卧式储罐液位与液体体积的关系

孙孟洋，曹增力

（1 辽宁大唐国际阜新煤制天然气有限责任公司，辽宁阜新123000；2 辽宁省煤制天然气工程技术研究中心，辽宁阜新123000；3 辽宁省煤制天然气工程研究中心，辽宁阜新123000；4 辽宁大唐国际阜新煤制天然气有限责任公司企业博士后科研基地，辽宁阜新123000）

卧式储罐由于高度低、易于清洗、易于维护、操作简单等诸多优点，在工业生产中有着大量应用。尤其是水处理工业中的酸、碱储罐，以卧式罐居多。但是在生产操作中，由于卧式储罐的自身限制，储罐内液位高度和剩余液体量成非线性正相关。因此，难以从液位变化直接判断出储罐内剩余溶液量的变化。

若能够较为准确描述卧式储罐内溶液的体积，便能较为准确对其中存留溶液的体积和质量进行描述，为生产用量提供依据。如用碱对纤维束和沸石反洗时，需要要控制反洗水的p H值为11左右，需要准确把握浓碱液的投加体积［1］。建立合理的模型对卧式储罐中溶液体积进行描述，在实际生产中意义重大。

1 理论分析

卧式储罐基本结构如图1［2］。

图1 卧式储罐图

酸、碱卧式储罐一般在端面设置磁翻板液位计，本文通过建立模型，对液位计读数和储罐内剩余液体体积进行定量分析，并建立相应公式，通过理论分析和实际操作进行对照，分析液位和剩余溶液量的关系。

由于卧式储罐筒体长度远大于封头部分的长度，在建立模型时，将储罐简化为圆柱体进行分析；卧式储罐水平布置，则液体体积和液体截面面积线性正相关［3］。碱罐液位见图2。

图2 碱罐液位示意图 （从端面看）

由图2可见，储罐内半径R，液位计零读数距筒体内壁底面距离为h0，设液面距储罐中心为h，对应∠AOC角度为α，二者关系如式 （1）、式（2）。

在计算出ABED的面积后即可计算出储罐中的碱液体积。

储罐长度为L，当实际液位高于储罐中心时，储罐内液位计读数H1和碱液体积V1可通过式（7）得出如下。

当实际液位低于储罐中心时，储罐内液位计读数H1和储罐内碱液体积V2

2 实际应用

某工厂水处理车间碱液储罐为玻璃钢卧式储罐，内储存40%NaOH溶液。碱液靠重力流进入待碱洗的过滤器，过滤器一次碱洗需进NaOH溶液200 kg。储罐设液位计为磁翻板液位计，具体如图3。

图3 碱罐基本尺寸示意图

碱液储罐外径φ2000，壁厚δ20 mm，内径φ1960 mm，储罐长度为4000 mm。液位计读数零点距储罐内壁底端距离为280 mm，量程1400 mm，精度为10 mm。

则对应上述公式：

则可计算出液位计读数和罐内碱液体积的关系，见表1。

表1 液位计读数和碱液体积对应关系表

该车间用的40%NaOH溶液密度为1.33 kg／L，因此可计算得出液位差和碱液量变化的关系。

表2 位计读数和碱液质量对应关系表

3 结 论

通过上文分析，可以通过建立数据表形式一一列出液位计读数和剩余碱液的质量关系，在操作时通过简单计算便可知道需要消耗碱液对应的液位下降值，便于实际生产操作。经实际比对，这样可以将误差控制在5%以内。

经过上述计算和分析，可以得出液位计读数和剩余碱液质量的对应关系，但此计算模型有一定局限。

（1）理论模型计算和实际有一定误差，此误差不能通过系数进行修正，但此误差不大于4.5%；

（2）由于磁翻板液位计在使用中的误差和观察角度不同，也会带来一定的误差；

（3）由于磁翻板液位计精度问题，很多时候液位变化前后不能读出准确刻度，需要一定的经验进行估读。

因此，通过建立数据对应表的方法进行碱液用量计算，可以用于碱液稀释后进行过滤器冲洗，树脂再生［6］等对p H值要求不严工序。如果对p H值精度要求较高，最好采用出口计量泵或流量变送器等精度较高的仪器［7］。

［1］ 张林生.水的深度处理与回用技术 ［M］.北京：化学工业出版社，2004.

［2］郭立功.储罐计量［M］.北京：中国计量出版社，2010.

［3］ 张小青，朱光，侯妙乐，等.基于四面体的不规则表面文物体积计算［J］.测绘通报，2011，（10）：50－52.

［4］ 司书红，华枫，武君.侧卧直圆筒 （两端为球冠）油罐体内高度与体积关系研究［J］.自动化与仪器仪表，2011（04）：182－183.

［5］ 同济大学数学系.高等数学 ［M］.北京：高等教育出版社，2007.

［6］ 宋业林.新编化学水处理技术问答 ［M］.北京：中国石化出版社，2010.

［7］ 厉玉鸣.化工仪表及自动化 ［M］.北京：化学工业出版社，2006.