設計自然補償以滿足管路的柔性要求。因此在有限的占地面積條件下，人為地增加管路的長度會較大幅增大柔性設計和配管設計的難度。

（2）增加單向閥。當罐前入口管線為單一收油功能，即流向單一時，罐前管線可設置單向閥，徹底避免高液位儲罐流體由于位差自壓至低液位儲罐。

（3）調(diào)節(jié)操作閥的開度。通過調(diào)節(jié)操作閥的開度，以增大摩阻達到控制流速的目的。

以下著重討論操作閥開度調(diào)節(jié)的要求。簡化后儲罐收油工藝流程示意見圖1，假定操作閥為閘閥。不考慮圖中所有管路（操作閥B除外）的局部摩阻，操作閥B的水力損失可按達西公式的變形式進行計算，不同流量、不同閥門開度條件下的儲罐進口瞬間流速計算結果見表1。

圖1 簡化后儲罐收油工藝流程

表1 儲罐TK—02進口瞬間收油量和流速

根據(jù)表1的計算結果，調(diào)節(jié)操作閥的開度可有效避免超流速。在儲罐切換操作時，將操作閘閥B的中間閥位設置到1/4即滿足流速要求。若操作閥為蝶閥，進行同樣的計算，切換操作時，將操作蝶閥B的角度設置到50°即可。

4 結語

從儲罐切換瞬間流速分析、計算結果可以看出，兩座切換的儲罐液位差達到一定高度時，若不采取有效措施，切換瞬間必然會發(fā)生超流速。若儲罐進出口管路設計流向單一，可設置單向閥避免液體倒流；若儲罐進出口管路設計為雙流向，可通過調(diào)節(jié)閥門的中間閥位的開度或角度來滿足儲罐進口流速要求。

（欄目主持 關梅君）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.10.054