Датчик утечек углеводородных жидкостей

Полезная модель относится к технике определения утечек углеводородных (УГВ) жидкостей и может быть использована, преимущественно, для определения утечек нефти и нефтепродуктов.
Известен ряд технических решений для определения сравнительно небольших (локальных) утечек УГВ. Все они основаны на измерениях изменений электрического импеданса (сопротивления, емкости).
Известно техническое решение [US 4029889А, 04.04.1975 https://patents.google.com/patent/US4029889], в котором регистрируется воздействие углеводородов на кабель, выполненный в виде двух коаксиальных оболочек с пористой прокладкой между ними. Внешняя оболочка выполнена в виде проницаемой для жидкостей конструкции. Попадая внутрь кабеля, углеводороды изменяют электрическую емкость кабеля и, соответственно, форму отраженного зондирующего кабель электрического сигнала. Искажение отраженного сигнала свидетельствует о факте обнаружения утечки нефти.
Недостатком этого технического является относительно низкая помехоустойчивость, поскольку такое искажение может быть и при проникновении в кабель и обычной воды. Она тоже меняет электрическую емкость кабеля и поэтому часто вызывает ложные тревоги. Очевидным недостатком данного решения является также одноразовость его использования, т.к. для его восстановления требуется демонтаж кабеля и восстановление на специальных технологических установках.
Известно также решение фирмы TRACE ТЕК [Кондратенко В.С., Рогов А.Ю., Кобыш А.Н. Новый подход к контролю утечек углеводородных жидкостей на борту летательного аппарата. Труды МАИ, №102, 2018], в котором кабельный сенсор выполнен в виде гибкого стержня, вокруг которого параллельно (винтообразно) расположены две пары проводов с оболочкой из электропроводящего пластика. Вся эта конструкция, в свою очередь, окружена внешней оболочкой из специального электропроводящего пластика, разбухающего при попадании на его поверхность УГВ жидкости. В месте попадания УГВ эта оболочка, расширяясь, замыкает два внутренних сигнальных провода и воспринимается измерительной аппаратурой как сигнал обнаружения протечки углеводородов.
Недостатком такого решения является его низкая чувствительность, т.к. среднее время срабатывания кабеля после фактического попадания углеводородов составляет 30-60 минут (в течение которых разбухает внешняя оболочка).
Кроме того, в силу характера срабатывания (короткого замыкания) с помощью этого кабеля методами зондирующего сигнала можно определить лишь факт утечки и, в лучшем случае, одну границу залива УГВ. Это делает невозможным определить очень важную для практики характеристику - размеры утечки.
Кроме того, известно устройство диагностирования утечек из днища наземного вертикального резервуара для нефтепродуктов с использованием специальных пластин [RU 149649, U1, B65D 90/50, 10.01.2015], согласно которому под резервуаром на расстоянии 5-10 см, перпендикулярно днищу и параллельно друг другу, в грунт уложены пластины из меди и ее сплавов на расстоянии 10 см друг от друга, которые через линии связи соединены с клеммами электронного коммутатора, при этом к электронному коммутатору подключен омметр для измерения сопротивлений между пластинами, соединенный через линию связи с компьютером.
Общим ограничением для функциональных возможностей известных, в том числе и для указанных выше решений, является безусловное требование располагать эти датчики строго горизонтально, в специальных технологических желобах, в которые предварительно должны накопиться УГВ в виде слоя жидкости толщиной сопоставимых с толщиной (диаметром) этих датчиков - т.е. должен быть реализован своеобразный «принцип работы в луже, например, из нефти». Поэтому они относятся к классу 2D-функциональных датчиков, работающих только на горизонтальных поверхностях, например, на земле или в земле, на полу и т.п.
Это означает, что существующие технические решения не способны обнаруживать утечки на наклонных, вертикальных и изогнутых поверхностях, т.е. в 3D-пространстве. Это сужает область применения известных датчиков.
Наиболее близким по технической сущности к предложенному является датчик утечек углеводородных жидкостей [RU 2678920, С1, G01M 3/16, 04.02.2019], вариант которого содержит два проводника, соединенных со средствами измерения, чехол из капиллярно-пористого материала и сенсорная оболочка из электропроводящей пластмассы, в которой закреплены без обеспечения контакта между собой два проводника, выполненные из металлических проводов или скруток проводов, а чехол из капиллярно-пористого материала предназначен для размещения в нем сенсорной оболочки из электропроводящей пластмассы, в которой закреплены без обеспечения контакта между собой два проводника, выполненные из металлических проводов или скруток проводов.
Недостатком наиболее близкого технического решения является относительно низкие чувствительности и быстродействие датчика, а также достоверность обнаружения утечек.
Задачей полезной модели является создание датчика утечек углеводородных жидкостей, в котором устранены указанные выше недостатки.
Требуемый технический результат заключается в расширении арсенала технических средств, используемых в качестве датчиков углеводородных жидкостей, и повышению чувствительности и быстродействия датчика, а также достоверности обнаружения утечек.
