ОБЩИЕ ПРАВИЛА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЕСА ГРУЗА

Весом тела называют силу, с которой тело вследствие его притяжения к Земле действует на горизонтальную опору или подвес:

Р = т • g.

Поскольку на все тела, находящиеся в атмосфере Земли, действует выталкивающая сила Архимеда со стороны воздуха, то вес тела будет меньше на величину выталкивающей силы воздуха. При стандартной процедуре взвешива­ния вес тела определяется путем сравнения весов стандартной массы (эталона) уравновешивающей плечи весов, и массы данного тела с помощью рычажных или пружинных весов.

При подсчете количества сжиженных газов, погруженных на борт судна, также используют понятие «вес груза в воздухе», хотя в грузовом танке воздух отсутствует и груз поступает на борт «под пары».

Предположим, что имеется возможность взвесить герметичную цистерну, заполненную парами груза, с помощью рычажных весов и эталона. В таком случае находят вес цистерны и ее содержимого РВ в воздухе. После заполнения цистерны сжиженным газом произведем повторное взвешивание, в результате которого опять определим общий вес в воздухе цистерны и ее содержимого W1 При заполнении цистерны сжиженным газом не происходит вытеснения воздуха грузом, поскольку весь объем цистерны был первоначально заполнен парами груза. Следовательно, разница весов цистерны до погрузки и после нее даст нам вес груза без учета воздействия Архимедовой силы со стороны воздуха, т. е. точное представление о массе погруженного груза. И это было бы так, если бы не воздействие Архиме­довой силы на эталонный вес, уравновешивающий плечи весов.

В качестве эталона веса используется бронза плотностью 8000 кг/м³, плотность р воздуха при стандартных условиях (давлении 1013 мбар и температуре 20° С) составляет 1,2 кг/м³. Поэтому для уравновешивания взвешивае­мого количества груза М (компенсации Архимедовой силы) потребуется дополнительно некоторое количество эта­лонного веса:

V= М

Дополнительная масса эталона

М=V • р = V • 1,2 = M • 1,2 = 0,00015 • М кг.

Тогда можно записать в виде

W1 – W2 = (1+ 0,00015) • М или М = 0,99985 • (W1 – W2).

Коэффициент 0,99985 является универсальным и не зависит от типа весов, использованных при взвешива­нии, количества груза, соотношения жидкостной и паровой фазы груза или от используемых единиц измерения при подсчете. Величина 1,00015 • (ρ — 1,2) представляет собой переводной коэффициент между весом и объёмом, где р — плотность груза. Этот коэффициент меняется в зависимости от плотности жидкости (табл. 29).

Пересчет массы погруженного груза в вес в воздухе осуществляется с помощью переводных коэффициентов табл. 56 ASTM (табл. 30).

Детальная проверка таблиц ASTM 56 показывает, что переводные коэффициенты не следуют абсолютно точно вышеприведенным соотношениям, однако средняя величина для диапазона плотностей постоянна. Для определения плотности груза в воздухе при практических расчетах достаточно от величины стандартной плотности при 15°С (кг/м³) вычесть величину1,1. Погрешность при таких расчетах настолько мала, что ею можно пренебречь.

Таблица 29. Зависимость переводного коэффициента от плотности

Таблица 30. ASTM 56 (short table)

Дм практических расчетов (в диапазоне плотностей от 0,5 кг/л до 0,7 кг/л) используется соотношение:

Плотность в воздухе = плотность в вакууме — 1,1(кг/м³)

Определение общего количества груза в танке сводится к определению массы жидкой части груза и массы его газовой части. Сложность заключается в том, что эти массы должны быть определены при одинаковых условиях. На практике определение массы груза осуществляется двумя методами:

• приведением объема к некоторой стандартной величине при температуре 15°С с использованием специальных переводных коэффициентов из таблиц ASTM;

• по известной плотности и объему при соответствующей температуре, а затем переводом в вес в воздухе с помощью таблиц.

С научной точки зрения использование реальной плотности при подсчете массы не является правильным. Однако на практике очень многие грузоотправители используют реальную плотность в своих расчетах.

