СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ МАССЫ НЕФТЕПРОДУКТОВ В ТРАНШЕЙНЫХ РЕЗЕРВУАРАХ
METHOD TO MEASURE MASS OF OIL PRODUCTS IN TRENCH RESERVOIRS

Изобретение относится к измерительной технике и позволяет повысить точность измерений количества нефтепродукта в траншейных резервуарах.
Траншейные резервуары - это котлованы, вырытые в грунте и закрытые перекрытием. В траншею укладывается стальная оболочка-вкладыш, которая наполняется продуктом. Все усилия оболочка-вкладыш передает на траншею.
Траншейные резервуары строят заглубленными, что значительно сокращает потери от малых дыханий за счет уменьшения амплитуды колебаний температуры в газовом пространстве. Кроме того, они безопаснее в пожарном отношении, что позволяет сократить расстояния между резервуарами, размещать их на территории нефтебазы более компактно и тем самым уменьшить площадь нефтебазы.
Резервуары траншейного типа предназначены для подземного длительного хранения нефтепродуктов при малой их оборачиваемости, в связи с чем обеспечивается значительное сокращение потерь.
Конструкции траншейных резервуаров просты в изготовлении, надежны в эксплуатации. Однако у резервуаров траншейного типа технико-экономические показатели в части учета нефтепродуктов ниже, чем у традиционных стальных цилиндрических резервуаров. Это связано с тем, что в результате климатических воздействий, действия грунтовых вод, подвижек грунта резервуары меняют свои геометрические размеры. При этом сильно усложняется учет нефтепродуктов, хранящихся в резервуарах.
Для контроля параметров хранящихся в резервуарах нефтепродуктов весьма часто используются различные, в том числе и магнитострикционные, датчики, измеряющие уровень, плотность, температуру и массу нефтепродуктов, например система измерительная «СТРУПА». Однако известные измерительные системы не контролируют изменение геометрических размеров резервуара.
Известен способ измерения массы жидкого продукта в резервуаре по патенту RU 2380658, G01A 22/00, позволяющий производить товарные операции приема, отпуска и хранения продукта с нормированной погрешностью, заключающийся в том, что рассчитывают рекомендуемую минимальную величину массы приема или отпуска продукта, а при хранении - минимально допустимую массу и уровень продукта в резервуаре, уменьшение которого приведет к недопустимой величине погрешности, с последующим проведением товарной операции приема/отпуска продукта и контролем полученного результата во время проведения товарной операции и после ее выполнения. Однако этот способ не учитывает изменения геометрических размеров резервуара.
3
Наиболее близким к заявляемому способу измерения массы нефтепродуктов в траншейных резервуарах является способ контроля высоты траншейных резервуаров в процессе эксплуатации, изложенный в рекомендации «Резервуары траншейные заглубленные вместимостью от 5000 до 10000 м. Методика поверки объемным методом МИ 2992-2006». В указанном способе контроль высоты траншейного резервуара осуществляется путем измерения высоты резервуара с помощью рулетки с грузом. Однако эти измерения проводятся редко, как правило раз в год. А высота резервуара изменяется более часто в зависимости от изменений погоды, наличия грунтовых вод и подвижек грунта. Как показывает опыт эксплуатации траншейных резервуаров, величина расстояния между дном и крышей может колебаться в пределах нескольких десятков сантиметров.
В то же время указанная выше рекомендация накладывает ограничение на допустимое относительное изменение высоты траншейного резервуара - не более 0,1%. Превышение этой величины без коррекции уровня приводит к нарушению градуировочной характеристики резервуара и большим ошибкам при учете массы нефтепродукта, хранящегося в резервуаре.
Сущность изобретения заключается в том, что предлагается способ измерения массы нефтепродуктов в траншейных резервуарах, позволяющий выполнять измерения уровня, плотности, температуры и массы продукта в траншейных резервуарах с использованием магнитострикционных датчиков, дополненный возможностью контроля расстояния между дном и крышей резервуара, которое осуществляется постоянно с помощью установки на магнитострикционные датчики дополнительного подвижного элемента с магнитами, прикрепленного к крыше резервуара, позволяющего отслеживать изменение формы резервуара в процессе хранения продукта, сигнализировать о превышении относительного изменения высоты траншейного резервуара выше заданной величины и осуществлять коррекцию измерений уровня, объема и массы продукта при изменении геометрических размеров траншейного резервуара.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является создание способа, который позволяет в процессе работы при выполнении товарных операций хранения, приема и отпуска нефтепродуктов в траншейных резервуарах осуществлять оперативный контроль изменения геометрических размеров резервуара, сигнализировать о превышении относительного изменения высоты траншейного резервуара выше заданной величины и осуществлять коррекцию измерений уровня, объема и массы продукта при изменении геометрических размеров траншейного резервуара.
