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        淺析低溫乙烯靜態(tài)計量方法

        2015-06-09 20:20:13滕志芳許坤仙
        計量技術(shù) 2015年7期
        關(guān)鍵詞:液位測量質(zhì)量

        滕志芳 許坤仙

        (中國石化鎮(zhèn)海煉化分公司計量中心,寧波 315207)

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        淺析低溫乙烯靜態(tài)計量方法

        滕志芳 許坤仙

        (中國石化鎮(zhèn)海煉化分公司計量中心,寧波 315207)

        大型低溫儲罐因其安全可靠性高、儲存量大、節(jié)省投資,在國際上得到廣泛應(yīng)用,但如何準確計量難度較大。本文淺析低溫乙烯靜態(tài)計量方法,并參照案例提供了計算方法。

        低溫乙烯;乙烯;液位;溫度;計算;質(zhì)量

        0 引言

        乙烯是石油化工基礎(chǔ)原料之一,乙烯低溫儲罐因其安全可靠性高、儲存量大、節(jié)省投資,在國際上得到廣泛應(yīng)用,工業(yè)生產(chǎn)是在接近常壓和-103℃的條件下將乙烯儲存在低溫儲罐。近年來,國內(nèi)也先后引進建造了數(shù)臺大型乙烯、石油液化氣、天然氣、丙烯低溫儲罐,但一直沒有低溫乙烯靜態(tài)計量的國內(nèi)標準,因此,確定正確、統(tǒng)一的計量計算方法勢在必行。本人在學習理解國內(nèi)外低溫乙烯靜態(tài)計量方法和標準的基礎(chǔ)上,歸納、總結(jié)、提煉通俗易懂的計量方法。

        1 低溫乙烯靜態(tài)計量方法

        1.1 乙烯低溫儲罐液位和溫度測量

        1.1.1 液位測量

        液化乙烯的超大型低溫儲罐無法配置人工液位測量裝置,一般配備一套主液位測量裝置和1套輔助液位測量裝置。兩套測量裝置分別基于兩種不同的工作原理,主液位測量裝置發(fā)生故障時使用輔助液位測量裝置。通常裝有一套伺服液位計、一套雷達液位計。低溫乙烯罐伺服液位計、雷達液位計較多選用Enraf。分析液位測量原理,低溫液體的霧化對雷達測量的影響也會導致伺服液位的鋼絲長度發(fā)生變化。因此,兩種液位測量方法均存在一定測量誤差。初次投用時,建議伺服液位計參考雷達液位計數(shù)據(jù)調(diào)整后,將伺服液位計作為主液位測量裝置。

        1.1.2 溫度測量

        ISO 8310規(guī)定了冷凍輕烴流體液相和氣相溫度測量的方法,有電阻溫度計和熱電偶兩種??紤]到大型乙烯低溫儲罐內(nèi)液體有可能分為不同溫度層與不同密度層,目前國內(nèi)3萬m3低溫儲罐多配備4組多點平均溫度,分別位于低溫儲罐兩側(cè)、中間、底部,每組平均溫度各有8個左右的溫度測量點。根據(jù)低溫儲罐液位測量高度,自動計算低溫儲罐內(nèi)液體與氣體平均溫度。

        1.2 乙烯低溫儲罐罐量計算

        1.2.1 液相量計算

        1.2.1.1 計算液相體積

        由測得的液位高度直接查罐容積表,求得低溫液相乙烯表載體積Vt。因國內(nèi)至今未有冷凍罐罐壁修正方法,參考GB/T 19779—2005《石油和液體石油產(chǎn)品油量計算 靜態(tài)計量》中6.1.4 罐壁溫度對標定容積的影響,對表載體積Vt進行修正。

        VL=Vt×[1+2a (Ta-20)]

        式中:VL為液相體積,m3;Vt為液相表載體積,m3;Ta為罐壁溫度(保冷罐,將罐內(nèi)油品平均溫度代替罐壁溫度),℃;a 為罐材體膨脹系數(shù)(低溫乙烯罐材料為X12Ni5低碳合金鋼,低溫膨脹系數(shù)0.0000085℃-1)。

        1.2.1.2 確定液體密度

        參考相關(guān)資料,低溫乙烯物性見表1。

        1.2.1.3 計算真空中質(zhì)量

        參考ISO 6578《冷烴液-靜態(tài)測量-計算方法》:

        mL=ρL×VL

        式中:mL為液相乙烯真空中質(zhì)量,kg;ρL為液體密度,kg/m3;VL為液體的實際體積,m3。

        1.2.1.4 計算空氣中質(zhì)量

        ML=mL×F

        式中:ML為液相乙烯空氣中質(zhì)量,kg;F為真空中質(zhì)量折算成空氣中質(zhì)量換算系數(shù),見表2。

        表1 乙烯物性參數(shù)表(部分)

