淺析低溫乙烯靜態(tài)計量方法

滕志芳 許坤仙

(中國石化鎮(zhèn)海煉化分公司計量中心，寧波 315207)

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淺析低溫乙烯靜態(tài)計量方法

滕志芳 許坤仙

(中國石化鎮(zhèn)海煉化分公司計量中心，寧波 315207)

大型低溫儲罐因其安全可靠性高、儲存量大、節(jié)省投資,在國際上得到廣泛應(yīng)用，但如何準(zhǔn)確計量難度較大。本文淺析低溫乙烯靜態(tài)計量方法，并參照案例提供了計算方法。

低溫乙烯；乙烯；液位；溫度；計算；質(zhì)量

0 引言

乙烯是石油化工基礎(chǔ)原料之一，乙烯低溫儲罐因其安全可靠性高、儲存量大、節(jié)省投資,在國際上得到廣泛應(yīng)用，工業(yè)生產(chǎn)是在接近常壓和-103℃的條件下將乙烯儲存在低溫儲罐。近年來,國內(nèi)也先后引進(jìn)建造了數(shù)臺大型乙烯、石油液化氣、天然氣、丙烯低溫儲罐，但一直沒有低溫乙烯靜態(tài)計量的國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)，因此，確定正確、統(tǒng)一的計量計算方法勢在必行。本人在學(xué)習(xí)理解國內(nèi)外低溫乙烯靜態(tài)計量方法和標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，歸納、總結(jié)、提煉通俗易懂的計量方法。

1 低溫乙烯靜態(tài)計量方法

1.1 乙烯低溫儲罐液位和溫度測量

1.1.1 液位測量

液化乙烯的超大型低溫儲罐無法配置人工液位測量裝置，一般配備一套主液位測量裝置和1套輔助液位測量裝置。兩套測量裝置分別基于兩種不同的工作原理，主液位測量裝置發(fā)生故障時使用輔助液位測量裝置。通常裝有一套伺服液位計、一套雷達(dá)液位計。低溫乙烯罐伺服液位計、雷達(dá)液位計較多選用Enraf。分析液位測量原理，低溫液體的霧化對雷達(dá)測量的影響也會導(dǎo)致伺服液位的鋼絲長度發(fā)生變化。因此，兩種液位測量方法均存在一定測量誤差。初次投用時，建議伺服液位計參考雷達(dá)液位計數(shù)據(jù)調(diào)整后，將伺服液位計作為主液位測量裝置。

1.1.2 溫度測量

ISO 8310規(guī)定了冷凍輕烴流體液相和氣相溫度測量的方法,有電阻溫度計和熱電偶兩種。考慮到大型乙烯低溫儲罐內(nèi)液體有可能分為不同溫度層與不同密度層，目前國內(nèi)3萬m3低溫儲罐多配備4組多點(diǎn)平均溫度，分別位于低溫儲罐兩側(cè)、中間、底部，每組平均溫度各有8個左右的溫度測量點(diǎn)。根據(jù)低溫儲罐液位測量高度，自動計算低溫儲罐內(nèi)液體與氣體平均溫度。

1.2 乙烯低溫儲罐罐量計算

1.2.1 液相量計算

1.2.1.1 計算液相體積

由測得的液位高度直接查罐容積表，求得低溫液相乙烯表載體積Vt。因國內(nèi)至今未有冷凍罐罐壁修正方法，參考GB/T 19779—2005《石油和液體石油產(chǎn)品油量計算 靜態(tài)計量》中6.1.4 罐壁溫度對標(biāo)定容積的影響，對表載體積Vt進(jìn)行修正。

VL=Vt×[1+2a (Ta-20)]

式中：VL為液相體積，m3；Vt為液相表載體積，m3；Ta為罐壁溫度(保冷罐，將罐內(nèi)油品平均溫度代替罐壁溫度)，℃；a 為罐材體膨脹系數(shù)(低溫乙烯罐材料為X12Ni5低碳合金鋼，低溫膨脹系數(shù)0.0000085℃-1)。

1.2.1.2 確定液體密度

參考相關(guān)資料，低溫乙烯物性見表1。

1.2.1.3 計算真空中質(zhì)量

參考ISO 6578《冷烴液-靜態(tài)測量-計算方法》：

mL=ρL×VL

式中：mL為液相乙烯真空中質(zhì)量，kg；ρL為液體密度，kg/m3；VL為液體的實際體積，m3。

1.2.1.4 計算空氣中質(zhì)量

ML=mL×F

式中：ML為液相乙烯空氣中質(zhì)量，kg；F為真空中質(zhì)量折算成空氣中質(zhì)量換算系數(shù),見表2。

表1 乙烯物性參數(shù)表(部分)

