储油罐设计储存液位高度的计算

杨 梅，杨智超，李凤绪，王成林

（中国石油集团工程设计有限责任公司华北分公司，河北 任丘 062550）

储油罐设计储存液位高度的计算

杨 梅，杨智超，李凤绪，王成林

（中国石油集团工程设计有限责任公司华北分公司，河北 任丘 062550）

出于生产安全及经济安全的目的，根据标准规范的要求，需为储油罐设置液位保护或报警，满足储罐收发油作业安全平稳进行，实现这一目标的关键在于准确设定储罐的高、低液位报警高度。为设计储罐的储存液位，系统整理了固定顶罐和浮顶罐高、低液位的计算方法，利用积分和迭代算法详细论证了卧式罐单位时间内最大进/出液折算高度，进而计算卧式罐设计储存液位高度值，并以某油库现场卧式罐为例将计算值与现场设定参数进行比较。结果表明，计算所得卧式罐高、低液位报警高度与现场实际运行情况相符。

储油罐；储存液位；液位报警；卧式罐

未安装极限液位自动报警装置的储油罐在正常生产时，当班工人必须随时监视罐内油面的高度。从一些油罐出现的“冒顶”苗头和已经发生的“冒顶”事故看，单纯靠人工用眼监视液位的办法是不太可靠的[1,2]。

《石油库设计规范》GB 50074-2002[3]中第6.0.14条规定：“地上立式油罐应设液位计和高液位报警器。频繁操作的油罐宜设自动联锁切断进油装置。等于和大于50 000 m3的油罐尚应设自动联锁切断进油装置。”

《易燃易爆罐区安全监控预警系统验收技术要求》GB 17681-1999[4]中第5.5条规定：“液体储罐必须配置液位检测仪表，同一储罐至少配备两种不同类别的液位检测仪表。储存易燃易爆介质的储罐，应配备高、低液位报警回路，必要时还应配有液位与相关工艺参数之间的联锁系统。”

储罐设置液位保护或报警主要是出于生产安全及经济安全的目的，是为了辅助装置、系统平稳操作、减轻体力劳动、提高装置自动化水平、减少因为人为因素造成跑料、抽空等意外事故发生的一种手段。根据标准规范的要求，任何储罐都要设置液位报警，用泵向外抽料的储罐不光要设置低液位报警，还要设置低液位联锁停泵或关阀，以免抽空；从高压向低压系统送料的储罐应该设置高液位报警，以免发生超压。

综上所述，在实际设计工作中，必须明确储罐的设计储存液位高度，通过高、低液位报警及联锁设置，实现储罐收发油作业安全平稳进行。下面将列出三类储罐的高、低液位报警高度计算方法。