        表2 真空中質(zhì)量折算成空氣中質(zhì)量換算系數(shù)

        1.2.2 氣相油量計算

        1.2.2.1 氣相體積計算

        VS=(Vb-Vt)×[1+2a (Ta-20)]

        式中:VS為儲罐氣相體積,m3;Vb為罐總?cè)莘e,m3;Vt為液體表載體積,m3;Ta為罐壁溫度(保冷罐,以罐內(nèi)油品平均溫度代替罐壁溫度),℃;a 為罐材體膨脹系數(shù)(低溫乙烯罐材料為X12Ni5低碳合金鋼,低溫體膨脹系數(shù)取0.0000085℃-1)

        1.2.2.2 氣相乙烯真空質(zhì)量計算

        參考ISO 6578 《冷烴液- 靜態(tài)測量- 計算方法》:

        ms=ρs×Vs

        式中:ρs為實際溫度、壓力下的氣體密度,kg/m3;Vs為氣相體積,m3。

        1.2.2.3 空氣中質(zhì)量計算

        Ms=ms×F

        式中:Ms為氣相乙烯空氣中質(zhì)量,kg;F為真空中質(zhì)量折算成空氣中質(zhì)量換算系數(shù)。

        1.2.2.4 低溫乙烯總量計算

        M=Ms+ML

        式中:M為低溫儲罐中乙烯總質(zhì)量,kg;Ms為罐中氣體總質(zhì)量,kg;ML為罐中液體總質(zhì)量,kg。

        2 低溫乙烯靜態(tài)計量實例

        2.1 測量數(shù)據(jù)

        主液位測得油高:10.134m;液相平均溫度:-101.60℃;氣相平均溫度:-100℃;氣相壓力:12.140kPa。

        查罐容表,表載體積Vt=14560.040m3,罐總?cè)莘eVb=19988.480m3

        2.2 液相乙烯質(zhì)量計算

        VL=Vt×[1+2a (Ta-20)]

        =14560.040×[1+2×

        0.0000085(-101.60-20)]

        =14529.902m3

        查表得:ρL=564.8kg/m3

        mL=ρt×Vt=564.8×14529.902

        =8206489kg=8206.489t

        ML=mL×F=8206.489×0.99775=8188.024t

        2.3 氣相乙烯質(zhì)量計算

        VS=(Vb—Vt)×[1+2a (Ta-20)]

        =(19988.480-14560.040)×

        [1+2×0.0000085(-100-20)]

        =5317.700m3

        查表得:-100℃、壓力1275.682kPa時密度為2.567kg/m3。

        經(jīng)壓力修正后:

        ρs=2.567× (12.140+1013.25)/1275.682

        =2.060kg/m3

        ms=ρs×Vs=2.06×5317.700=10954kg

        =10.954 t

        Ms=ms×F=10.954×0.99775=10.929 t

        2.4 低溫乙烯總量計算

        M=MS+ML=10.929+8188.024=8198.953t

        3 結(jié)束語

        本文對低溫乙烯靜態(tài)計量方法進行探討,以下問題需關(guān)注:

        1)伺服液位計的讀數(shù)因受懸掛浮子鋼絲的收縮應(yīng)力影響,應(yīng)進行適當?shù)难a償,且因低溫儲罐結(jié)構(gòu)所限,無法采用人工測尺校準。根據(jù)GB/T 24961—2010《冷凍輕烴液體 液化氣儲罐內(nèi)液位測量 浮子式液位計》中描述絕對誤差可達±2mm,補償方法還需深入研究。

        2)大量事實表明:任何存有冷烴液的儲罐氣相空間的溫度梯度都很大。這些溫度梯度有可能不是線性的。特別是低液位時,氣相溫度測量點較少,使得氣體溫度測量誤差較大,產(chǎn)生計量誤差。

        3)熱電偶/電阻雖經(jīng)檢定合格,但受檢定條件限制,仍無法給出-100℃溫度測量修正值。據(jù)部分資料介紹,溫度測量誤差可達±1℃。

        4)冷烴液的體膨脹溫度系數(shù)很大,乙烯約在0.30%/℃,溫度測量誤差是測量誤差的主要原因,因此測溫設(shè)備的選擇與使用需經(jīng)確認。

        [1] 田鐵軍.金屬罐內(nèi)石油產(chǎn)品的質(zhì)量計算[J].計量技術(shù),2001(3)

        [2] ISO 6578 冷烴液-靜態(tài)測量-計算方法

        [3] GB/T 24961—2010冷凍輕烴液體液化氣儲罐內(nèi)液位測量浮子式液位計

        [4] ISO 8310冷凍輕烴液體液化氣儲罐內(nèi)溫度測量

        [5] GB/T 19779—2005石油和液體石油產(chǎn)品油量計算靜態(tài)計量

        10.3969/j.issn.1000-0771.2015.07.13

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