儲(chǔ)油罐設(shè)計(jì)儲(chǔ)存液位高度的計(jì)算

楊 梅，楊智超，李鳳緒，王成林

（中國(guó)石油集團(tuán)工程設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司華北分公司，河北 任丘 062550）

儲(chǔ)油罐設(shè)計(jì)儲(chǔ)存液位高度的計(jì)算

楊 梅，楊智超，李鳳緒，王成林

（中國(guó)石油集團(tuán)工程設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司華北分公司，河北 任丘 062550）

出于生產(chǎn)安全及經(jīng)濟(jì)安全的目的，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求，需為儲(chǔ)油罐設(shè)置液位保護(hù)或報(bào)警，滿足儲(chǔ)罐收發(fā)油作業(yè)安全平穩(wěn)進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的關(guān)鍵在于準(zhǔn)確設(shè)定儲(chǔ)罐的高、低液位報(bào)警高度。為設(shè)計(jì)儲(chǔ)罐的儲(chǔ)存液位，系統(tǒng)整理了固定頂罐和浮頂罐高、低液位的計(jì)算方法，利用積分和迭代算法詳細(xì)論證了臥式罐單位時(shí)間內(nèi)最大進(jìn)/出液折算高度，進(jìn)而計(jì)算臥式罐設(shè)計(jì)儲(chǔ)存液位高度值，并以某油庫(kù)現(xiàn)場(chǎng)臥式罐為例將計(jì)算值與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)定參數(shù)進(jìn)行比較。結(jié)果表明，計(jì)算所得臥式罐高、低液位報(bào)警高度與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行情況相符。

儲(chǔ)油罐；儲(chǔ)存液位；液位報(bào)警；臥式罐

未安裝極限液位自動(dòng)報(bào)警裝置的儲(chǔ)油罐在正常生產(chǎn)時(shí)，當(dāng)班工人必須隨時(shí)監(jiān)視罐內(nèi)油面的高度。從一些油罐出現(xiàn)的“冒頂”苗頭和已經(jīng)發(fā)生的“冒頂”事故看，單純靠人工用眼監(jiān)視液位的辦法是不太可靠的[1,2]。

《石油庫(kù)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50074-2002[3]中第6.0.14條規(guī)定：“地上立式油罐應(yīng)設(shè)液位計(jì)和高液位報(bào)警器。頻繁操作的油罐宜設(shè)自動(dòng)聯(lián)鎖切斷進(jìn)油裝置。等于和大于50 000 m3的油罐尚應(yīng)設(shè)自動(dòng)聯(lián)鎖切斷進(jìn)油裝置。”

《易燃易爆罐區(qū)安全監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)驗(yàn)收技術(shù)要求》GB 17681-1999[4]中第5.5條規(guī)定：“液體儲(chǔ)罐必須配置液位檢測(cè)儀表，同一儲(chǔ)罐至少配備兩種不同類別的液位檢測(cè)儀表。儲(chǔ)存易燃易爆介質(zhì)的儲(chǔ)罐，應(yīng)配備高、低液位報(bào)警回路，必要時(shí)還應(yīng)配有液位與相關(guān)工藝參數(shù)之間的聯(lián)鎖系統(tǒng)?！?/p>

儲(chǔ)罐設(shè)置液位保護(hù)或報(bào)警主要是出于生產(chǎn)安全及經(jīng)濟(jì)安全的目的，是為了輔助裝置、系統(tǒng)平穩(wěn)操作、減輕體力勞動(dòng)、提高裝置自動(dòng)化水平、減少因?yàn)槿藶橐蛩卦斐膳芰?、抽空等意外事故發(fā)生的一種手段。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求，任何儲(chǔ)罐都要設(shè)置液位報(bào)警，用泵向外抽料的儲(chǔ)罐不光要設(shè)置低液位報(bào)警，還要設(shè)置低液位聯(lián)鎖停泵或關(guān)閥，以免抽空；從高壓向低壓系統(tǒng)送料的儲(chǔ)罐應(yīng)該設(shè)置高液位報(bào)警，以免發(fā)生超壓。

