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量。

1.1 設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)物料的質量

式中：M為物料的質量，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 介質密度

沒有對密度進行實際測量，而是使用固定的標準密度。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的密度以及在混合物中所占的體積分數(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)介質溫度的變化，特別是會形成罐內(nèi)不同區(qū)域介質溫度的不均衡，勢必對介質的密度造成很大的影響，從而影響到對質量的計算。

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，既要計算液相質量也要計算氣相質量，二者之和才是物料的實際質量。

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)學模型。

3.1 球罐體積計算

設液面計示數(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，溫度的影響遠遠大于壓力的影響。當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?。粶囟认陆?，密度增大。

對應函數(shù)關系為：

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為標準狀態(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數(shù)。

因此，混合后氣-液相密度公式如下：

④計算結果。

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

式中：M液為液相質量，t；M氣為氣相質量，t；M總為總質量，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數(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，可以較準確地計算出球罐中物料的質量，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。