1 固定顶罐设计液位计算

1.1 高液位报警高度计算

固定顶罐的设计高液位宜按公式（1）计算[5]：

式中：

h1—油罐高液位报警高度，m；

H—油罐罐壁高度，m；

h2—泡沫管开口下端至罐壁顶端高度，m；

h3—10～15min内油罐最大进液量的折算液位高度，m；

h4—安全余量，可取0.3 m。

1.2 低液位报警高度计算

固定顶罐的设计低液位宜按公式（2）计算：

式中：

h6—油罐低液位报警高度，m；

h7—10～15 min内油罐最大出液量的折算液位高度，m；

h8—油罐出口管顶端据罐底高度，m；

h9—涡流高度，m。

此外，当罐内有加热器时，h6还应高出加热器150 mm。罐内出油管宜设防涡流措施。

2 浮顶罐设计液位计算

2.1 高液位报警高度计算

浮顶罐、内浮顶罐的设计高液位宜按公式（3）计算[5]：

式中：

h1—油罐高液位报警高度，m；

h3—10～15min内油罐最大进液量的折算液位高度，m；

h4—安全余量，可取0.3 m；

h5—浮盘底面最大设计高度，m。

2.2 低液位报警高度计算

对于内浮顶罐，油罐低液位报警高度应大于浮盘最低高度。内浮顶油罐的低液位报警高度按公式（4）计算。

式中：

h6—油罐低液位报警高度，m；

h7—10～15 min内油罐最大出液量的折算液位高度，m；

h10—油罐浮盘最低高度，m。

3 卧式罐设计液位计算

3.1 计算参数的确定

计算卧式罐高、低液位的关键是算出10～15 min内油罐最大进/出液量的折算液位高度h。

卧式圆柱形贮槽，实质上是由主体为圆柱形和两端为封头的两种几何体组合而成。其主体圆柱形容积的计算公式推导过程如下[6]。

3.1.1 主体圆柱形容积计算方法

选取坐标如图1，运算中的符号如图1所示。

图1 卧式罐示意图Fig.1 Horizontal tank sketch

用平行于y轴的直线把圆截面无限细分，在微分区间[x，x+dx]上，即有斜线部分的面积积分，dS=2MPgdx

因而，圆柱体斜线部分的体积

那么，对圆柱体内h高的贮量积分：

利用换元积分法可得：

3.1.2 封头容积计算公式

把两端封头（不包括直边长度）合并起来就是一个椭球体，其容积的计算也可以通过积分推导出来。为减少篇幅，把手册[7]中的公式作为计算依据。

椭圆封头的计算公式：

3.1.3 折算液位高度计算

卧式罐进/出液高度为h时，罐体容积：

利用Visual Basic编制计算机程序，Do语言迭代计算液位高度h，计算代码如下：

3.2 计算实例

某油库汽、柴油排污卧式罐基本参数见表1。

根据计算机程序，计算得当进/出液时间为10 min时的液位高度h=370 mm。

高液位报警高度=D-h-h4=2.6-0.37-0.3=1.93 m；低液位报警高度=h+h4=0.37+0.3=0.67 m。

表1 某油库卧式排污罐参数Table 1 Parameters of a horizontal blow-down tank in an oil deport

4 结 论

为设计储罐储存液位高度，实现高、低液位报警，系统整理了固定顶罐和浮顶罐高、低液位的计算方法，详细论证了卧式罐设计储存液位高度的计算过程，并以某油库现场卧式罐为例将计算值与现场设定参数进行比较。计算结果表明：直径2.6 m，筒体长8.5 m的50 m3卧式罐10 min的进/出液位高度为0.37 m，其高液位报警高度为1.93 m，低液位报警高度为0.67 m，计算所得高、低液位报警高度与现场实际运行情况相符。

［1］李学恕, 钱炜. 浮顶储油罐液位报警器[J]. 油气储运, 1988, 7(2): 31.

［2］仰成, 朱成立, 邓琴. 卸油罐浮漂液位计的改造[J]. 油气田地面工程, 2012, 31(4): 68.

［3］GB 50074-2002, 石油库设计规范[S].

［4］GB 17681-1999, 易燃易爆罐区安全监控预警系统验收技术要求[S].

［5］SHT3007-2007, 石油化工储运系统罐区设计规范[S].

［6］刘显驰. 卧式圆柱形贮槽体积的简便计算法[J]. 石油化工, 1984, 13(1): 43-46.

［7］《化工设备设计手册》编写组. 材料与零部件（中）[M]. 上海:上海人民出版社, 1973：27.

Calculation of Liquid Level Height in Design of Oil Tank

YANG Mei，YANG Zhi-chao，LI Feng-xu，WANG Cheng-lin
（China Petroleum Engineering Co.,Ltd. Huabei Branch, Hebei Renqiu 062550，China）

For the purpose of production safety and economic safety, according to the requirement of the standard and specification, setting liquid level protection and alarm for oil tanks is required to make the operation of sending and receiving oil of the oil tank safe and stable. The key to achieve this goal is to accurately set the high and low height of liquid level alarm. In order to design the storage level of an oil tank, the calculation methods of high and low liquid level of fixed roof tanks and floating roof tanks were reviewed systematically, the maximum reduced height when oil flowed into/out a horizontal oil tank per unit interval was demonstrated by integral and iterative algorithm, and then the height of storage level in the horizontal oil tank was calculated. Taking a horizontal tank of oil deport as an example, the calculation result was compared with on-site set parameters. The results show that the calculated height of high and low liquid level alarm of a horizontal tank is compatible with the on-site operation condition.

Oil tank; Storage level; Level alarm; Horizontal tank

TQ 051

： A

： 1671-0460（2015）02-0405-03

2014-09-09

杨梅（1988-），女，河北任丘人，硕士，2013年硕士毕业于西南石油大学油气储运专业，现从事工艺设计工作。E-mail：yangmm653@163.com。