排污罐排污量便捷計算的研究與應用

遲百川，李明丹，屈大鵬，張勇，沈衛凱，宿彥通

(中國石油化工股份有限公司 天然氣榆濟管道分公司，山東 濟南 250101)

排污罐排污量便捷計算的研究與應用

遲百川，李明丹，屈大鵬，張勇，沈衛凱，宿彥通

(中國石油化工股份有限公司 天然氣榆濟管道分公司，山東 濟南 250101)

為降低管道排污罐風險隱患及運行成本，提高生產便利度，建立新的數學模型及計算公式。經理論和實際驗證，該計算方式更加符合現場的實際需求，同時借助VS編程軟件，做出可視化界面，使得排污量的計算方便快捷，很好地解決了排污罐在實際生產運行中存在的問題。

排污罐 容積計算 模型 可視化界面

在石化生產中，常使用橢圓形封頭儲槽儲存物料，但沒有具體的計算公式來確定容積與液位的對應關系，這既對設備的運行造成不便，也存在一定的危險隱患[1-2]。某管道公司的排污罐作為橢圓形封頭儲槽的一種[3]，主要用于收集站內過濾設備[4]排出的粉塵和殘液，待到達一定液位后裝車處理。雖然儲槽上裝有液位計，卻只能粗略計算液位與容積的對應關系，這對日常生產帶來了很大不便，并伴有一定的安全風險。

因此，本文對以上問題展開研究。首先建立模型并進行數學推導，得出臥式橢圓形封頭儲槽容積與液位對應關系；然后根據排污罐的具體參數得出計算公式，并與原有的計算方式進行對比，確定出更適合的計算方式；借助VS編程軟件[5 - 6]，做出可視化界面，使得場站排污量計算更加簡潔方便。

1 橢圓形封頭儲槽計算公式推導

臥式橢圓形封頭儲槽結構如圖1所示，假設儲槽筒體直徑為2R，曲邊高度為H，直筒長度為L，液位高度為h。陰影部分表示液位高度為h時所對應的容積V。

圖1 臥式橢圓形封頭儲槽結構示意

為便于公式推導，可將圖1拆分成2個容器： 1個是半徑為R，筒體長度為L的臥式平封頭容器，如圖2所示；1個是半徑為R，曲邊高度為H的橢球體，如圖3所示[1]。

圖2 平封頭儲槽 結構示意

圖3 橢球體 結構示意

1.1 臥式平封頭儲槽容積與液位的關系

臥式平封頭儲槽容積與液位的關系，可分兩種情況進行推導： 當hR時，平封頭儲槽截面如圖4b)所示。通過計算可得出臥式平封頭儲槽容積V1與液位高度h的對應關系為

V1=L{R2[π/2+arcsin((h-R)/R)]+

(1)

圖4 平封頭儲槽截面示意

1.2 橢球體容積與液位的關系

圖5 橢球體剖面示意

πHh(2R-h)/R

(2)

因此，當液位高度為h時，橢圓體內物料容積V2為

[(Rh2-h3/3)πH]/R

(3)

則臥式帶橢圓形封頭儲槽容積V與h的關系可表示為

V=V1+V2=L{R2[π/2+arcsin((h-R)/h)]+

(4)

2 排污罐計算實例

該管道公司的排污罐為φ1 600mm×4 362mm的臥式橢圓形封頭儲槽，橢圓形封頭曲邊高度H=0.40 m；儲槽半徑R=0.80 m；直筒長度L=3.55 m。該排污罐屬于一類壓力容器[7-8]，并且其頂部裝有先導式安全閥[9 -10]，起跳壓力為0.48 MPa。

2.1 改造前后兩種計算方式的比較

將具體參數帶入式(4)中，則改造后排污罐容積V與液位h關系可表示為

(5)

而改造前的排污罐容積計算方式為

V=V總h/H總

(6)

式中：V總——排污罐總體積，V總=8.2 m3；H總——排污罐總高度，H總=1.6 m;當0.3m≤h≤1.3 m時，對兩種計算方式進行比較，如圖6所示。

圖6 排污罐改造前后兩種計算方式比較示意

從圖6可以看出： 當h=0.80 m時，兩種計算方式的結果相同；但當h<0.80 m時，改造前相對應的數值高于改造后的數值；當h>0.80 m時，改造前相對應的數值低于改造后的數值。這主要是由于排污罐是1個橢圓形的封頭儲槽，表明改造后的容積計算更加精確，更適合場站的實際需要。

2.2 基于Visual Studio的排污量計算

為提高場站的科學化管理水平，確保排污量的計算簡潔方便、準確無誤，本文借助VS編程軟件，并基于式(5)進行可視化編程，流程如圖7所示。為避免液位輸入其他字符，需對輸入進行判斷，確定是否為阿拉伯數字。

圖7 計算排污量編寫程序流程示意

同時，在編程環境里，可對界面的各個參數進行調節，也可更改內部公式，使其適用于各種橢圓形封頭儲槽，確保程序的靈活性更高，可擴展性更好。圖8為實際運用過程中的界面，輸入起始及最終液位，便可得到對應的體積及排污量。經實際驗證，該軟件運行平穩可靠，其計算出的結果完全滿足實際要求。

圖8 排污量計算可視化界面示意

3 結束語

作為生產過程中不可或缺的設備之一，排污罐在石化行業生產中的作用至關重要。筆者對某管道公司的排污罐展開研究，將原有排污量的計算方式進行改進，并借助VS編程軟件，開發出了可視化界面，解決了場站排污量無法精確計算的問題，

降低了排污罐在生產過程中存在的風險及成本，提高了場站的科學化管理水平。

[1] 李永昌.如何計算臥式橢圓形封頭儲槽給定液位的物料體積[J].浙江化工，2008，39(01)： 26-27.

[2] 高永寶.臥式橢圓形封頭儲槽計量容積的計算[J].氯堿工業，2001(02)： 39-40.

[3] 史博會，全愷，喬國春，等.榆濟輸氣管道水合物冰堵防治措施[J].油氣儲運，2014，33(03)： 274-278.

[4] 姬忠禮.天然氣輸送用過濾分離設備性能測定與分析[J].中國石油大學學報(自然科學版)，2013，37(05)： 145-150.

[5] 高璐，馬玉志.淺談Microsoft Visual Studio 2010新特性[J].黑龍江科技信息，2010(32)： 96.

[6] 冉林倉.Visual Studio十年磨一劍[J].程序員，2007(05)： 120-123.

[7] 鄭津洋，吳琳琳，壽比南，等.《固定式壓力容器安全技術監察規程》壓力容器分類[J].壓力容器，2009，26(05)： 1-5.

[8] 陳學東，崔軍，章小滸，等.我國壓力容器設計、制造和維護十年回顧與展望[J].壓力容器，2012，29(12)： 1-23.

[9] 方學鋒，蔡文生.先導式安全閥動作原理及應用失效分析[J].化工機械，2010(04)： 493-495.

[10] 張衡，陳紅燕.先導式安全閥在輸氣站場中的選型應用[J].管道技術與設備，2013(04)： 35-36.

遲百川(1990—)，男，遼寧本溪人，2015年畢業于遼寧石油化工大學控制理論與控制工程專業，獲碩士學位，現就職于中石化天然氣榆濟管道分公司，從事石油天然氣儀表、控制系統的設計研究工作，任助理工程師。

TP277.2

B

1007-7324(2017)03-0067-03

稿件收到日期： 2017-01-17，修改稿收到日期： 2017-03-06。