排污罐排污量便捷計算的研究與應(yīng)用

遲百川，李明丹，屈大鵬，張勇，沈衛(wèi)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(yīng)用

遲百川，李明丹，屈大鵬，張勇，沈衛(wèi)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(chǎn)便利度，建立新的數(shù)學模型及計算公式。經(jīng)理論和實際驗證，該計算方式更加符合現(xiàn)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(chǎn)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(chǎn)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(yīng)關(guān)系，這既對設(shè)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(nèi)過濾設(shè)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(yīng)關(guān)系，這對日常生產(chǎn)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(shù)學推導(dǎo)，得出臥式橢圓形封頭儲槽容積與液位對應(yīng)關(guān)系；然后根據(jù)排污罐的具體參數(shù)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(dǎo)

臥式橢圓形封頭儲槽結(jié)構(gòu)如圖1所示，假設(shè)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(yīng)的容積V。

圖1 臥式橢圓形封頭儲槽結(jié)構(gòu)示意

為便于公式推導(dǎo)，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(jié)構(gòu)示意

圖3 橢球體 結(jié)構(gòu)示意

1.1 臥式平封頭儲槽容積與液位的關(guān)系

臥式平封頭儲槽容積與液位的關(guān)系，可分兩種情況進行推導(dǎo)： 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(yīng)關(guān)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(guān)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(nèi)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(guān)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(dǎo)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(shù)帶入式(4)中，則改造后排污罐容積V與液位h關(guān)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(jié)果相同；但當h<0.80 m時，改造前相對應(yīng)的數(shù)值高于改造后的數(shù)值；當h>0.80 m時，改造前相對應(yīng)的數(shù)值低于改造后的數(shù)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(shù)字。

圖7 計算排污量編寫程序流程示意

同時，在編程環(huán)境里，可對界面的各個參數(shù)進行調(diào)節(jié)，也可更改內(nèi)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(yīng)的體積及排污量。經(jīng)實際驗證，該軟件運行平穩(wěn)可靠，其計算出的結(jié)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(jié)束語

作為生產(chǎn)過程中不可或缺的設(shè)備之一，排污罐在石化行業(yè)生產(chǎn)中的作用至關(guān)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(fā)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(chǎn)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.

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[10] 張衡，陳紅燕.先導(dǎo)式安全閥在輸氣站場中的選型應(yīng)用[J].管道技術(shù)與設(shè)備，2013(04)： 35-36.

遲百川(1990—)，男，遼寧本溪人，2015年畢業(yè)于遼寧石油化工大學控制理論與控制工程專業(yè)，獲碩士學位，現(xiàn)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(tǒng)的設(shè)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。