雙盤式外浮頂浸沒高度對(duì)計(jì)量準(zhǔn)確性的影響

/ 上海市計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究院

0 引言

立式金屬罐是石油化工等液體產(chǎn)品貿(mào)易結(jié)算的計(jì)量器具。雙盤式外浮頂罐通常用于存儲(chǔ)諸如原油等有揮發(fā)性的油品，外浮頂隨著儲(chǔ)液水平上升或下降。相對(duì)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(shí)又污染了環(huán)境。易燃介質(zhì)與空氣混合比達(dá)到一定極限后容易產(chǎn)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(jì)算不準(zhǔn)確，浸沒的體積與對(duì)應(yīng)的高度會(huì)存在一定的偏差，引起罐的容量表與實(shí)際情況有差異，影響計(jì)量準(zhǔn)確度。因此，浮盤浸沒高度的計(jì)算對(duì)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(jié)構(gòu)

雙盤式外浮頂罐廣泛應(yīng)用在容積100 000 m3的原油儲(chǔ)罐中。浮盤由鋼板焊接而成。從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(dú)立的環(huán)形艙。外浮頂罐上端是敞開的，不再另設(shè)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(shè)計(jì)了配套設(shè)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(shí)排除就有可能造成浮頂沉沒。排水管就是為了及時(shí)排放匯集于浮頂上的雨水而設(shè)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(shè)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(shí)浮船與罐內(nèi)的加熱盤管等附件相撞，二是為了檢修時(shí)支撐浮頂，當(dāng)浮頂降到最低位置時(shí)有足夠的空間。

1.2 雙盤式外浮頂通常的計(jì)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?jì)算分為：

（1）浸沒深度計(jì)算

（2）浸沒體積計(jì)算

（3）浮頂質(zhì)量計(jì)算

（4）浮頂起止點(diǎn)計(jì)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(cè)量準(zhǔn)確與否直接影響容量計(jì)量的準(zhǔn)確度。但檢定規(guī)程對(duì)于外浮頂浸沒高度的測(cè)量方法和浸沒高度的計(jì)算方法介紹并不詳細(xì)。

2 雙盤式外浮頂測(cè)量（幾何測(cè)量法）

結(jié)合實(shí)際的工作經(jīng)驗(yàn)，提出了雙盤式外浮頂?shù)臏y(cè)量方法，可以較方便、準(zhǔn)確地通過幾何測(cè)量的方法計(jì)算出浮頂?shù)慕]高度。

2.1 測(cè)量方法

圖1為雙盤式外浮頂測(cè)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(dòng)的附件V附加。

1）采用容量比較法測(cè)量浮頂質(zhì)量或竣工圖紙標(biāo)注的浮頂質(zhì)量M。

2）實(shí)際使用時(shí)，液體的平均密度ρ。

3）將浮頂下端周長(zhǎng)分成八等份，在此八個(gè)半徑方向上，用水準(zhǔn)儀逐次測(cè)量出浮頂外沿和中心的倒尺標(biāo)高，浮頂外沿八個(gè)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(diǎn)，與計(jì)量基準(zhǔn)點(diǎn)的標(biāo)高之和，作為浮頂最低點(diǎn)的高度H起。

（1）如果浮頂中心位置為最低點(diǎn)，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(diǎn)，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(cè)量浮船距離罐壁的間距L1

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

2.2 計(jì)算方法

1）浸沒體積計(jì)算

式中：M—— 浮頂?shù)馁|(zhì)量；

ρ—— 罐內(nèi)液體的密度

式中：V附加—— 隨浮頂移動(dòng)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(diǎn)計(jì)算

圖1 雙盤式外浮頂測(cè)量示意圖

2.3 實(shí)例

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

通過測(cè)量得：第一圈板內(nèi)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(diǎn)，起點(diǎn)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(jì)算得：

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

按照檢定規(guī)程要求，檢定結(jié)果及說明頁(yè)上與浮頂有關(guān)的說明為：

1）液位高度在 1.760～1.944 m時(shí)不得作為計(jì)量的依據(jù)。

2）浮頂質(zhì)量M= 427 744 kg。當(dāng)液位高度在1.944 m以上進(jìn)行油量計(jì)算時(shí)，如果按體積計(jì)算，則應(yīng)從標(biāo)準(zhǔn)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(zhì)量計(jì)算，應(yīng)從表觀質(zhì)量中扣除浮頂質(zhì)量M。

由此可知，浮盤的起點(diǎn)高度為1.760 m，浮盤的止點(diǎn)高度為1.944 m。

3 結(jié)語(yǔ)

雙盤式外浮頂受液體浮力的影響，浮頂會(huì)有浸沒的深度，檢定結(jié)果說明頁(yè)中需給出浮頂?shù)慕]起止點(diǎn)，在浸沒區(qū)間內(nèi)不得作為計(jì)量的依據(jù)。浮頂浸沒起止點(diǎn)的確認(rèn)會(huì)直接影響到罐容量的計(jì)量準(zhǔn)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(duì)應(yīng)的容量為5 m3。如果浸沒區(qū)間給得過小，則與實(shí)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(jì)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(jì)算對(duì)容量表的編制和使用具有十分積極的作用。