СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ЖИДКОСТИ В РЕЗЕРВУАРЕ
METHOD FOR DETERMINING PARAMETERS OF LIQUID IN TANK

Изобретения относятся к измерительной технике, а именно к способам для определения различных параметров жидкостей, в частности нефтепродуктов, хранимых или перевозимых в резервуарах, например железнодорожных цистернах, и может быть использовано в системах определения объема и массы жидкостей.
Известен способ контроля уровня жидкости в емкости [1] и для определения плотности и вязкости измеряемой среды, заключающийся в возбуждении колебаний в виброузле, который размещен в измеряемой среде на определенной глубине. Виброузел колеблется с заданной частотой, и по изменению его колебаний определяется плотность или вязкость измеряемой среды. Одновременно с измерением плотности и вязкости измеряют и температуру среды с помощью дополнительного температурного датчика.
Недостатком известного способа являются его ограниченные функциональные возможности, т.к. известное решение обеспечивает определение параметров среды только на заданном уровне, а не по всей глубине измеряемой среды. Кроме того, известное решение имеет ограниченную область применения, т.к. оно может применяться только для измерения плотности или вязкости среды, наряду с ее температурой и на основании этих измерений для вычисления заданного уровня среды в емкости, и не может использоваться для измерения таких параметров, как границы раздела различных слоев измеряемой среды, т.е. известным способом нельзя определить, например, уровни различных слоев нефтепродукта, которые образуются в результате его неизбежного расслоения.
Вышеуказанные недостатки устранены в способе определения параметров жидкости в резервуаре [2], заключающемся в перемещении вибрационного датчика с термопреобразователем в исследуемой жидкости с помощью шагового двигателя, измерении характеристик плотности, вязкости и температуры сред в резервуаре на различных глубинах погружения датчика за определенную длину его перемещения и определении на основании измеренных характеристик сред параметров уровней расслоения жидкостей и уровней границ раздела сред жидкость/воздух, нефтепродукт/подтоварная вода.
Недостатком известного способа определения параметров жидкости в резервуаре является низкая достоверность полученных измерений, обусловленная тем, что при используемой конструкции вибродатчика [3] получение точных измерения при однократном безостановочном прохождении датчика через всю толщу исследуемой среды проблематично. Это вызвано тем, что вибродатчик работает на резонансной частоте, а при быстром безостановочном прохождении через слои среды с различными плотностями может происходить срыв генерации резонансной частоты и при этом измерения характеристик сред, через которые проходит вибродатчик, не будет произведено.
Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является повышение достоверности измерений.
Поставленная задача решается за счет того, что при реализации способа определения параметров жидкости в резервуаре, заключающегося в перемещении вибрационного датчика с термопреобразователем в исследуемой жидкости с помощью шагового двигателя, измерении характеристик плотности, вязкости и температуры сред в резервуаре на различных глубинах погружения датчика за определенную длину его перемещения и определении на основании измеренных характеристик сред параметров уровней расслоения жидкостей и уровней границ раздела сред жидкость/воздух, нефтепродукт/подтоварная вода, согласно заявленному решению датчик погружают в исследуемую жидкость до самого дна резервуара и получают на основе измерений плотности, вязкости и температуры грубую информацию об уровнях границ раздела сред, а затем поднимают датчик до его выхода из жидкости, при этом однократно/несколько раз останавливая его и производя точные измерения характеристик сред.
Кроме того, при подъеме датчика в месте раздела сред нефтепродукт/подтоварная вода датчик однократно или при необходимости несколько раз перемещают возвратно-поступательно, производя одновременно измерения.
Основным существенным отличием предложенного способа от известного является то, что процесс измерения характеристик сред из однократного разделяется на два этапа: при первом этапе, погружении, получают грубую предварительную информацию об измеряемых характеристиках, а на втором этапе, подъеме с остановками, полученная информация уточняется. Кроме того, при необходимости, для получения совершенно точной информации о месте расположения раздела сред нефтепродукт/подтоварная вода датчик однократно или несколько раз перемещают вверх-вниз через предварительно определенную на первом этапе границу раздела сред. За счет такого усовершенствования способа производства измерений значительно повышается их достоверность.
