液化氣站球罐計量改進方案

王 健

（中海石油中捷石化有限公司，河北 滄州 061101）

1 球罐計量的現(xiàn)狀

當(dāng)前球罐區(qū)計量依靠石英管液位計及私服液位計讀取球罐物料液位，再參照容積計算表確定球罐內(nèi)液相物料的總體積和質(zhì)量。

1.1 設(shè)定冬季及夏季物料的密度

見表1。

表1 冬季、夏季化工原料密度 t/m3

1.2 確定球罐內(nèi)物料的質(zhì)量

式中：M為物料的質(zhì)量，t；ρ為物料的密度，t/m3；V為物料的體積（由容積表查得），m3。

2 誤差分析

從上面的介紹的計量方法來看其測量主要存在以下幾個方面的誤差：

2.1 介質(zhì)密度

沒有對密度進行實際測量，而是使用固定的標(biāo)準(zhǔn)密度。在一定溫度及壓力下混合物的平均密度取決于各組分純物質(zhì)的密度以及在混合物中所占的體積分?jǐn)?shù)，其值不可能是一個固定不變的數(shù)值，球罐作為一個壓力容器，其壓力大小、介質(zhì)溫度無時無刻在發(fā)生變化，甚至不同的液位高度，都會對密度造成影響。

2.2 溫度影響

由于環(huán)境溫度的影響，一天內(nèi)日照變化、冬季夏季的溫差變化，會造成儲罐內(nèi)介質(zhì)溫度的變化，特別是會形成罐內(nèi)不同區(qū)域介質(zhì)溫度的不均衡，勢必對介質(zhì)的密度造成很大的影響，從而影響到對質(zhì)量的計算。

2.3 壓力影響

液化石油氣的飽和蒸汽壓，即儲罐的壓力，是指在一定溫度下，液化石油氣在密閉容器內(nèi)達到氣-液兩相平衡狀態(tài)時的蒸汽壓力。液化石油氣的飽和蒸汽壓是隨溫度而變化的，溫度升高，蒸汽壓也增大。對于液相而言，液體不具備壓縮性所以飽和蒸汽壓對其密度影響不大，然而對于氣相，混合氣體的密度是壓力、溫度的函數(shù)，不同的壓力、溫度對應(yīng)不同的密度，隨著壓力的增大，氣相的密度也隨之提高。

2.4 飽和蒸汽壓的影響

沒有計算飽和蒸汽的量，由于物料在壓力容器中呈現(xiàn)出氣液相平衡狀態(tài)，因此在計算時，既要計算液相質(zhì)量也要計算氣相質(zhì)量，二者之和才是物料的實際質(zhì)量。

3 措施與對策

由以上誤差分析，針對影響因素進行可變因素修正，以達到計量精度的要求，因此建立如下數(shù)學(xué)模型。

3.1 球罐體積計算

設(shè)液面計示數(shù)位h，液面計底部距離球罐罐底高度差為h0，液面計與豎直方向偏角為α，校正后的液面高度為h1，球罐直徑為D，球罐總體積為h0，液相體積為V液，氣相體積為V所，則：

3.2 物性參數(shù)與溫度、壓力的關(guān)系

①液相密度。

液化石油氣的密度與其壓力和溫度有很大的關(guān)系。但對液化石油氣主要成分的液態(tài)密度來說，溫度的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于壓力的影響。當(dāng)溫度上升時密度減小，但受壓力影響卻很小，可忽略不計。表2列出了液態(tài)液化石油氣不同組分在不同溫度下的液態(tài)密度[1]。

表2 不同溫度下液態(tài)液化石油氣的密度 kg/L

由表2可知，液態(tài)液化石油氣中各類烴組分在溫度的影響下，密度發(fā)生了顯著的變化，溫度上升，密度減小；溫度下降，密度增大。

對應(yīng)函數(shù)關(guān)系為：

丙烷：ρ液=-2E-07t3+8E-06t2-0.0013t+0.5283；

丙烯：ρ液=-6E-08t3-2E-06t2-0.0005t+0.5451；

正丁烷：

ρ液=-1E-07t3+3E-06t2-0.001t+0.6008；

異丁烷：

ρ液=3E-08t3-7E-06t2-0.0009t+0.5789；

正丁烯：

ρ液=-3E-07t3+1E-05t2-0.0011t+0.6164；

順丁烯：

ρ液=1E-08t3-2E-06t2-0.0011t+0.6263；

反丁烯：

ρ液=1E-08t3-2E-06t2-0.0011t+0.6263；

異丁烯：

ρ液=-2E-08t3-3E-06t2-0.0011t+0.6169。

②氣相密度。

液化石油氣的氣相密度是溫度、壓力的函數(shù)，由實際氣體的狀態(tài)方程P×V=n×R×T，推導(dǎo)出不同溫度、壓力下氣相密度公式：

式中：P、T為飽和蒸汽的絕對壓力Pa、絕對溫度T；P0、T0為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下飽和蒸汽的絕對壓力pa、絕對溫度T；M為飽和蒸汽的分子質(zhì)量；

③平均密度。

密度具備可加性，因此各組分混合后的平均密度可由如下公式進行計算：

式中：ρi、ni分別為物料各組分的密度及所占混合物體積分?jǐn)?shù)。

因此，混合后氣-液相密度公式如下：

④計算結(jié)果。

對應(yīng)某一溫度、壓力、液面計的讀數(shù)下的球罐內(nèi)物料質(zhì)量計算如下：

式中：M液為液相質(zhì)量，t；M氣為氣相質(zhì)量，t；M總為總質(zhì)量，t。

4 針對改進措施進行實例計算驗證

4.1 銷售丙烯驗證

基礎(chǔ)參數(shù)：儲罐壓力：0.54MPa；儲罐內(nèi)物料溫度：0℃；

儲罐直徑：12.3m； 裝車前、后液位：5.68m、5.33m。

物料各組分體積百分?jǐn)?shù)見表3。

表3 丁烷化驗分析數(shù)據(jù)

對比情況見表4。

表4 不同方法得到的質(zhì)量對比

誤差：相對誤差1=M1-M2=22.15-22.04=0.11t；

相對誤差2=M3-M2=21.64-22.04=-0.4t；

由數(shù)據(jù)分析驗證改進方法可降低誤差：1.315%。

4.2 銷售液化氣驗證

對比情況見表5。

表5 實際銷售量

誤差：相對誤差1=M1-M2=78.38-81.74=3.36t；

相對誤差2=M3-M2=91.97-81.74=10.23t；

由數(shù)據(jù)分析驗證改進方法可降低誤差：8.4%。

4.3 計算結(jié)果分析

在沒有對物料密度進行實際測量和對容積進行修正的情況下，通過對氣液相密度及飽和蒸汽量的計算，可大大降低球罐計量誤差，比較接近實際量，能夠滿足日常生產(chǎn)的需要。

5 結(jié)論

1）通過對目前球罐計量方法的誤差分析和實例計算，對球罐計量數(shù)據(jù)有一個正確的認(rèn)識。2）在現(xiàn)有的條件下，通過對球罐中物料成分的分析，溫度、壓力對物料密度的影響，考慮飽和蒸汽壓，可以較準(zhǔn)確地計算出球罐中物料的質(zhì)量，減少計量誤差。3）通過上述分析及計算為處理廠內(nèi)計量糾紛、進行計量儀表比對及生產(chǎn)統(tǒng)計平衡提供了依據(jù)。通過以上分析，結(jié)合現(xiàn)場的具體情況，將計算過程編制可執(zhí)行程序，大大減少了計算量，同時由于考慮了幾個變量的可變因素，提高了計算精度。