立式儲(chǔ)罐進(jìn)口流速的控制

朱赫 大慶油田設(shè)計(jì)院大慶油田儲(chǔ)運(yùn)銷售分公司

立式儲(chǔ)罐進(jìn)口流速的控制

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根據(jù)儲(chǔ)罐進(jìn)口流速的控制要求，收油時(shí)，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(yīng)小于4m/s；任何情況下不應(yīng)超過(guò)7m/s。從儲(chǔ)罐切換瞬間流速分析、計(jì)算結(jié)果可以看出，兩座切換的儲(chǔ)罐液位差達(dá)到一定高度時(shí)，若不采取有效措施，切換瞬間必然會(huì)發(fā)生超流速。若儲(chǔ)罐進(jìn)出口管路設(shè)計(jì)流向單一，可設(shè)置單向閥避免液體倒流；若儲(chǔ)罐進(jìn)出口管路設(shè)計(jì)為雙流向，可通過(guò)調(diào)節(jié)閥門的中間閥位的開(kāi)度或角度來(lái)滿足儲(chǔ)罐進(jìn)口流速要求。

儲(chǔ)罐；油品；超流速；收油

1 儲(chǔ)罐進(jìn)口流速要求

目前立式油品儲(chǔ)罐罐前操作閥一般設(shè)計(jì)為控制開(kāi)關(guān)閥，儲(chǔ)罐收油自動(dòng)切換規(guī)則為：當(dāng)收油儲(chǔ)罐達(dá)到高液位后，收油自動(dòng)切換到低液位儲(chǔ)罐，要求低液位儲(chǔ)罐罐前操作閥全開(kāi)后，再關(guān)閉高液位儲(chǔ)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(shí)，儲(chǔ)罐收油管路會(huì)出現(xiàn)超流速。流速過(guò)大，可能造成靜電積聚，易引起爆炸。若儲(chǔ)罐為浮頂罐，流速過(guò)大還會(huì)對(duì)浮盤造成沖擊，使浮盤傾斜，出現(xiàn)卡罐的情況。

根據(jù)儲(chǔ)罐進(jìn)口流速的控制要求，查閱國(guó)內(nèi)外相關(guān)安全和防靜電規(guī)程及技術(shù)規(guī)范，得出如下結(jié)論：收油時(shí)，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(yīng)小于4m/s；任何情況下不應(yīng)超過(guò)7m/s。本文著重討論如何避免儲(chǔ)罐進(jìn)口超流速，將流速控制在4m/s以下。

2 收油切換過(guò)程超流速的分析

流體總是從水頭較高側(cè)流向較低側(cè)。假定2座10×104m3儲(chǔ)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(méi)有其他外加能量的作用下，由于位能的作用，高液位儲(chǔ)罐部分流體將自壓至低液位儲(chǔ)罐，自壓瞬間的流量可通過(guò)伯努利方程進(jìn)行計(jì)算，對(duì)于不可壓縮流體，公式如下

式中W為通過(guò)流體輸送機(jī)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(chǔ)罐為常壓罐，即p同為大氣壓，同時(shí)忽略摩擦損失hf，且不存在外加能量W，伯努利方程可簡(jiǎn)化為

在不考慮摩擦損失，液位差為3m的情況下，計(jì)算流速u達(dá)到7.67m/s，通過(guò)管道截面積的自壓流量約13600m3/h。

通過(guò)上述分析，儲(chǔ)罐收油切換瞬間，在克服摩擦損失后，當(dāng)剩余高差達(dá)到一定的數(shù)值時(shí)，收油進(jìn)口就會(huì)超流速。

3 避免儲(chǔ)罐進(jìn)口超流速的措施

在入口管道規(guī)格確定的情況下，當(dāng)管路水力損失達(dá)到一定數(shù)值，即可避免儲(chǔ)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(zhǎng)度。10×104m3儲(chǔ)油罐罐前進(jìn)出口管路需設(shè)計(jì)自然補(bǔ)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(zhǎng)度會(huì)較大幅增大柔性設(shè)計(jì)和配管設(shè)計(jì)的難度。

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

（3）調(diào)節(jié)操作閥的開(kāi)度。通過(guò)調(diào)節(jié)操作閥的開(kāi)度，以增大摩阻達(dá)到控制流速的目的。

以下著重討論操作閥開(kāi)度調(diào)節(jié)的要求。簡(jiǎn)化后儲(chǔ)罐收油工藝流程示意見(jiàn)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(dá)西公式的變形式進(jìn)行計(jì)算，不同流量、不同閥門開(kāi)度條件下的儲(chǔ)罐進(jìn)口瞬間流速計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。

圖1 簡(jiǎn)化后儲(chǔ)罐收油工藝流程

表1 儲(chǔ)罐TK—02進(jìn)口瞬間收油量和流速

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

4 結(jié)語(yǔ)

從儲(chǔ)罐切換瞬間流速分析、計(jì)算結(jié)果可以看出，兩座切換的儲(chǔ)罐液位差達(dá)到一定高度時(shí)，若不采取有效措施，切換瞬間必然會(huì)發(fā)生超流速。若儲(chǔ)罐進(jìn)出口管路設(shè)計(jì)流向單一，可設(shè)置單向閥避免液體倒流；若儲(chǔ)罐進(jìn)出口管路設(shè)計(jì)為雙流向，可通過(guò)調(diào)節(jié)閥門的中間閥位的開(kāi)度或角度來(lái)滿足儲(chǔ)罐進(jìn)口流速要求。

（欄目主持 關(guān)梅君）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.10.054