排污罐排污量便捷计算的研究与应用

迟百川，李明丹，屈大鹏，张勇，沈卫凯，宿彦通

(中国石油化工股份有限公司 天然气榆济管道分公司，山东 济南 250101)

排污罐排污量便捷计算的研究与应用

迟百川，李明丹，屈大鹏，张勇，沈卫凯，宿彦通

(中国石油化工股份有限公司 天然气榆济管道分公司，山东 济南 250101)

为降低管道排污罐风险隐患及运行成本，提高生产便利度，建立新的数学模型及计算公式。经理论和实际验证，该计算方式更加符合现场的实际需求，同时借助VS编程软件，做出可视化界面，使得排污量的计算方便快捷，很好地解决了排污罐在实际生产运行中存在的问题。

排污罐 容积计算 模型 可视化界面

在石化生产中，常使用椭圆形封头储槽储存物料，但没有具体的计算公式来确定容积与液位的对应关系，这既对设备的运行造成不便，也存在一定的危险隐患[1-2]。某管道公司的排污罐作为椭圆形封头储槽的一种[3]，主要用于收集站内过滤设备[4]排出的粉尘和残液，待到达一定液位后装车处理。虽然储槽上装有液位计，却只能粗略计算液位与容积的对应关系，这对日常生产带来了很大不便，并伴有一定的安全风险。

因此，本文对以上问题展开研究。首先建立模型并进行数学推导，得出卧式椭圆形封头储槽容积与液位对应关系；然后根据排污罐的具体参数得出计算公式，并与原有的计算方式进行对比，确定出更适合的计算方式；借助VS编程软件[5 - 6]，做出可视化界面，使得场站排污量计算更加简洁方便。

1 椭圆形封头储槽计算公式推导

卧式椭圆形封头储槽结构如图1所示，假设储槽筒体直径为2R，曲边高度为H，直筒长度为L，液位高度为h。阴影部分表示液位高度为h时所对应的容积V。

图1 卧式椭圆形封头储槽结构示意

为便于公式推导，可将图1拆分成2个容器： 1个是半径为R，筒体长度为L的卧式平封头容器，如图2所示；1个是半径为R，曲边高度为H的椭球体，如图3所示[1]。

图2 平封头储槽 结构示意

图3 椭球体 结构示意

1.1 卧式平封头储槽容积与液位的关系

卧式平封头储槽容积与液位的关系，可分两种情况进行推导： 当hR时，平封头储槽截面如图4b)所示。通过计算可得出卧式平封头储槽容积V1与液位高度h的对应关系为

V1=L{R2[π/2+arcsin((h-R)/R)]+

(1)

图4 平封头储槽截面示意

1.2 椭球体容积与液位的关系

图5 椭球体剖面示意

πHh(2R-h)/R

(2)

因此，当液位高度为h时，椭圆体内物料容积V2为

[(Rh2-h3/3)πH]/R

(3)

则卧式带椭圆形封头储槽容积V与h的关系可表示为

V=V1+V2=L{R2[π/2+arcsin((h-R)/h)]+

(4)

2 排污罐计算实例

该管道公司的排污罐为φ1 600mm×4 362mm的卧式椭圆形封头储槽，椭圆形封头曲边高度H=0.40 m；储槽半径R=0.80 m；直筒长度L=3.55 m。该排污罐属于一类压力容器[7-8]，并且其顶部装有先导式安全阀[9 -10]，起跳压力为0.48 MPa。

2.1 改造前后两种计算方式的比较

将具体参数带入式(4)中，则改造后排污罐容积V与液位h关系可表示为

(5)

而改造前的排污罐容积计算方式为

V=V总h/H总

(6)

式中：V总——排污罐总体积，V总=8.2 m3；H总——排污罐总高度，H总=1.6 m;当0.3m≤h≤1.3 m时，对两种计算方式进行比较，如图6所示。

图6 排污罐改造前后两种计算方式比较示意

从图6可以看出： 当h=0.80 m时，两种计算方式的结果相同；但当h<0.80 m时，改造前相对应的数值高于改造后的数值；当h>0.80 m时，改造前相对应的数值低于改造后的数值。这主要是由于排污罐是1个椭圆形的封头储槽，表明改造后的容积计算更加精确，更适合场站的实际需要。

2.2 基于Visual Studio的排污量计算

为提高场站的科学化管理水平，确保排污量的计算简洁方便、准确无误，本文借助VS编程软件，并基于式(5)进行可视化编程，流程如图7所示。为避免液位输入其他字符，需对输入进行判断，确定是否为阿拉伯数字。

图7 计算排污量编写程序流程示意

同时，在编程环境里，可对界面的各个参数进行调节，也可更改内部公式，使其适用于各种椭圆形封头储槽，确保程序的灵活性更高，可扩展性更好。图8为实际运用过程中的界面，输入起始及最终液位，便可得到对应的体积及排污量。经实际验证，该软件运行平稳可靠，其计算出的结果完全满足实际要求。

图8 排污量计算可视化界面示意

3 结束语

作为生产过程中不可或缺的设备之一，排污罐在石化行业生产中的作用至关重要。笔者对某管道公司的排污罐展开研究，将原有排污量的计算方式进行改进，并借助VS编程软件，开发出了可视化界面，解决了场站排污量无法精确计算的问题，

降低了排污罐在生产过程中存在的风险及成本，提高了场站的科学化管理水平。

[1] 李永昌.如何计算卧式椭圆形封头储槽给定液位的物料体积[J].浙江化工，2008，39(01)： 26-27.

[2] 高永宝.卧式椭圆形封头储槽计量容积的计算[J].氯碱工业，2001(02)： 39-40.

[3] 史博会，全恺，乔国春，等.榆济输气管道水合物冰堵防治措施[J].油气储运，2014，33(03)： 274-278.

[4] 姬忠礼.天然气输送用过滤分离设备性能测定与分析[J].中国石油大学学报(自然科学版)，2013，37(05)： 145-150.

[5] 高璐，马玉志.浅谈Microsoft Visual Studio 2010新特性[J].黑龙江科技信息，2010(32)： 96.

[6] 冉林仓.Visual Studio十年磨一剑[J].程序员，2007(05)： 120-123.

[7] 郑津洋，吴琳琳，寿比南，等.《固定式压力容器安全技术监察规程》压力容器分类[J].压力容器，2009，26(05)： 1-5.

[8] 陈学东，崔军，章小浒，等.我国压力容器设计、制造和维护十年回顾与展望[J].压力容器，2012，29(12)： 1-23.

[9] 方学锋，蔡文生.先导式安全阀动作原理及应用失效分析[J].化工机械，2010(04)： 493-495.

[10] 张衡，陈红燕.先导式安全阀在输气站场中的选型应用[J].管道技术与设备，2013(04)： 35-36.

迟百川(1990—)，男，辽宁本溪人，2015年毕业于辽宁石油化工大学控制理论与控制工程专业，获硕士学位，现就职于中石化天然气榆济管道分公司，从事石油天然气仪表、控制系统的设计研究工作，任助理工程师。

TP277.2

B

1007-7324(2017)03-0067-03

稿件收到日期： 2017-01-17，修改稿收到日期： 2017-03-06。