Использование известной фактической плотности. Этот метод применяется в основном при перевозке чистых газов или продуктов с незначительным количеством примесей других газов в его составе. Точную плотность груза при данной температуре указывает терминал на основании измерений фактической плотности груза в береговом резервуа­ре при помощи денсиметра. После чего плотность, определенная лабораторным путем, пересчитывается в плотность при стандартной температуре (15°С, 20°С и т. д.) или рассчитываются поправки к плотности на каждый градус измене­ния температуры в зависимости от того, какая методика подсчета используется. Чтобы определить массу груза, надо рассчитанный объем груза при данной температуре умножить на известное значение плотности при той же температу­ре. Массу газовой части рассчитывают, умножая откорректированное значение объема газовой фазы на плотность перегретых паров газа (ее выбирают из графика «Плотность перегретых паров» или из соответствующих таблиц). Этот метод применим в основном к таким газам, как аммиак, этилен, бутадиен и некоторым другим, которые не содержат примесей и для которых могут быть произведены расчеты (графические или табличные) зависимости плотности и давления паров от температуры груза. Обычно отправитель предоставляет судну такие таблицы.

По методу ASTM D 1657. Для определения плотности используется специальный прибор, представляющий собой стеклянный или пластиковый цилиндр, способный при температуре 15°С выдерживать давление 15 бар. Внутри цилин­дра располагается денсиметр. Жидкий газ закачивается в цилиндр через систему клапанов, после чего снимают пока­зания термометра и денсиметра. Плотность, определенную таким образом, можно корректировать на заданную тем­пературу, используя таблицы ASTM 53 В (для приведения полученной плотности к стандартной величине при 15°С) или 23 В (для приведения плотности к стандартной величине относительной плотности при 60/60F).

По методу ASTM D 2598. Основан на определении плотности смеси газов с помощью их хромографического анали­за. Хромограф позволяет точно установить фракционный состав газа, после чего рассчитывают процентное содержание в смеси каждого компонента и по формуле определяют относительную плотность каждого из них и смеси в целом:

N

Отн. плотность (60/60°F) = ∑ Отн. плотность i (60/60 F°) • С i,

i=1 100

где Сi — концентрация компонента i в объеме жидкости, %.

Ниже приведены значения относительной плотности компонентов коммерческого пропана, который представляет собой смесь целого ряда газов.

Относительная плотность компонентов коммерческого пропана

По формуле Фрэнсиса. В общем случае плотность смеси углеводородов, находящихся при температуре кипения при атмосферном давлении, подсчитывают по формуле Фрэнсиса. Она позволяет определить линейную зависимость плотности жидкости от ее температуры. Правда, использовать эту формулу можно только в нешироком дижаювяе температур: от 30°С до -60°С:

ρ = ∑xi Mi

∑xi Vi

где ρ — плотность при t °С, кг/м³; хi — молярное содержание компонента; Мi — молярная масса компонента; Vi — молярный объем компонента.

Для температурного диапазона от 30°С до -60°С молярный объем определяют по формуле

Vi = Mi,

{A – (B x t) - [C: (E – t)]}

где t — температура смеси,°С; А, В, С и Е — константы для каждого компонента, значения которых приведены в табл. 31.

Таблица 31. Константы, используемые в формуле Фрэнсиса

Самый простой способ рассчитать плотность смеси газов — предположить, что смесь идеальна. Тогда плотность определяется по массовым соотношениям молярных объемов каждого компонента в отдельности. Метод ASTM D 2598 на таком предположении и основан, однако при расчете не принимается во внимание эффект смешивания различных молекул в жидкости. Когда LPG грузится в танк или выгружается из танка, давление в нем будет или выше или ниже давления насыщенных паров груза. Однако это изменение плотности вследствие изменения давления не учитывается в способе ASTM D 2598, поэтому плотность различных грузов целесообразно округлять разными методами (табл. 32).

Таблица 32. Рекомендованные методы подсчета для различных грузов

Здесь цифры в скобках означают ссылки на техническую литературу, в которой приведены рекомендованные спо­собы подсчета груза, основные термодинамические параметры сжиженных газов.

