Определение уровня заполнения емкости танка

Цель работы. Ознакомление с методикой определения количества наливного груза в танке в зависимости от конкретных температурных условий и свойства груза.

Общие указания. Плотность наливных грузов зависит от температуры, поэтому одна и та же масса груза при разных температурах занимает разный объем, что может привести к разливу нефтепродуктов или нерациональному использованию емкости танков.

При наливе танки необходимо заполнить так, чтобы на переходе, при повышении температуры, объем нефтепродуктов не превысил объем танка и не было разлива. Разлив нефтепродуктов ведет к большим материальным потерям из-за уменьшения количества груза и штрафов за загрязнения окружающей среды.

С другой стороны, при максимальной температуре на переходе в танке не должно быть пустот, т. е. при загрузке танки должны быть заполнены до максимально возможной величины. Наличие недогрузки танков (пустот) приносит материальные потери (в меньшей степени, чем разлив), так как «перевозка воздуха» не оплачивается.

Т. о. необходимо прекратить загрузку танкера в определенный момент времени, когда его загрузка не превысила критических значений. Такая задача возникает только в том случае, когда груз вдальнейшем нагревается (из-за повышения температуры окружающей среды) и расширяется, т. е. при переходе из холодной зоны в более теплую. При переходе из теплой зоны в холодную, танкер просто загружается до своей грузоподъемности.

В любой случае танкер (отдельные танки) не загружается на весь свой объем, так как должен оставаться определенный свободный объем в расчете на расширение при «малом дыхании ».

Для определения момента окончания загрузки танкера необходимо определить количество Q (объем V) груза, который будет загружаться в каждый танк. В свою очередь Q (V) груза зависит от уровня заполнения отдельных танков.

Для определения уровня налива груза в танке необходимо:

знать плотность (r) при наливе и при максимальной температуре;

знать коэффициент объемного расширения наливного груза;

иметь калибровочные таблицы танков;

иметь надежные приборы для определения уровня груза.

Температура на переходе определяется по гидрометеорологическим прогнозам или по справочной литературе (Атласу океанов).

Каждому значению объема в калибровочной таблице соответствуют значения высоты уровня груза и пустоты. Поэтому вместо калибровочных таблиц можно использовать соответствующие калиброванные шкалы уровнемеров.

В справочной литературе и в документах на груз, как правило, приводится плотность при 20°С (r₂₀). Для ряда грузов в нормативных документах приведены таблицы изменения плотности (объема 1 т) в зависимости от температуры. Но часто возникает вопрос определения (перерасчета) плотности для нужной температуры. Пересчет для нужной (расчетной) температуры производится по следующей формуле:

r_р = r + b (t – t_р),

где r и r_р – соответственно плотность при известной и расчетной температуре, т/м³;

t и t_р – соответственно известная и расчетная температура, °С;

b – коэффициент объемного расширения груза, т/м³×град.

Коэффициенты объемного расширения наливных грузов b зависят от плотности, природы наливного груза и часто прилагаются к документам на груз.

Кроме того часто возникает отдельный вопрос о определении количества груза на танкере после его загрузки.

Количество груза, погруженного на борт танкера, как правило, определяется методом, согласно которому количество груза рассчитывают на основе определения объема и плотности груза. Для этого на каждом танкере имеются таблицы емкости грузовых танков, называемые иначе калибровочными. Таблицы рассчитываются по высоте уровня груза от кромки замерных трубок или от специальной отметки в смотровых глазках горловин грузовых танков. В последнем случае при замерах груза необходимо проверять, насколько плотно зажата крышка горловин танка, чтобы не допускать ошибок при замерах.

При помощи калибровочных таблиц объем груза определяют или замером пустот (ullages), или замером взлива (soundings). Замеры груза производят стальной рулеткой или метроштоком, на которых нанесены деления в сантиметрах и миллиметрах, либо специальной электронной рулеткой, позволяющей также измерять температуру груза.

Полученные в результате замеров значения пустот в каждом танке, а также значения температуры груза в каждом танке, используются в расчетах количества груза, погруженного на борт судна.

В отечественной практике температуру груза измеряют двумя способами: путем погружения термометра, вставленного в медный пенал, в середину высоты взлива груза в танке; путем измерения температуры в пробе груза, отбираемой согласно ГОСТ. Для точного определения температуры груза шкала термометра должна быть разбита на деления до 0,1 °С, так как на крупнотоннажном танкере при ошибке измерений температуры на 1 °С ошибка в определении количества груза может составить 10 – 20 тонн. Согласно сложившейся в международной практике методике для нефти при высоте взлива 3,5 метра и более замеры температуры производятся с пяти уровней. А именно, с одной десятой, трех десятых, пяти десятых, семи десятых и девяти десятых высоты взлива в танке. Если высота взлива меньше 3,5 метров, замеры производятся с трех уровней: одной шестой, трех шестых и пяти шестых высоты взлива. Все замеры температур выполняются с точностью до 0,1 °С, а затем усредняются.

В случае, когда по окончании погрузки у танкера имеется дифферент на корму или на нос, а также крен, необходимо ввести поправки на дифферент и крен к измеренным ранее пустотам. Поправки на дифферент и крен выбираются из судовых буклетов. А затем по откорректированным значениям пустот входят в калибровочные таблицы для определения значений объема груза в каждом танке. Помимо поправки на дифферент может быть ряд других поправок к значениям пустот, вводимых в расчет в зависимости от конструктивных особенностей каждого танкера. Так к ним относится поправка, учитывающая изменение положения точки отсчета пустоты по сравнению с используемой в калибровочных таблицах. Таким образом, эта поправка дает возможность продолжать пользоваться построечными калибровочными таблицами после конструктивных изменений.