Предметом изобретения является способ измерения массы нефтепродуктов в траншейных резервуарах, позволяющий выполнять измерения уровня, плотности, температуры и массы продукта в траншейных резервуарах с использованием магнитострикционных датчиков и контроля расстояния между дном и крышей резервуара, при этом контроль расстояния между дном и крышей резервуара осуществляется постоянно с помощью установки на магнитострикционные датчики дополнительного подвижного элемента с магнитами, прикрепленного к крыше резервуара, позволяющего сигнализировать о превышении относительного изменения высоты траншейного резервуара выше заданной величины и осуществлять коррекцию измерений уровня, объема и массы продукта при изменении геометрических размеров траншейного резервуара.
Техническим результатом является создание способа измерения массы продукта в траншейных резервуарах при изменении геометрических размеров резервуаров, связанных с изменениями погоды, наличием грунтовых вод и подвижек грунта, с погрешностью, не превышающей величины допустимой погрешности.
Этот технический результат получен благодаря тому, что в процессе эксплуатации выполняются измерения уровня, плотности, температуры и массы нефтепродуктов в траншейных резервуарах с использованием магнитострикционных датчиков и контроля расстояния между дном и крышей резервуара, при этом контроль расстояния между дном и крышей резервуара осуществляется постоянно с помощью установки на магнитострикционные датчики дополнительного подвижного элемента с магнитами, прикрепленного к крыше резервуара, позволяющего сигнализировать о превышении относительного изменения высоты траншейного резервуара выше заданной величины и осуществлять коррекцию измерений уровня, объема и массы продукта при изменении геометрических размеров траншейного резервуара.
На фиг.1 представлен пример реализации предлагаемого способа измерения массы нефтепродуктов в траншейных резервуарах (поперечное сечение резервуара).
Цифрами на фиг.1 обозначены:
1 - траншейный резервуар;
2 - магнитострикционный датчик высоты траншейного резервуара;
3 - магнитострикционный датчик уровня;
4 - магнитострикционный датчик плотности;
5 - дополнительный подвижной элемент с магнитами (прикреплен к крыше резервуара);
6 - крыша резервуара.
В траншейном резервуаре 1 для контроля нефтепродукта, хранящегося в резервуаре, установлены магнитострикционный датчик высоты траншейного резервуара 2, магнитострикционный датчик уровня 3 и магнитострикционный датчик плотности 4, на которые устанавливаются дополнительные подвижные элементы с магнитами 5, прикрепленные к крыше резервуара 6.
Дополнительный подвижной элемент с магнитами 5 конструктивно представляет собой пластину из немагнитного материала с отверстием, сквозь которое проходит труба магнитострикционного датчика с возможностью свободного перемещения вдоль магнитострикционного датчика. Рядом с отверстием симметрично располагаются магниты, как правило, три-четыре штуки.
Измерения положения дополнительного подвижного элемента с магнитами 5 основаны на измерениях времени распространения ультразвуковой волны в магнитострикционном проводнике. Скорость распространения ультразвуковой волны в проводнике практически не зависит от давления и влажности. Влияние температуры автоматически компенсируется с помощью специального алгоритма обработки временных интервалов распространения ультразвука.
Генерация ультразвукового импульса происходит по принципу магнитострикции непосредственно в проводнике (волноводе).
При взаимодействии переменного магнитного поля, создаваемого импульсом тока в проводнике, и полем постоянных магнитов происходит деформация кристаллической структуры волновода, что создает механическую волну, распространяющуюся с ультразвуковой скоростью.
Ультразвуковые импульсы, возникшие в местах расположения маркера и магнитов, распространяются по волноводу в обоих направлениях от места возникновения.
В верхней части волновода ультразвуковые импульсы вследствие обратного магнитострикционного эффекта преобразуются катушкой считывания в электрические импульсы и затем гасятся демпфером.
Промежуток времени между моментом генерации ультразвукового импульса и его приемом пропорционален измеряемому расстоянию, и тем самым происходит определение положения дополнительного подвижного элемента с магнитами 5 относительно трубы магнитострикционного датчика, при этом определяется высота траншейного резервуара, так как дополнительный подвижной элемент с магнитами 5 прикреплен к крыше резервуара 6, а труба датчика упирается в дно траншейного резервуара 1.
Для контроля температуры нефтепродукта магнитострикционные датчики высоты траншейного резервуара 2, уровня 3 и плотности 4 оснащены датчиками температуры (на рисунке не показаны).