綜上所述，在實(shí)際設(shè)計(jì)工作中，必須明確儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)儲(chǔ)存液位高度，通過(guò)高、低液位報(bào)警及聯(lián)鎖設(shè)置，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)罐收發(fā)油作業(yè)安全平穩(wěn)進(jìn)行。下面將列出三類儲(chǔ)罐的高、低液位報(bào)警高度計(jì)算方法。

1 固定頂罐設(shè)計(jì)液位計(jì)算

1.1 高液位報(bào)警高度計(jì)算

固定頂罐的設(shè)計(jì)高液位宜按公式（1）計(jì)算[5]：

式中：

h1—油罐高液位報(bào)警高度，m；

H—油罐罐壁高度，m；

h2—泡沫管開(kāi)口下端至罐壁頂端高度，m；

h3—10～15min內(nèi)油罐最大進(jìn)液量的折算液位高度，m；

h4—安全余量，可取0.3 m。

1.2 低液位報(bào)警高度計(jì)算

固定頂罐的設(shè)計(jì)低液位宜按公式（2）計(jì)算：

式中：

h6—油罐低液位報(bào)警高度，m；

h7—10～15 min內(nèi)油罐最大出液量的折算液位高度，m；

h8—油罐出口管頂端據(jù)罐底高度，m；

h9—渦流高度，m。

此外，當(dāng)罐內(nèi)有加熱器時(shí)，h6還應(yīng)高出加熱器150 mm。罐內(nèi)出油管宜設(shè)防渦流措施。

2 浮頂罐設(shè)計(jì)液位計(jì)算

2.1 高液位報(bào)警高度計(jì)算

浮頂罐、內(nèi)浮頂罐的設(shè)計(jì)高液位宜按公式（3）計(jì)算[5]：

式中：

h1—油罐高液位報(bào)警高度，m；

h3—10～15min內(nèi)油罐最大進(jìn)液量的折算液位高度，m；

h4—安全余量，可取0.3 m；

h5—浮盤(pán)底面最大設(shè)計(jì)高度，m。

2.2 低液位報(bào)警高度計(jì)算

對(duì)于內(nèi)浮頂罐，油罐低液位報(bào)警高度應(yīng)大于浮盤(pán)最低高度。內(nèi)浮頂油罐的低液位報(bào)警高度按公式（4）計(jì)算。

式中：

h6—油罐低液位報(bào)警高度，m；

h7—10～15 min內(nèi)油罐最大出液量的折算液位高度，m；

h10—油罐浮盤(pán)最低高度，m。

3 臥式罐設(shè)計(jì)液位計(jì)算

3.1 計(jì)算參數(shù)的確定

計(jì)算臥式罐高、低液位的關(guān)鍵是算出10～15 min內(nèi)油罐最大進(jìn)/出液量的折算液位高度h。

臥式圓柱形貯槽，實(shí)質(zhì)上是由主體為圓柱形和兩端為封頭的兩種幾何體組合而成。其主體圓柱形容積的計(jì)算公式推導(dǎo)過(guò)程如下[6]。

3.1.1 主體圓柱形容積計(jì)算方法

選取坐標(biāo)如圖1，運(yùn)算中的符號(hào)如圖1所示。

圖1 臥式罐示意圖Fig.1 Horizontal tank sketch

用平行于y軸的直線把圓截面無(wú)限細(xì)分，在微分區(qū)間[x，x+dx]上，即有斜線部分的面積積分，dS=2MPgdx

因而，圓柱體斜線部分的體積

那么，對(duì)圓柱體內(nèi)h高的貯量積分：

利用換元積分法可得：

3.1.2 封頭容積計(jì)算公式

把兩端封頭（不包括直邊長(zhǎng)度）合并起來(lái)就是一個(gè)橢球體，其容積的計(jì)算也可以通過(guò)積分推導(dǎo)出來(lái)。為減少篇幅，把手冊(cè)[7]中的公式作為計(jì)算依據(jù)。