Объем груза в каждом танке определяется по калибровочным таблицам, согласно откорректированным значениям пустот.

Очень трудно получить точное значение плотности на борту судна, особенно, если наблюдается температурное расслоение груза, т.е. температура груза по высоте изменяется. Достаточно представить себе трудности при определении плотности в танке размером 30х45х30 метров, с нижними слоями, погруженными в морскую воду и верхними слоями, нагретыми солнцем. В дополнение, танки могут подвергаться воздействию температуры соседних танков и их содержимого. Поэтому обычно у погрузочного терминала запрашивается официальная плотность продукта, который отбирается из берегового хранилища и анализируется, а затем используется во всех дальнейших судовых расчетах. Плотность, полученная у погрузочного и разгрузочного терминалов, конечно, будет отличаться, обычно при выгрузке это значение будет немного выше, вследствие некоторой потери легких фракций в процессе погрузки, во время рейса и при разгрузке. Такая разница в плотности непосредственно повлияет на измеренный вес, однако на измеренный объем груза эта разница мало повлияет. Так как температура груза в каждом из танков отличается, то соответственно и плотность груза в каждом танке будет отличаться, а также будет отличаться от официальной плотности груза при так называемой нормальной температуре (по ГОСТу за нормальную температуру принимается +20 °С).

Расчет количества нефти и нефтепродуктов, погруженных на борт, имеет некоторые особенности. Так перед определением количества груза необходимо, прежде всего, установить, имеется ли в танках вода. При обнаружении воды в танках определяют высоту взлива, а затем по калибровочным таблицам объем. В случае, когда судно имеет дифферент или крен, значения пустот должны быть откорректированы. При расчете количества погруженного груза найденный объем воды исключают из общего объема груза.

Когда получено значение количества груза, погруженного на борт необходимо сравнить это значение со значением количества груза, предоставленным погрузочным терминалом. Если есть расхождение между значением количества груза, рассчитанным на судне и полученным от терминала, необходимо провести исследование причин данного расхождения. Данная ошибка ликвидируется использованием специального поправочного коэффициента, называемого VEF (vessel’s experience factor).

Порядок выполнения работы. В соответствии с заданным вариантом определяем:

номер заданного танка;

температуру груза при наливе (t_н), °С;

максимальную температуру груза на переходе (t_max), °С;

плотность груза по справочнику (r₂₀), т/м³.

В зависимости от плотности груза r₂₀ по табл. 10 определяем коэффициент объемного расширения b.

Для этого находим в табл. 10 строку с двумя значениями r, между которыми попадает заданное значение r₂₀, и, напротив, из колонки b выбираем его значение.

Таблица 10

Коэффициенты объемного расширения нефтепродуктов

Зная температуры при наливе t_н и максимальную на переходе t_max, рассчитываем плотность при наливе r_н и максимальной температуре r_max, т/м³:

r_max = r₂₀ + b × (20 – t_max);

r_н = r₂₀ + b × (20 – t_н).

По калибровочным таблицам танков (табл. 11) находим для заданного танка максимальный объем V^max, который может занять груз при t_max.

Для этого в табл. 11 находится заданный танк и в соответствующей колонке объема (емкости) выбирается максимальное (наибольшее) значение из всех приведенных.

Определяем расчетную массу груза Q^р при этой температуре, т:

Q^р = V^max × r_max.

Так как количество (масса) груза от температуры не зависит, то можем определить объем груза при наливе V^н, м³:

V^н = Q / r_н.

В калибровочной таблице находим (выписываем) табличный объем V^т (м³), значение которого наиболее близкое к рассчитанному объему V^н. Для этого в табл. 11 для заданного танка в колонке объема (емкости) находим два ближайших (соседних) объема, между которыми находится значение V^н. Сначала находим разницу между V^н и верхним значением, затем между V^н и нижним. То значение, разница между которым наименьшая, и будет V^т.

По строке, соответствующей V^т, определяем (выписываем) табличные значения:

высоты уровня груза h_у^т, м;

высоты пустоты h_п^т, м;

количество м³, которое надо залить (слить) в танк, чтобы уровень груза изменился на 1 см n, м³/см.

Определяем приращение рассчитанного объема к табличному DV, м³:

DV = V^н – V^т.

Так как V^т может быть как больше, так и меньше V^н, то значение DV может иметь как положительный, так и отрицательный знак.

Определяем приращение высоты налива, см:

Dh = DV / n.

Наличие отрицательного (положительного) знака у DV и Dh говорит о направлении действия:

если DV и Dh имеют положительный знак, то чтобы получить из V^т, h_у^т и h_п^т расчетные значения, к ним надо прибавить соответствующие приращение;

если DV и Dh имеют отрицательный знак, то чтобы получить из V^т, h_у^т и h_п^т расчетные значения, от них надо отнять соответствующие приращение.

Тогда значение высоты уровня груза (h_у) и пустоты (h_п) при наливе определяем из выражения, м:

h_у = (h_у^т + Dh); h_п = (h_п^т – Dh).

При определении h_у и h_п следует обратить особое внимание на знак и размерность слагаемых (вычитаемых) величин.

Таблица 11

Калибровочные таблицы емкости танков