雙盤式外浮頂浸沒高度對計量準確性的影響

/ 上海市計量測試技術研究院

0 引言

立式金屬罐是石油化工等液體產品貿易結算的計量器具。雙盤式外浮頂罐通常用于存儲諸如原油等有揮發(fā)性的油品，外浮頂隨著儲液水平上升或下降。相對于拱頂罐來說，油品沒有蒸發(fā)的空間。蒸發(fā)不僅造成了油品的損耗，同時又污染了環(huán)境。易燃介質與空氣混合比達到一定極限后容易產生閃爆。外浮頂罐浮盤起浮之后，由于受液體浮力的影響，如果計算不準確，浸沒的體積與對應的高度會存在一定的偏差，引起罐的容量表與實際情況有差異，影響計量準確度。因此，浮盤浸沒高度的計算對容積表的編制和使用具有十分積極的作用。

1 雙盤式外浮頂罐

1.1 雙盤式外浮頂?shù)慕Y構

雙盤式外浮頂罐廣泛應用在容積100 000 m3的原油儲罐中。浮盤由鋼板焊接而成。從結構設計的角度來看，由上盤板、下盤板和船艙邊緣板所組成，由徑向隔板和環(huán)向隔板隔成若干獨立的環(huán)形艙。外浮頂罐上端是敞開的，不再另設頂蓋。浮頂?shù)捻敯逯苯优c大氣接觸。外浮頂下端因安全需求和檢修需要，設計了配套設備。

1）排水管：外浮頂罐的浮頂直接暴露于大氣中，落在浮頂上的雨雪不及時排除就有可能造成浮頂沉沒。排水管就是為了及時排放匯集于浮頂上的雨水而設置的。排水管上端和集水坑相連，下端和通向罐外的排水閥相連。浮頂上的雨水，集中于集水坑，通過排水管，排向罐外而不污染油品。

2）浮頂立柱：浮頂下設有管式支柱，環(huán)向分布安裝于浮頂下部。浮頂立柱的作用，一是避免液面較低時浮船與罐內的加熱盤管等附件相撞，二是為了檢修時支撐浮頂，當浮頂降到最低位置時有足夠的空間。

1.2 雙盤式外浮頂通常的計算方法

由立式金屬罐容量檢定規(guī)程（JJG 168-2005）附錄D可知：

雙盤式外浮頂?shù)挠嬎惴譃椋?/p>

（1）浸沒深度計算

（2）浸沒體積計算

（3）浮頂質量計算

（4）浮頂起止點計算

外浮頂受液體浮力的影響，有一定的浸沒高度。浸沒高度的測量準確與否直接影響容量計量的準確度。但檢定規(guī)程對于外浮頂浸沒高度的測量方法和浸沒高度的計算方法介紹并不詳細。

2 雙盤式外浮頂測量（幾何測量法）

結合實際的工作經驗，提出了雙盤式外浮頂?shù)臏y量方法，可以較方便、準確地通過幾何測量的方法計算出浮頂?shù)慕]高度。

2.1 測量方法

圖1為雙盤式外浮頂測量示意圖，把雙盤式外浮頂看成近似于圓錐體V錐（反圓錐體V反錐）與圓柱體V柱的組合，下端有隨浮頂一起移動的附件V附加。

1）采用容量比較法測量浮頂質量或竣工圖紙標注的浮頂質量M。

2）實際使用時，液體的平均密度ρ。

3）將浮頂下端周長分成八等份，在此八個半徑方向上，用水準儀逐次測量出浮頂外沿和中心的倒尺標高，浮頂外沿八個數(shù)據(jù)取平均值，與中心倒尺相比較，最小值作為浮頂最低點，與計量基準點的標高之和，作為浮頂最低點的高度H起。

（1）如果浮頂中心位置為最低點，則浮頂下端近似是由圓錐與圓柱的的形狀組成V錐。

（2）如果浮頂外沿位置為最低點，則浮頂下端近似是由反圓錐與圓柱的形狀組成V反錐。

4）測量浮船距離罐壁的間距L1

5）測量能隨浮頂移動的附件體積，例如（集水坑，移動排水管，浮頂立柱，平衡錘支架等）V附加

2.2 計算方法

1）浸沒體積計算

式中：M—— 浮頂?shù)馁|量；

ρ—— 罐內液體的密度

式中：V附加—— 隨浮頂移動的附件體積之和；

V錐(V反錐) —— 浮頂圓錐（反圓錐）部分的體積

式中：V柱—— 受浮力影響，浮頂圓柱部分還需要浸沒的體積

式中：S浮頂—— 浮頂?shù)谋砻娣e

2）浮頂止點計算

圖1 雙盤式外浮頂測量示意圖

2.3 實例

以廣西某罐區(qū)TK-1A-13號100 000 m3雙盤式外浮頂罐為例。浮盤質量M= 427 744 kg，ρ= 0.86 g/cm3。

通過測量得：第一圈板內半徑R1= 40 002 mm,浮盤距罐壁的間距δ= 241 mm,浮盤中心為最低點，起點高度為1 760 mm，浮盤外沿高度為1 811 mm，V附加= 2 551 L。

通過計算得：

浮盤起點高為1 760 mm。通過幾何測量計算得到浮盤的浸沒高度為184 mm，則浮盤起止點（1 760～ 1 944 mm）。

按照檢定規(guī)程要求，檢定結果及說明頁上與浮頂有關的說明為：

1）液位高度在 1.760～1.944 m時不得作為計量的依據(jù)。

2）浮頂質量M= 427 744 kg。當液位高度在1.944 m以上進行油量計算時，如果按體積計算，則應從標準體積中扣除浮頂浸沒于液體的體積V浸=M/(ρ20-0.001 1)。如果按表觀質量計算，應從表觀質量中扣除浮頂質量M。

由此可知，浮盤的起點高度為1.760 m，浮盤的止點高度為1.944 m。

3 結語

雙盤式外浮頂受液體浮力的影響，浮頂會有浸沒的深度，檢定結果說明頁中需給出浮頂?shù)慕]起止點，在浸沒區(qū)間內不得作為計量的依據(jù)。浮頂浸沒起止點的確認會直接影響到罐容量的計量準確度。以100 000 m3罐為例，罐的總高大概為20 m，則每1 mm高度對應的容量為5 m3。如果浸沒區(qū)間給得過小，則與實際情況不符，造成偏差。如果浸沒區(qū)間給得過大，則不得作為計量依據(jù)的區(qū)間過大，影響客戶的使用。因此，浮盤浸沒高度的計算對容量表的編制和使用具有十分積極的作用。