В процессе хранения нефтепродукта, если хотя бы один из дополнительных подвижных элементов с магнитами 5, прикрепленных к крыше резервуара 6, изменил свое положение, то программа измерительной системы начинает вычислять корректирующую поправку уровня, учитывающую показания датчиков высоты резервуара, их количество и расположение в резервуаре, градуировочные параметры резервуара, уровень, плотность и температуру нефтепродукта. При этом учитывается градуировочная характеристика траншейного резервуара (при нахождении зеркала нефтепродукта в более широкой части резервуара величина коррекции уровня будет меньше, а в более узкой части - больше). Коррекция уровня не производится во время налива и слива нефтепродукта.
Относительное изменение базовой высоты траншейного резервуара δН автоматически вычисляется по формуле:
<mrow><mi>δ</mi><mi>H</mi><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>Н</mi><mrow><mi>б</mi><mi>п</mi></mrow></msub><mo>−</mo><msub><mi>Н</mi><mrow><mi>б</mi><mi>и</mi><mi>з</mi><mi>м</mi></mrow></msub></mrow><mrow><msub><mi>Н</mi><mrow><mi>б</mi><mi>п</mi></mrow></msub></mrow></mfrac><mo>×</mo><mn>100,</mn><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
бп
где Н - базовая высота резервуара, определяемая при поверке и градуировке резервуара;
бизм
Н - базовая высота резервуара, определенная измерительной системой.
Если величина относительного изменения высоты траншейного резервуара превышает заданную величину, производится сигнализация о превышении допустимого значения.
Параметры откорректированного значения уровня, а также плотности и температуры от датчиков СИ, расположенных в траншейном резервуаре, поступают из измерительной системы в устройство расчета массы, где производят их обработку в следующей последовательности:
1. Объем НП рассчитывают по формуле:
<mrow><msub><mi>V</mi><mi>i</mi></msub><mo>=</mo><msub><mi>V</mi><mrow><mn>20</mn><mi>i</mi></mrow></msub><mrow><mo>[</mo><mrow><mn>1</mn><mo>+</mo><mn>2</mn><mo>×</mo><msub><mi>α</mi><mrow><mi>с</mi><mi>т</mi></mrow></msub><mo>×</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>T</mi><mrow><mi>с</mi><mi>т</mi></mrow></msub><mo>−</mo><mn>20</mn></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mo>]</mo></mrow><mo>,</mo><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>2</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
20i
i
3
где V - объем НП в резервуаре на измеряемом (откорректированном) уровне H, определяемый по градуировочной таблице резервуара, составленной при температуре 20°C, м;
ст
ст
-6
α - температурный коэффициент линейного расширения материала стенки резервуара (из паспорта на резервуар), для стали α =12,5×10 1/°C;
cт
cp.i
T - температура стенки резервуара, принимаемая равной температуре НП в резервуаре t, °C.
2. Массу НП рассчитывают по формуле:
<mrow><msub><mi>m</mi><mi>i</mi></msub><mo>=</mo><msub><mi>ρ</mi><mrow><mi>c</mi><mi>p</mi><mo>.</mo><mi>i</mi></mrow></msub><mo>×</mo><msub><mi>V</mi><mi>i</mi></msub><mo>,</mo><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>3</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
cp.i
где ρ - средняя плотность НП, измеренная ИС;
i
V - объем НП, определенный по формуле (2).
Как показали исследования при испытаниях способа контроля изменения геометрических размеров траншейного резервуара с использованием опытного образца системы измерительной «СТРУНА», при изменении геометрических размеров резервуара происходит коррекция величины уровня нефтепродукта в резервуаре и исключается ошибка при расчете массы нефтепродукта выше допустимой величины погрешности, при этом лучшие результаты получаются при установке дополнительного подвижного магнита, прикрепленного к крыше резервуара, на нескольких датчиках, например на датчике уровня и датчике плотности. Чем больше датчиков будет использовано для контроля высоты траншейного резервуара, тем выше будет точность измерения массы нефтепродукта. Погрешность измерения перемещения дополнительного подвижного элемента, прикрепленного к крыше траншейного резервуара и являющегося аналогом поплавку уровня по физической сущности магнитострикционного датчика, одинакова с погрешностью измерения уровня.
Следует отметить, что при рассмотрении примера реализации способа измерения массы нефтепродуктов в траншейных резервуарах рассмотрен случай использования магнитострикционных датчиков как наиболее точных и надежных в эксплуатации, однако указанный способ может быть реализован и при использовании датчиков уровня других типов, например емкостных, радиоволновых.