Предложенный способ реализуется следующим образом.
0
0
1
1
1
1
2
2
2
Датчик опускается в исследуемый резервуар. Его чувствительный элемент вибрирует с резонансной частотой f, которая соответствует плотности воздуха, а термопреобразователь измеряет температуру этой среды t. Одновременно по добротности Q вибрации чувствительного элемента определяется вязкость исследуемой среды. При дальнейшем опускании датчика он погружается в жидкость, наполняющую резервуар. Скорость, с которой датчик опускается, составляет примерно 100 мм/с. Поскольку плотность жидкости отличается от плотности воздуха, резонансная частота колебаний датчика меняется и становится равной f при соответствующей добротности Q и температуре t. Полученные данные обрабатываются, и на их основании получают информацию о разделе сред воздух-жидкость. Затем датчик опускается еще ниже и постепенно достигает слоя подтоварной воды. Его резонансная частота и добротность опять меняются и становятся равными f и Q при температуре t. Определив плотность и вязкость этой среды, можно сделать вывод о наличии расслоения сред и об уровне границы раздела сред. Подобным образом определяется и расслоение исследуемого нефтепродукта на различные фракции.
Резонансная частота колебаний датчика меняется в зависимости от плотности среды, через которую он проходит в каждый данный момент времени, и составляет 3:5 кГц. Датчик опускается до самого дна резервуара, непрерывно производя измерения плотности, вязкости и температуры исследуемых сред, и на основании полученных данных можно получить приблизительную грубую информацию о разделе различных сред, составляющих содержимое резервуара, и об уровнях границ раздела между этими средами. Одновременно при перемещении датчика в жидкости производится подсчет количества сигналов, поступивших за время этого перемещения. Преобразуя количество сигналов в линейную величину, можно получить информацию об уровне погружения датчика, т.е. об уровне жидкости в резервуаре.
Как отмечалось выше, полученные данные об уровнях границ раздела между средами является приблизительными, что обусловлено довольно высокой скоростью прохождения датчика через исследуемые среды, т.к. при резком изменении плотности среды генерация резонансной частоты может срываться и полученная информация будет недостоверной. Кроме того, при непрерывном быстром прохождении термодатчика через среды с различными температурами его показаниям также будет не хватать достоверности.
Для устранения этих недостатков предусмотрен второй этап производства замеров. Для этого датчик поднимается со дна резервуара до его выхода из жидкости с прежней скоростью, но во время его подъема производятся остановки на 102 минуте, во время которых продолжают производиться измерения. Количество остановок зависит от уровня жидкости в резервуаре и определяется согласно [4], составляя в среднем величину от 1 до 3. Остановки рекомендуется производить в местах, где во время первого этапа грубых измерений было отмечено резкое изменение плотности, т.е. на уровнях границ раздела сред. Во время остановок происходит гарантированное возобновление генерации резонансной частоты, а термодатчик получает возможность произведения точных замеров.
Для уточнения информации об уровнях границ раздела сред датчик может не только останавливаться, но и однократно или несколько подниматься и опускаться на пониженной скорости около 50 мм/с, проходя при этом через границу раздела сред и производя одновременно сопутствующие измерения.
Таким образом, с высокой точностью определяются все основные параметры жидкости в резервуаре, в число которых входят:
1. Базовая высота.
2. Плотность.
3. Температура.
4. Вязкость.
5. Уровень.
6. Расслоение.
7. Раздел сред нефтепродукт/подтоварная вода.
8. Раздел сред нефтепродукт/воздух.
Устройство, реализующее данный способ, подробно описано в [2], а применяемый вибрационный датчик в [3].
Источники информации
1. Патент РФ №2291403, МПК G01F 23/296, G01D 5/12, опубликован 10.01.2007 г.
2. Акцептованная заявка на патент РФ №2013156897, приоритет 20.12.2013, опубликована 20.06.2015, МПК G01N 9/00, G01N 11/00, G01К 7/00 (прототип).
3. Патент РФ №2024841, МПК G01N 9/32, опубликован 15.12.1994 г.
4. ГОСТ 2517-85 «Нефть и нефтепродукты. Методы отбора проб».