孫孟洋，曹增力

（1 遼寧大唐國際阜新煤制天然氣有限責(zé)任公司，遼寧阜新123000；2 遼寧省煤制天然氣工程技術(shù)研究中心，遼寧阜新123000；3 遼寧省煤制天然氣工程研究中心，遼寧阜新123000；4 遼寧大唐國際阜新煤制天然氣有限責(zé)任公司企業(yè)博士后科研基地，遼寧阜新123000）

臥式儲(chǔ)罐由于高度低、易于清洗、易于維護(hù)、操作簡(jiǎn)單等諸多優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)生產(chǎn)中有著大量應(yīng)用。尤其是水處理工業(yè)中的酸、堿儲(chǔ)罐，以臥式罐居多。但是在生產(chǎn)操作中，由于臥式儲(chǔ)罐的自身限制，儲(chǔ)罐內(nèi)液位高度和剩余液體量成非線性正相關(guān)。因此，難以從液位變化直接判斷出儲(chǔ)罐內(nèi)剩余溶液量的變化。

若能夠較為準(zhǔn)確描述臥式儲(chǔ)罐內(nèi)溶液的體積，便能較為準(zhǔn)確對(duì)其中存留溶液的體積和質(zhì)量進(jìn)行描述，為生產(chǎn)用量提供依據(jù)。如用堿對(duì)纖維束和沸石反洗時(shí)，需要要控制反洗水的p H值為11左右，需要準(zhǔn)確把握濃堿液的投加體積［1］。建立合理的模型對(duì)臥式儲(chǔ)罐中溶液體積進(jìn)行描述，在實(shí)際生產(chǎn)中意義重大。

1 理論分析

臥式儲(chǔ)罐基本結(jié)構(gòu)如圖1［2］。

圖1 臥式儲(chǔ)罐圖

酸、堿臥式儲(chǔ)罐一般在端面設(shè)置磁翻板液位計(jì)，本文通過建立模型，對(duì)液位計(jì)讀數(shù)和儲(chǔ)罐內(nèi)剩余液體體積進(jìn)行定量分析，并建立相應(yīng)公式，通過理論分析和實(shí)際操作進(jìn)行對(duì)照，分析液位和剩余溶液量的關(guān)系。

由于臥式儲(chǔ)罐筒體長(zhǎng)度遠(yuǎn)大于封頭部分的長(zhǎng)度，在建立模型時(shí)，將儲(chǔ)罐簡(jiǎn)化為圓柱體進(jìn)行分析；臥式儲(chǔ)罐水平布置，則液體體積和液體截面面積線性正相關(guān)［3］。堿罐液位見圖2。

圖2 堿罐液位示意圖 （從端面看）

由圖2可見，儲(chǔ)罐內(nèi)半徑R，液位計(jì)零讀數(shù)距筒體內(nèi)壁底面距離為h0，設(shè)液面距儲(chǔ)罐中心為h，對(duì)應(yīng)∠AOC角度為α，二者關(guān)系如式 （1）、式（2）。

在計(jì)算出ABED的面積后即可計(jì)算出儲(chǔ)罐中的堿液體積。

儲(chǔ)罐長(zhǎng)度為L(zhǎng)，當(dāng)實(shí)際液位高于儲(chǔ)罐中心時(shí)，儲(chǔ)罐內(nèi)液位計(jì)讀數(shù)H1和堿液體積V1可通過式（7）得出如下。

當(dāng)實(shí)際液位低于儲(chǔ)罐中心時(shí)，儲(chǔ)罐內(nèi)液位計(jì)讀數(shù)H1和儲(chǔ)罐內(nèi)堿液體積V2

2 實(shí)際應(yīng)用

某工廠水處理車間堿液儲(chǔ)罐為玻璃鋼臥式儲(chǔ)罐，內(nèi)儲(chǔ)存40%NaOH溶液。堿液靠重力流進(jìn)入待堿洗的過濾器，過濾器一次堿洗需進(jìn)NaOH溶液200 kg。儲(chǔ)罐設(shè)液位計(jì)為磁翻板液位計(jì)，具體如圖3。

圖3 堿罐基本尺寸示意圖

堿液儲(chǔ)罐外徑φ2000，壁厚δ20 mm，內(nèi)徑φ1960 mm，儲(chǔ)罐長(zhǎng)度為4000 mm。液位計(jì)讀數(shù)零點(diǎn)距儲(chǔ)罐內(nèi)壁底端距離為280 mm，量程1400 mm，精度為10 mm。

則對(duì)應(yīng)上述公式：

則可計(jì)算出液位計(jì)讀數(shù)和罐內(nèi)堿液體積的關(guān)系，見表1。

表1 液位計(jì)讀數(shù)和堿液體積對(duì)應(yīng)關(guān)系表

該車間用的40%NaOH溶液密度為1.33 kg／L，因此可計(jì)算得出液位差和堿液量變化的關(guān)系。

表2 位計(jì)讀數(shù)和堿液質(zhì)量對(duì)應(yīng)關(guān)系表

3 結(jié) 論

通過上文分析，可以通過建立數(shù)據(jù)表形式一一列出液位計(jì)讀數(shù)和剩余堿液的質(zhì)量關(guān)系，在操作時(shí)通過簡(jiǎn)單計(jì)算便可知道需要消耗堿液對(duì)應(yīng)的液位下降值，便于實(shí)際生產(chǎn)操作。經(jīng)實(shí)際比對(duì)，這樣可以將誤差控制在5%以內(nèi)。

經(jīng)過上述計(jì)算和分析，可以得出液位計(jì)讀數(shù)和剩余堿液質(zhì)量的對(duì)應(yīng)關(guān)系，但此計(jì)算模型有一定局限。

（1）理論模型計(jì)算和實(shí)際有一定誤差，此誤差不能通過系數(shù)進(jìn)行修正，但此誤差不大于4.5%；

（2）由于磁翻板液位計(jì)在使用中的誤差和觀察角度不同，也會(huì)帶來一定的誤差；

（3）由于磁翻板液位計(jì)精度問題，很多時(shí)候液位變化前后不能讀出準(zhǔn)確刻度，需要一定的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行估讀。

因此，通過建立數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)表的方法進(jìn)行堿液用量計(jì)算，可以用于堿液稀釋后進(jìn)行過濾器沖洗，樹脂再生［6］等對(duì)p H值要求不嚴(yán)工序。如果對(duì)p H值精度要求較高，最好采用出口計(jì)量泵或流量變送器等精度較高的儀器［7］。

［1］ 張林生.水的深度處理與回用技術(shù) ［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004.

［2］郭立功.儲(chǔ)罐計(jì)量［M］.北京：中國計(jì)量出版社，2010.

［3］ 張小青，朱光，侯妙樂，等.基于四面體的不規(guī)則表面文物體積計(jì)算［J］.測(cè)繪通報(bào)，2011，（10）：50－52.

［4］ 司書紅，華楓，武君.側(cè)臥直圓筒 （兩端為球冠）油罐體內(nèi)高度與體積關(guān)系研究［J］.自動(dòng)化與儀器儀表，2011（04）：182－183.

［5］ 同濟(jì)大學(xué)數(shù)學(xué)系.高等數(shù)學(xué) ［M］.北京：高等教育出版社，2007.

［6］ 宋業(yè)林.新編化學(xué)水處理技術(shù)問答 ［M］.北京：中國石化出版社，2010.

［7］ 厲玉鳴.化工儀表及自動(dòng)化 ［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006.