立式储罐进口流速的控制

朱赫 大庆油田设计院大庆油田储运销售分公司

立式储罐进口流速的控制

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根据储罐进口流速的控制要求，收油时，初始流速一般限制在1m/s以内；轻质油品油罐入口流速应小于4m/s；任何情况下不应超过7m/s。从储罐切换瞬间流速分析、计算结果可以看出，两座切换的储罐液位差达到一定高度时，若不采取有效措施，切换瞬间必然会发生超流速。若储罐进出口管路设计流向单一，可设置单向阀避免液体倒流；若储罐进出口管路设计为双流向，可通过调节阀门的中间阀位的开度或角度来满足储罐进口流速要求。

储罐；油品；超流速；收油

1 储罐进口流速要求

目前立式油品储罐罐前操作阀一般设计为控制开关阀，储罐收油自动切换规则为：当收油储罐达到高液位后，收油自动切换到低液位储罐，要求低液位储罐罐前操作阀全开后，再关闭高液位储罐罐前操作阀。而油品切换瞬间，在满足一定的液位差条件时，储罐收油管路会出现超流速。流速过大，可能造成静电积聚，易引起爆炸。若储罐为浮顶罐，流速过大还会对浮盘造成冲击，使浮盘倾斜，出现卡罐的情况。

根据储罐进口流速的控制要求，查阅国内外相关安全和防静电规程及技术规范，得出如下结论：收油时，初始流速一般限制在1m/s以内；轻质油品油罐入口流速应小于4m/s；任何情况下不应超过7m/s。本文着重讨论如何避免储罐进口超流速，将流速控制在4m/s以下。

2 收油切换过程超流速的分析

流体总是从水头较高侧流向较低侧。假定2座10×104m3储罐存在3m的液位差，且处于连通状态，连通管规格为Ø813mm×10mm，在没有其他外加能量的作用下，由于位能的作用，高液位储罐部分流体将自压至低液位储罐，自压瞬间的流量可通过伯努利方程进行计算，对于不可压缩流体，公式如下

式中W为通过流体输送机械所获得的外加能量（J/kg）；Z为位能（m）；u为流速（m/s）；p为系统压力（N/m2）；hf为摩擦损失（J/kg）。

由于2座储罐为常压罐，即p同为大气压，同时忽略摩擦损失hf，且不存在外加能量W，伯努利方程可简化为

在不考虑摩擦损失，液位差为3m的情况下，计算流速u达到7.67m/s，通过管道截面积的自压流量约13600m3/h。

通过上述分析，储罐收油切换瞬间，在克服摩擦损失后，当剩余高差达到一定的数值时，收油进口就会超流速。

3 避免储罐进口超流速的措施

在入口管道规格确定的情况下，当管路水力损失达到一定数值，即可避免储油罐收油切换瞬间超流速，理论上可采取以下3种措施：

（1）增加罐前入口管线长度。10×104m3储油罐罐前进出口管路需设计自然补偿以满足管路的柔性要求。因此在有限的占地面积条件下，人为地增加管路的长度会较大幅增大柔性设计和配管设计的难度。

（2）增加单向阀。当罐前入口管线为单一收油功能，即流向单一时，罐前管线可设置单向阀，彻底避免高液位储罐流体由于位差自压至低液位储罐。

（3）调节操作阀的开度。通过调节操作阀的开度，以增大摩阻达到控制流速的目的。

以下着重讨论操作阀开度调节的要求。简化后储罐收油工艺流程示意见图1，假定操作阀为闸阀。不考虑图中所有管路（操作阀B除外）的局部摩阻，操作阀B的水力损失可按达西公式的变形式进行计算，不同流量、不同阀门开度条件下的储罐进口瞬间流速计算结果见表1。

图1 简化后储罐收油工艺流程

表1 储罐TK—02进口瞬间收油量和流速

根据表1的计算结果，调节操作阀的开度可有效避免超流速。在储罐切换操作时，将操作闸阀B的中间阀位设置到1/4即满足流速要求。若操作阀为蝶阀，进行同样的计算，切换操作时，将操作蝶阀B的角度设置到50°即可。

4 结语

从储罐切换瞬间流速分析、计算结果可以看出，两座切换的储罐液位差达到一定高度时，若不采取有效措施，切换瞬间必然会发生超流速。若储罐进出口管路设计流向单一，可设置单向阀避免液体倒流；若储罐进出口管路设计为双流向，可通过调节阀门的中间阀位的开度或角度来满足储罐进口流速要求。

（栏目主持 关梅君）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.10.054