Поставленная задача решается, а требуемый технический результат достигается тем, что в датчик утечек углеводородных жидкостей, содержащий проводник, выполненный с возможностью подключения к первой клемме средства измерения сопротивления, оболочку из электропроводящей пластмассы, внутри которой закреплен проводник, а также оболочку из капиллярно-пористого материала, согласно полезной модели, введена оплетка из металлических волокон, которая имплантирована во внешнюю поверхность оболочки из электропроводящей пластмассы, вплотную охвачена оболочкой из капиллярно-пористого материала и выполнена с возможностью подключения ко второй клемме средства измерения сопротивления, при этом, расстояние между контактами уменьшено до толщины оболочки из электропроводящей пластмассы.
Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что оболочка из электропроводящей пластмассы имеет поверхностное электрическое сопротивление от 1 до 1000 Ом.
Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что толщина оболочки из электропроводящей пластмассы составляет от 0,3 до 2 мм.
Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что в качестве электропроводящей пластмассы в оболочке используют смесь поливинилбутираля и полиэтилена в массовом соотношении от 1:2 до 3:1 с электропроводящим наполнителем в виде мелкодисперсной углеродной сажи с содержанием в пластмассе от 15 до 40 мас.%.
Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что в качестве капиллярно-пористого материала используют стекловолокно или базальтовое волокно.
Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что проводник, выполненный с возможностью подключения к первой клемме средства измерения сопротивления, выполнен в виде скрутки проводов с диаметром от 0,2 до 2 мм.
На фигуре представлен датчик утечек углеводородных жидкостей совместно с падающей на него каплей углеводородной жидкости и средством измерения сопротивления:
на фиг. 1 - общий вид;
на фиг. 2 - продольный разрез.
На фигурах обозначены:
1 - капля углеводородной жидкости;
2 - оболочка из капиллярно-пористого материала;
3 - оплетка из металлических волокон;
4 - оболочку из электропроводящей пластмассы;
5 - проводник;
6 - клемма соединения проводника со средством измерения сопротивления;
7 - средство измерения сопротивления.
Датчик утечек углеводородных жидкостей содержит проводник 5, выполненный с возможностью подключения к первой клемме средства 7 измерения сопротивления, оболочку 4 из электропроводящей пластмассы, внутри которой закреплен проводник 5, а также оболочку 2 из капиллярно-пористого материала.
Кроме того, датчик утечек углеводородных жидкостей содержит оплетку 3 из металлических волокон, которая имплантирована во внешнюю поверхность оболочки 4 из электропроводящей пластмассы, вплотную охвачена оболочкой 2 из капиллярно-пористого материала и выполнена с возможностью подключения ко второй клемме средства 7 измерения сопротивления.
В частном случае выполнения датчика оболочка из электропроводящей пластмассы имеет поверхностное электрическое сопротивление от 1 до 1000 Ом, ее толщина составляет от 0,3 до 2 мм, в качестве электропроводящей пластмассы в оболочке используют смесь поливинилбутираля и полиэтилена в массовом соотношении от 1:2 до 3:1 с электропроводящим наполнителем в виде мелкодисперсной углеродной сажи с содержанием в пластмассе от 15 до 40 мас.%, в качестве капиллярно-пористого материала используют стекловолокно или базальтовое волокно, а проводник, выполненный с возможностью подключения к первой клемме средства измерения сопротивления, выполнен в виде скрутки проводов с диаметром от 0,2 до 2 мм.
Используется датчик утечек углеводородных жидкостей следующим образом.
Капля 1 углеводородной жидкости попадает на оболочку 2, из капиллярно-пористого материала, проходит через контактирующую с ней оплетку из металлических волокон и впитывается оболочкой 4 из электропроводящей пластмассы, внутри которой закреплен проводник 5. Оплетка 3 из металлических волокон имплантирована во внешнюю поверхность оболочки 4 из электропроводящей пластмассы. Впитывание углеводородной жидкости приводит к резкому повышению электрического сопротивления оболочки 4 из электропроводящей пластмассы, которое регистрируется средством 7 измерения сопротивления, подсоединенному к оплетке 3 из металлических волокон и проводнику 5, выполненному в виде провода или скрутки проводов. Изменение сопротивления интерпретируется датчика как факт появления жидких углеводородов на его поверхности.
В предложенном устройстве увеличена площадь одного из сенсорных контактов - оплетки 3 из металлических волокон, которая имплантирована во внешнюю поверхность оболочки 4 из электропроводящей пластмассы, и уменьшено расстояние между контактами до толщины полимерной оболочки. В результате повышается чувствительность и быстродействие датчика, а также достоверности обнаружения утечек.
Круглое сечение датчика, в отличие от прямоугольного в известном техническом решении, предложенная конструкция датчика снимает ограничение по направлению его сгиба и улучшает его потребительские свойства и упрощает монтаж.
За счет использования оплетки 3 из металлических волокон, которая имплантирована во внешнюю поверхность оболочки 4 из электропроводящей пластмассы, увеличивается помехозащищенность и вандалоустойчивость датчика.
Одновременно с этим уменьшается расход дорогостоящей оболочки 4 из электропроводящей пластмассы в перерасчете на метр выпускаемого датчика, что приводит к уменьшению материалоемкости устройства и удешевлению изделия.
Таким образом, в предложенном устройстве достигается требуемый технический результат, который заключается в расширении арсенала технических средств, используемых в качестве датчиков углеводородных жидкостей, чувствительности и быстродействии датчика, а также достоверности обнаружения утечек, поскольку используется оплетка из металлических волокон, которая имплантирована во внешнюю поверхность оболочки из электропроводящей пластмассы.