双盘式外浮顶浸没高度对计量准确性的影响
2019-01-08上海市计量测试技术研究院
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0 引言
立式金属罐是石油化工等液体产品贸易结算的计量器具。双盘式外浮顶罐通常用于存储诸如原油等有挥发性的油品，外浮顶随着储液水平上升或下降。相对于拱顶罐来说，油品没有蒸发的空间。蒸发不仅造成了油品的损耗，同时又污染了环境。易燃介质与空气混合比达到一定极限后容易产生闪爆。外浮顶罐浮盘起浮之后，由于受液体浮力的影响，如果计算不准确，浸没的体积与对应的高度会存在一定的偏差，引起罐的容量表与实际情况有差异，影响计量准确度。因此，浮盘浸没高度的计算对容积表的编制和使用具有十分积极的作用。
1 双盘式外浮顶罐
1.1 双盘式外浮顶的结构
双盘式外浮顶罐广泛应用在容积100 000 m3的原油储罐中。浮盘由钢板焊接而成。从结构设计的角度来看，由上盘板、下盘板和船舱边缘板所组成，由径向隔板和环向隔板隔成若干独立的环形舱。外浮顶罐上端是敞开的，不再另设顶盖。浮顶的顶板直接与大气接触。外浮顶下端因安全需求和检修需要，设计了配套设备。
1）排水管：外浮顶罐的浮顶直接暴露于大气中，落在浮顶上的雨雪不及时排除就有可能造成浮顶沉没。排水管就是为了及时排放汇集于浮顶上的雨水而设置的。排水管上端和集水坑相连，下端和通向罐外的排水阀相连。浮顶上的雨水，集中于集水坑，通过排水管，排向罐外而不污染油品。
2）浮顶立柱：浮顶下设有管式支柱，环向分布安装于浮顶下部。浮顶立柱的作用，一是避免液面较低时浮船与罐内的加热盘管等附件相撞，二是为了检修时支撑浮顶，当浮顶降到最低位置时有足够的空间。
1.2 双盘式外浮顶通常的计算方法
由立式金属罐容量检定规程（JJG 168-2005）附录D可知：
双盘式外浮顶的计算分为：
（1）浸没深度计算
（2）浸没体积计算
（3）浮顶质量计算
（4）浮顶起止点计算
外浮顶受液体浮力的影响，有一定的浸没高度。浸没高度的测量准确与否直接影响容量计量的准确度。但检定规程对于外浮顶浸没高度的测量方法和浸没高度的计算方法介绍并不详细。
2 双盘式外浮顶测量（几何测量法）
结合实际的工作经验，提出了双盘式外浮顶的测量方法，可以较方便、准确地通过几何测量的方法计算出浮顶的浸没高度。
2.1 测量方法
图1为双盘式外浮顶测量示意图，把双盘式外浮顶看成近似于圆锥体V锥（反圆锥体V反锥）与圆柱体V柱的组合，下端有随浮顶一起移动的附件V附加。
1）采用容量比较法测量浮顶质量或竣工图纸标注的浮顶质量M。
2）实际使用时，液体的平均密度ρ。
3）将浮顶下端周长分成八等份，在此八个半径方向上，用水准仪逐次测量出浮顶外沿和中心的倒尺标高，浮顶外沿八个数据取平均值，与中心倒尺相比较，最小值作为浮顶最低点，与计量基准点的标高之和，作为浮顶最低点的高度H起。
（1）如果浮顶中心位置为最低点，则浮顶下端近似是由圆锥与圆柱的的形状组成V锥。
（2）如果浮顶外沿位置为最低点，则浮顶下端近似是由反圆锥与圆柱的形状组成V反锥。
4）测量浮船距离罐壁的间距L1
5）测量能随浮顶移动的附件体积，例如（集水坑，移动排水管，浮顶立柱，平衡锤支架等）V附加
2.2 计算方法
1）浸没体积计算
式中：M—— 浮顶的质量；
ρ—— 罐内液体的密度
式中：V附加—— 随浮顶移动的附件体积之和；
V锥(V反锥) —— 浮顶圆锥（反圆锥）部分的体积
式中：V柱—— 受浮力影响，浮顶圆柱部分还需要浸没的体积
式中：S浮顶—— 浮顶的表面积
2）浮顶止点计算
图1 双盘式外浮顶测量示意图
2.3 实例
以广西某罐区TK-1A-13号100 000 m3双盘式外浮顶罐为例。浮盘质量M= 427 744 kg，ρ= 0.86 g/cm3。
通过测量得：第一圈板内半径R1= 40 002 mm,浮盘距罐壁的间距δ= 241 mm,浮盘中心为最低点，起点高度为1 760 mm，浮盘外沿高度为1 811 mm，V附加= 2 551 L。
通过计算得：
浮盘起点高为1 760 mm。通过几何测量计算得到浮盘的浸没高度为184 mm，则浮盘起止点（1 760～ 1 944 mm）。
按照检定规程要求，检定结果及说明页上与浮顶有关的说明为：
1）液位高度在 1.760～1.944 m时不得作为计量的依据。
2）浮顶质量M= 427 744 kg。当液位高度在1.944 m以上进行油量计算时，如果按体积计算，则应从标准体积中扣除浮顶浸没于液体的体积V浸=M/(ρ20-0.001 1)。如果按表观质量计算，应从表观质量中扣除浮顶质量M。
由此可知，浮盘的起点高度为1.760 m，浮盘的止点高度为1.944 m。
3 结语
双盘式外浮顶受液体浮力的影响，浮顶会有浸没的深度，检定结果说明页中需给出浮顶的浸没起止点，在浸没区间内不得作为计量的依据。浮顶浸没起止点的确认会直接影响到罐容量的计量准确度。以100 000 m3罐为例，罐的总高大概为20 m，则每1 mm高度对应的容量为5 m3。如果浸没区间给得过小，则与实际情况不符，造成偏差。如果浸没区间给得过大，则不得作为计量依据的区间过大，影响客户的使用。因此，浮盘浸没高度的计算对容量表的编制和使用具有十分积极的作用。