橢圓封頭的計(jì)算公式：

3.1.3 折算液位高度計(jì)算

臥式罐進(jìn)/出液高度為h時(shí)，罐體容積：

利用Visual Basic編制計(jì)算機(jī)程序，Do語(yǔ)言迭代計(jì)算液位高度h，計(jì)算代碼如下：

3.2 計(jì)算實(shí)例

某油庫(kù)汽、柴油排污臥式罐基本參數(shù)見(jiàn)表1。

根據(jù)計(jì)算機(jī)程序，計(jì)算得當(dāng)進(jìn)/出液時(shí)間為10 min時(shí)的液位高度h=370 mm。

高液位報(bào)警高度=D-h-h4=2.6-0.37-0.3=1.93 m；低液位報(bào)警高度=h+h4=0.37+0.3=0.67 m。

表1 某油庫(kù)臥式排污罐參數(shù)Table 1 Parameters of a horizontal blow-down tank in an oil deport

4 結(jié) 論

為設(shè)計(jì)儲(chǔ)罐儲(chǔ)存液位高度，實(shí)現(xiàn)高、低液位報(bào)警，系統(tǒng)整理了固定頂罐和浮頂罐高、低液位的計(jì)算方法，詳細(xì)論證了臥式罐設(shè)計(jì)儲(chǔ)存液位高度的計(jì)算過(guò)程，并以某油庫(kù)現(xiàn)場(chǎng)臥式罐為例將計(jì)算值與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)定參數(shù)進(jìn)行比較。計(jì)算結(jié)果表明：直徑2.6 m，筒體長(zhǎng)8.5 m的50 m3臥式罐10 min的進(jìn)/出液位高度為0.37 m，其高液位報(bào)警高度為1.93 m，低液位報(bào)警高度為0.67 m，計(jì)算所得高、低液位報(bào)警高度與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行情況相符。

［1］李學(xué)恕, 錢煒. 浮頂儲(chǔ)油罐液位報(bào)警器[J]. 油氣儲(chǔ)運(yùn), 1988, 7(2): 31.

［2］仰成, 朱成立, 鄧琴. 卸油罐浮漂液位計(jì)的改造[J]. 油氣田地面工程, 2012, 31(4): 68.

［3］GB 50074-2002, 石油庫(kù)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

［4］GB 17681-1999, 易燃易爆罐區(qū)安全監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)驗(yàn)收技術(shù)要求[S].

［5］SHT3007-2007, 石油化工儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)罐區(qū)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

［6］劉顯馳. 臥式圓柱形貯槽體積的簡(jiǎn)便計(jì)算法[J]. 石油化工, 1984, 13(1): 43-46.

［7］《化工設(shè)備設(shè)計(jì)手冊(cè)》編寫(xiě)組. 材料與零部件（中）[M]. 上海:上海人民出版社, 1973：27.

Calculation of Liquid Level Height in Design of Oil Tank

YANG Mei，YANG Zhi-chao，LI Feng-xu，WANG Cheng-lin
（China Petroleum Engineering Co.,Ltd. Huabei Branch, Hebei Renqiu 062550，China）

For the purpose of production safety and economic safety, according to the requirement of the standard and specification, setting liquid level protection and alarm for oil tanks is required to make the operation of sending and receiving oil of the oil tank safe and stable. The key to achieve this goal is to accurately set the high and low height of liquid level alarm. In order to design the storage level of an oil tank, the calculation methods of high and low liquid level of fixed roof tanks and floating roof tanks were reviewed systematically, the maximum reduced height when oil flowed into/out a horizontal oil tank per unit interval was demonstrated by integral and iterative algorithm, and then the height of storage level in the horizontal oil tank was calculated. Taking a horizontal tank of oil deport as an example, the calculation result was compared with on-site set parameters. The results show that the calculated height of high and low liquid level alarm of a horizontal tank is compatible with the on-site operation condition.

Oil tank; Storage level; Level alarm; Horizontal tank

TQ 051

： A

： 1671-0460（2015）02-0405-03

2014-09-09

楊梅（1988-），女，河北任丘人，碩士，2013年碩士畢業(yè)于西南石油大學(xué)油氣儲(chǔ)運(yùn)專業(yè)，現(xiàn)從事工藝設(shè)計(jì)工作。E-mail：yangmm653@163.com。