浅析低温乙烯静态计量方法

滕志芳 许坤仙

(中国石化镇海炼化分公司计量中心，宁波 315207)



浅析低温乙烯静态计量方法

滕志芳 许坤仙

(中国石化镇海炼化分公司计量中心，宁波 315207)

大型低温储罐因其安全可靠性高、储存量大、节省投资,在国际上得到广泛应用，但如何准确计量难度较大。本文浅析低温乙烯静态计量方法，并参照案例提供了计算方法。

低温乙烯；乙烯；液位；温度；计算；质量

0 引言

乙烯是石油化工基础原料之一，乙烯低温储罐因其安全可靠性高、储存量大、节省投资,在国际上得到广泛应用，工业生产是在接近常压和-103℃的条件下将乙烯储存在低温储罐。近年来,国内也先后引进建造了数台大型乙烯、石油液化气、天然气、丙烯低温储罐，但一直没有低温乙烯静态计量的国内标准，因此，确定正确、统一的计量计算方法势在必行。本人在学习理解国内外低温乙烯静态计量方法和标准的基础上，归纳、总结、提炼通俗易懂的计量方法。

1 低温乙烯静态计量方法

1.1 乙烯低温储罐液位和温度测量

1.1.1 液位测量

液化乙烯的超大型低温储罐无法配置人工液位测量装置，一般配备一套主液位测量装置和1套辅助液位测量装置。两套测量装置分别基于两种不同的工作原理，主液位测量装置发生故障时使用辅助液位测量装置。通常装有一套伺服液位计、一套雷达液位计。低温乙烯罐伺服液位计、雷达液位计较多选用Enraf。分析液位测量原理，低温液体的雾化对雷达测量的影响也会导致伺服液位的钢丝长度发生变化。因此，两种液位测量方法均存在一定测量误差。初次投用时，建议伺服液位计参考雷达液位计数据调整后，将伺服液位计作为主液位测量装置。

1.1.2 温度测量

ISO 8310规定了冷冻轻烃流体液相和气相温度测量的方法,有电阻温度计和热电偶两种。考虑到大型乙烯低温储罐内液体有可能分为不同温度层与不同密度层，目前国内3万m3低温储罐多配备4组多点平均温度，分别位于低温储罐两侧、中间、底部，每组平均温度各有8个左右的温度测量点。根据低温储罐液位测量高度，自动计算低温储罐内液体与气体平均温度。

1.2 乙烯低温储罐罐量计算

1.2.1 液相量计算

1.2.1.1 计算液相体积

由测得的液位高度直接查罐容积表，求得低温液相乙烯表载体积Vt。因国内至今未有冷冻罐罐壁修正方法，参考GB/T 19779—2005《石油和液体石油产品油量计算 静态计量》中6.1.4 罐壁温度对标定容积的影响，对表载体积Vt进行修正。

VL=Vt×[1+2a (Ta-20)]

式中：VL为液相体积，m3；Vt为液相表载体积，m3；Ta为罐壁温度(保冷罐，将罐内油品平均温度代替罐壁温度)，℃；a 为罐材体膨胀系数(低温乙烯罐材料为X12Ni5低碳合金钢，低温膨胀系数0.0000085℃-1)。

1.2.1.2 确定液体密度

参考相关资料，低温乙烯物性见表1。

1.2.1.3 计算真空中质量

参考ISO 6578《冷烃液-静态测量-计算方法》：

mL=ρL×VL

式中：mL为液相乙烯真空中质量，kg；ρL为液体密度，kg/m3；VL为液体的实际体积，m3。

1.2.1.4 计算空气中质量

ML=mL×F

式中：ML为液相乙烯空气中质量，kg；F为真空中质量折算成空气中质量换算系数,见表2。

表1 乙烯物性参数表(部分)

表2 真空中质量折算成空气中质量换算系数

1.2.2 气相油量计算

1.2.2.1 气相体积计算

VS=(Vb-Vt)×[1+2a (Ta-20)]

式中：VS为储罐气相体积，m3；Vb为罐总容积，m3；Vt为液体表载体积，m3；Ta为罐壁温度(保冷罐，以罐内油品平均温度代替罐壁温度)，℃；a 为罐材体膨胀系数(低温乙烯罐材料为X12Ni5低碳合金钢，低温体膨胀系数取0.0000085℃-1)

1.2.2.2 气相乙烯真空质量计算

参考ISO 6578 《冷烃液- 静态测量- 计算方法》：

ms=ρs×Vs

式中：ρs为实际温度、压力下的气体密度，kg/m3；Vs为气相体积，m3。

1.2.2.3 空气中质量计算

Ms=ms×F

式中：Ms为气相乙烯空气中质量，kg；F为真空中质量折算成空气中质量换算系数。

1.2.2.4 低温乙烯总量计算

M=Ms+ML

式中：M为低温储罐中乙烯总质量，kg；Ms为罐中气体总质量，kg；ML为罐中液体总质量，kg。

2 低温乙烯静态计量实例

2.1 测量数据

主液位测得油高：10.134m；液相平均温度：-101.60℃；气相平均温度：-100℃；气相压力：12.140kPa。

查罐容表，表载体积Vt=14560.040m3,罐总容积Vb=19988.480m3

2.2 液相乙烯质量计算

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 气相乙烯质量计算

VS=(Vb—Vt)×[1+2a (Ta-20)]

=(19988.480-14560.040)×

[1+2×0.0000085(-100-20)]

=5317.700m3

查表得：-100℃、压力1275.682kPa时密度为2.567kg/m3。

经压力修正后：

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 低温乙烯总量计算

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

3 结束语

本文对低温乙烯静态计量方法进行探讨，以下问题需关注：

1)伺服液位计的读数因受悬挂浮子钢丝的收缩应力影响，应进行适当的补偿，且因低温储罐结构所限，无法采用人工测尺校准。根据GB/T 24961—2010《冷冻轻烃液体 液化气储罐内液位测量 浮子式液位计》中描述绝对误差可达±2mm，补偿方法还需深入研究。

2)大量事实表明：任何存有冷烃液的储罐气相空间的温度梯度都很大。这些温度梯度有可能不是线性的。特别是低液位时，气相温度测量点较少，使得气体温度测量误差较大，产生计量误差。

3)热电偶/电阻虽经检定合格，但受检定条件限制，仍无法给出-100℃温度测量修正值。据部分资料介绍，温度测量误差可达±1℃。

4)冷烃液的体膨胀温度系数很大，乙烯约在0.30%/℃，温度测量误差是测量误差的主要原因，因此测温设备的选择与使用需经确认。

[1] 田铁军.金属罐内石油产品的质量计算[J].计量技术,2001(3)

[2] ISO 6578 冷烃液-静态测量-计算方法

[3] GB/T 24961—2010冷冻轻烃液体液化气储罐内液位测量浮子式液位计

[4] ISO 8310冷冻轻烃液体液化气储罐内温度测量

[5] GB/T 19779—2005石油和液体石油产品油量计算静态计量

10.3969/j.issn.1000-0771.2015.07.13