表2 真空中質(zhì)量折算成空氣中質(zhì)量換算系數(shù)

1.2.2 氣相油量計算

1.2.2.1 氣相體積計算

VS=(Vb-Vt)×[1+2a (Ta-20)]

式中：VS為儲罐氣相體積，m3；Vb為罐總?cè)莘e，m3；Vt為液體表載體積，m3；Ta為罐壁溫度(保冷罐，以罐內(nèi)油品平均溫度代替罐壁溫度)，℃；a 為罐材體膨脹系數(shù)(低溫乙烯罐材料為X12Ni5低碳合金鋼，低溫體膨脹系數(shù)取0.0000085℃-1)

1.2.2.2 氣相乙烯真空質(zhì)量計算

參考ISO 6578 《冷烴液- 靜態(tài)測量- 計算方法》：

ms=ρs×Vs

式中：ρs為實際溫度、壓力下的氣體密度，kg/m3；Vs為氣相體積，m3。

1.2.2.3 空氣中質(zhì)量計算

Ms=ms×F

式中：Ms為氣相乙烯空氣中質(zhì)量，kg；F為真空中質(zhì)量折算成空氣中質(zhì)量換算系數(shù)。

1.2.2.4 低溫乙烯總量計算

M=Ms+ML

式中：M為低溫儲罐中乙烯總質(zhì)量，kg；Ms為罐中氣體總質(zhì)量，kg；ML為罐中液體總質(zhì)量，kg。

2 低溫乙烯靜態(tài)計量實例

2.1 測量數(shù)據(jù)

主液位測得油高：10.134m；液相平均溫度：-101.60℃；氣相平均溫度：-100℃；氣相壓力：12.140kPa。

查罐容表，表載體積Vt=14560.040m3,罐總?cè)莘eVb=19988.480m3

2.2 液相乙烯質(zhì)量計算

VL=Vt×[1+2a (Ta-20)]

=14560.040×[1+2×

0.0000085(-101.60-20)]

=14529.902m3

查表得：ρL=564.8kg/m3

mL=ρt×Vt=564.8×14529.902

=8206489kg=8206.489t

ML=mL×F=8206.489×0.99775=8188.024t

2.3 氣相乙烯質(zhì)量計算

VS=(Vb—Vt)×[1+2a (Ta-20)]

=(19988.480-14560.040)×

[1+2×0.0000085(-100-20)]

=5317.700m3

查表得：-100℃、壓力1275.682kPa時密度為2.567kg/m3。

經(jīng)壓力修正后：

ρs=2.567× (12.140+1013.25)/1275.682

=2.060kg/m3

ms=ρs×Vs=2.06×5317.700=10954kg

=10.954 t

Ms=ms×F=10.954×0.99775=10.929 t

2.4 低溫乙烯總量計算

M=MS+ML=10.929+8188.024=8198.953t

3 結(jié)束語

本文對低溫乙烯靜態(tài)計量方法進(jìn)行探討，以下問題需關(guān)注：

1)伺服液位計的讀數(shù)因受懸掛浮子鋼絲的收縮應(yīng)力影響，應(yīng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償，且因低溫儲罐結(jié)構(gòu)所限，無法采用人工測尺校準(zhǔn)。根據(jù)GB/T 24961—2010《冷凍輕烴液體 液化氣儲罐內(nèi)液位測量 浮子式液位計》中描述絕對誤差可達(dá)±2mm，補(bǔ)償方法還需深入研究。

2)大量事實表明：任何存有冷烴液的儲罐氣相空間的溫度梯度都很大。這些溫度梯度有可能不是線性的。特別是低液位時，氣相溫度測量點(diǎn)較少，使得氣體溫度測量誤差較大，產(chǎn)生計量誤差。

3)熱電偶/電阻雖經(jīng)檢定合格，但受檢定條件限制，仍無法給出-100℃溫度測量修正值。據(jù)部分資料介紹，溫度測量誤差可達(dá)±1℃。

4)冷烴液的體膨脹溫度系數(shù)很大，乙烯約在0.30%/℃，溫度測量誤差是測量誤差的主要原因，因此測溫設(shè)備的選擇與使用需經(jīng)確認(rèn)。

[1] 田鐵軍.金屬罐內(nèi)石油產(chǎn)品的質(zhì)量計算[J].計量技術(shù),2001(3)

[2] ISO 6578 冷烴液-靜態(tài)測量-計算方法

[3] GB/T 24961—2010冷凍輕烴液體液化氣儲罐內(nèi)液位測量浮子式液位計

[4] ISO 8310冷凍輕烴液體液化氣儲罐內(nèi)溫度測量

[5] GB/T 19779—2005石油和液體石油產(chǎn)品油量計算靜態(tài)計量

10.3969/j.issn.1000-0771.2015.07.13