(1) a) Costald / Corresponding State Liquid Density / R. W. Hankinson, G. H. Thomson // Hydrocarbon processing. 1979.09.

b) An improved correlation for densities of compressed liquids and liquid mixtures / R. W. Hankinson, G. H. Thomson, K. R. Brobst // AICME journal. 1982. Vol. 28. No. 4. 07.

(2) API Technical Data Book / 6.B1.1 / 1966(1979).

(3) International Thermodynamic Table of the Fluid State, Ethylene (UIPAC) / S. Angus, B. Armstrong, K. M. de Reuck, W. Featherstone, M. R. Gibson // Butterworths. London. 1972.

(4) International Thermodynamic Tables of Fluid State, Propylene (UIPAC) / S. Angus, B. Armstrong, K. M. de Reuck. — Pergamon Press. 1980.

(5) VDI - Forsch Heft 596 / /. Ahrendts, H. D. Baehr.

(6) Redlich Kwong equation of state (cubic form): Applied Hydrocarbon Thermodynamics / Wagne C. Edmiwter / Vol. II.

(7) Adapted Goodrich formula.

(8) Thermodynamic properties of vinyl Chloride monomer // British Chemical Engineering. 1958. — Vol. 3.

(9) Engineering Data Book / Gas Processors Suppliers Association (GPA), Section 16: 1970 with exemption

of PC for LPG (C4 mix) where its value has been calculated by means of reference (1) b

По методу COSTALD. Более сложный метод подсчета плотности жидкости называется Corresponding State of Liquid Density (сокращенно COSTALD). Его применяют как для расчета плотности паров, так и жидкостей под давлением. Разница между значением плотности, замеренной гидрометром, и значением плотности, рассчитанной по этой фор­муле, не превышает 0,08%. Поскольку формула COSTALD очень громоздка и сложна (только сама формула и значе­ния различных коэффициентов занимают две страницы машинописного текста), расчеты осуществляются компьютер­ным способом.

Практически всегда при подсчете количества груза возникает разница между количеством груза, погруженным на судно по судовым замерам, и количеством груза, поступившим на судно из береговых емкостей (коносаментным количеством). Ее величина зависит от многих причин: от точности измерения уровня жидкости и давления в береговых и судовых танках, длины берегового трубопровода (правильно ли учитывается его объем), способа подсчета груза и многих других факторов.

Многие судовладельцы вручают письмо протеста при разнице между судовыми и береговыми замерами груза не менее 0,2% от коносаментного количества, ряд судовладельцев требуют вручать подобное письмо при разнице не менее 0,5%. Однако в соответствии с международными требованиями такое письмо надо подавать при 0,2%.

Сравним результаты подсчета груза различными способами.

Пример:

Средняя температура груза.............................................. -38,0°С

Средняя температура паров груза................................... -32,5°С

Давление в танке.............................................................. 0,22 бара (манометр)

Исправленный уровень жидкого груза в танке............... 16.285 мм

Объём жидкого груза при заданной температуре........ 7 050 540 л (*)

Общий объем паров при заданной температуре............ 329 610 л (*)

(*) Откорректированы на крен, дифферент и сжатие танка.

Решение:

Как можно видеть, результаты подсчета количества груза на борту существенно различаются в зависимости от используемого способа.

По методу приведения объема к стандартной температуре. Метод основан на использовании таблиц ASTM 54 (Акт судовых замеров). По откорректированному всеми поправками уровню груза из мерительных таблиц (Прилож. 1) выбирают объем жидкой фазы груза при фактической температуре. По заданной относительной плотности груза (15/15) из таблиц ASTM 21 (Прилож. 1) простым интерполированием между ближайшими по величине значениями выбирают истинную плотность груза при 15°С. Поскольку точное значение массы груза можно получить, зная плот­ность и объем, определенные при одной и той же температуре, возникает необходимость привести реальный объем жидкости в танке к стандартной температуре 15° С. Для приведения объема используют таблицы ASTM 54 (Прилож. 1 Volume Reduction Factor). Вход в таблицу осуществляется по значениям средней температуры груза и стандартной плотности при 15° С. Интерполируя между ближайшими по значению величинами поправок, выбирают коэффици­ент приведения заданного объёма к стандартному объёму при 15°С. Определив объём и плотность груза при стан­дартной температуре, находят массу груза.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: