Устройство для контроля уровня заполнения цистерн

Предлагаемая полезная модель относится к области контроля правильности загрузки цистерн нефтепродуктами и может быть использована для контроля уровня загрузки цистерн непосредственно в процессе заполнения (налива) цистерн: мазутом, дизельным топливом, бензином, нефтью и т.д. на наливных эстакадах для исключения (либо предупреждения) перелива или недолива цистерн.
Известен способ дистанционного обнаружения коммерческого брака нефтеналивных цистерн железнодорожного транспорта, который заключается в их осмотре на ходу поезда. При этом способе уже заполненные нефтепродуктами цистерны перемещают в поле зрения тепловизора, получают их тепловизионное изображение, идентифицируют его, сравнивая контурное изображение цистерны с ее масштабным изображением из базы данных. После чего на тепловизорном изображении обнаруживают уровень заполнения (налива) цистерны, сравнивают его с требуемым, а затем судят о наличии коммерческого брака, а именно: перелива или недолива цистерн нефтепродуктами [1].
Кроме того, известен способ обнаружения неправильной загрузки цистерн подвижного состава железной дороги, который заключается в получении тепловизорного изображения поверхности цистерны на ходу поезда. При определении уровня заполнения (налива) цистерны тепловизорный прибор устанавливают таким образом, что его оптическая ось находится под углом к диаметральной плоскости цистерны в вертикальной и горизонтальной плоскостях, а сама цистерна целиком находится в поле его зрения. Производят запись тепловизорного изображения цистерны при ее заданном положении в поле зрения тепловизорного прибора, наблюдают изображение поверхности зеркала налива и измеряют высоту расположения поверхности зеркала налива от головки рельса.
Для этого на тепловизорном изображении строят изображение расположенного в плоскости поверхности зеркала налива перпендикуляра к боковой границе зеркала налива на расстоянии от края боковой поверхности цистерны, равном расстоянию от вертикальной плоскости, проходящей через края боковой поверхности цистерны до вертикальной мерной линейки, расположенной у боковой поверхности цистерны. Уровень заполнения (налива) цистерны при этом определяют по точке пересечения изображения указанного перпендикуляра с изображением мерной линейки. После этого определяют уровень налива, идентифицируют цистерну по ее признакам, например, по бортовому номеру, определяют тип цистерны из базы данных железной дороги или из сопроводительных документов (или натурного листа), определяют вид и вес наливного груза, с учетом типа цистерны рассчитывают уровень налива и сравнивают его с определенным ранее по тепловизорному изображению [2].
Известно также «Устройство для измерения налива жидкости», по патенту США №2607122, в котором форма сквозного отверстия муфты соответствует профилю штанги, а сама муфта жестко связана с рамой и установлена в центре рамы таким образом, что плоскости нижнего края муфты и нижнего края рамы совпадают. Кроме того, рама, связанная с муфтой, штангой и планкой, может быть установлена в любом месте на верхнем крае горловины цистерны [3].
Недостатками вышеупомянутых известных способов и используемых в них устройств являются:
- осуществление контроля только фактического уровня загруженных в железнодорожные цистерны нефтепродуктов, готовых к транспортировке;
- выявление фактов несоответствия между данными о количестве уже отгруженного продукта, указанного в товарных накладных, и фактически отгруженным количеством продукта;
- контролирование уровня загрузки цистерн нефтепродуктами с большой погрешностью, поскольку в процессе движения контролируемых цистерн уровень загруженного продукта колеблется;
- некачественный контроль уровня загрузки из-за влияния внешних факторов - неравномерный прогрев цистерн, блики солнца, атмосферные осадки и т.д.;
- возникновение необходимости расцепки, сформированных в состав цистерн, при определении, например, перелива нефтепродуктов в цистерны, которое приводит к превышению допустимой грузоподъемности цистерн, что влечет за собой проведение дополнительных дорогостоящих маневровых работ,
- невозможность контроля уровня залива цистерн в процессе ее заполнения нефтепродуктами;
- низкая точность контроля уровня залива цистерн при ее заполнении нефтепродуктами.
Наиболее близким, по технической сущности, к заявляемой полезной модели является устройство контроля загрузки железнодорожных цистерн в процессе налива нефтепродуктов, защищенное патентом России на полезную модель [3]. Упомянутое устройство включает:
- штангу, снабженную измерительной линейкой и оснащенную ручкой на ее верхнем конце;
- горизонтальную планку, закрепленную на нижнем конце штанги;
- верхнюю планку, закрепленную на штанге параллельно нижней планке на расстоянии 4-8 см и смещенную по отношению к ней под углом от 45° до 90°;
- передвижной фиксатор, предназначенный для фиксации планки в заданном положении и расположенный на штанге;
- при этом фиксатор может крепиться либо к обечайке цистерны, либо к крышке наливного наконечника.
Однако известное устройство обладает существенными недостатками, а именно:
- недостаточной точностью при определении уровня налива цистерны;
- не обеспечивает жесткую фиксацию штанги, что создает высокую погрешность в процессе налива цистерны продуктами при определении ее недолива или перелива, поскольку в процессе налива продукта в цистерну возникает возможность ее смещения от заданного положения либо струей наливаемого продукта, либо наливным трубопроводом, опускаемым в цистерну;
- не обеспечивает точный визуальный контроль в процессе налива нефтепродукта в цистерну.
Задачей предлагаемого в качестве полезной модели устройства для контроля уровня заполнения цистерн является создание технического средства, предназначенного для точного и качественного контроля уровня налива, например железнодорожных цистерн в процессе их заполнения, и, как следствие, значительное снижение погрешности при определении уровня налива (недолива, либо перелива) продуктов в такие цистерны.
Поставленная задача решена тем, что устройство для контроля уровня заполнения цистерн, включающее штангу с измерительной шкалой, планку, фиксатор и раму, предназначенную для установки на верхнем крае горловины цистерны, а также связанную с рамой муфту со сквозным отверстием, предназначенным для перемещения в нем штанги, в котором планка жестко связана с основанием штанги и ее положение соответствует нулевой отметке, а фиксатор установлен на муфте и предназначен для фиксации штанги, жестко связанной с планкой в строго вертикальном положении на предварительно рассчитанном уровне налива цистерны, при этом форма сквозного отверстия муфты соответствует профилю штанги, а сама муфта жестко связана с рамой и установлена в центре рамы таким образом, что плоскости нижнего края муфты и нижнего края рамы совпадают, при этом рама, связанная с муфтой, штангой и планкой, может быть установлена в любом месте на верхнем крае горловины цистерны, в котором основание штанги жестко связано с центром планки, установленной строго перпендикулярно основанию штанги, а направление продольной оси планки перпендикулярно направлению продольной оси рамы, размещенной на верхнем крае горловины цистерны.
Предлагаемая в качестве полезной модели конструкция устройства для контроля уровня заполнения железнодорожной цистерны позволяет значительно снизить погрешность от расчетного уровня при наполнении цистерны; обеспечить высокий уровень точности налива цистерны не только в автоматическом режиме налива, но и при визуальном контроле заполнения цистерны с учетом ее предварительно измеренной референтной высоты, типа, грузоподъемности, а также типа, температуры и плотности заливаемого продукта, позволяет также обеспечить высокую точность налива при определении уровня налива цистерны, а также не создавать помех при проведении погрузочных операций.
Референтная высота цистерны - это расстояние от нижней образующей цистерны до верхнего края ее горловины. Ее замеряют по нижнему краю рамы, установленной на верхнем крае горловины цистерны. При этом референтную высоту измеряют отдельно для каждой цистерны.
Референтная высота для каждой цистерны определяется отдельно и входит в состав характеристик цистерны, в которую осуществляют налив продукта. Все параметры (референтная высота цистерны, ее грузоподъемность и тип), входящие в состав характеристик каждой цистерны оператор черпает из базы данных, либо определяет самостоятельно, проводя замеры и осматривая цистерну перед загрузкой, и учитывает при расчете уровня наполнения цистерны продуктом.
По референтной высоте, типу и грузоподъемности цистерны, с учетом типа, температуры и плотности продукта рассчитывают необходимый уровень наполнения.
Полученный замер устанавливают на измерительной шкале штанги по нижнему краю рамы или муфты, путем перемещения штанги по сквозному отверстию муфты, т.е. внутри муфты.
Перед наливом продукта в цистерну или в процессе налива продукта в цистерну, всю конструкцию - раму с муфтой, штангой и планкой устанавливают в любом месте на верхнем крае горловины цистерны. Причем размещенная на верхнем крае горловины рама установлена с возможностью вращения вокруг штанги на 360°, что обеспечивает оператору возможность выбрать оптимальное положение рамы для визуального наблюдения за планкой в процессе осуществления налива продукта в цистерну.
Перемещая штангу внутри муфты, с помощью фиксатора штангу зажимают в муфте на предварительно рассчитанном уровне, который отсчитывают по измерительной шкале штанги от планки до нижнего края муфты. Причем при осуществлении контроля уровня налива продукта в железнодорожную цистерну измерительная шкала штанги в предлагаемом устройстве составляет 1-1,5 м.
После того как необходимый замер (предварительно рассчитанный уровень налива) для данной конкретной цистерны установлен на измерительной шкале штанги с помощью фиксатора, размещенного на муфте, и, с его же помощью, штанга установлена в строго вертикальном положении по отношению к раме устройства, осуществляют налив продукта в цистерну до уровня планки, жестко связанной со штангой.
Поскольку согласно полезной модели основание штанги жестко связано с центром планки, которая, в свою очередь, установлена строго перпендикулярно основанию штанги. Планка, жестко установленная на нулевой отметке штанги, имеет, как бы, два «крыла», размещенных по одну и по другую сторону от центра планки. При этом направление продольной оси планки перпендикулярно направлению продольной оси рамы.
Это позволяет оператору, при наливе продукта, визуально четко видеть планку через горловину цистерны, а значит, и отслеживать уровень наполнения цистерны, который установлен на штанге, по уровню планки.
Сущность предлагаемой полезной модели характеризуется рисунками, представленными на фиг. 1, фиг. 2 и фиг. 3.
На фиг. 1, 2 схематично представлено устройство для контроля уровня заполнения железнодорожных цистерн.
На фиг. 3 представлен общий вид предлагаемого устройства, выполненный в аксонометрии, в котором муфта размещена внутри рамы, а ее верхняя часть над рамой.
Схематичное изображение предлагаемой полезной модели (фиг. 2) включает:
1 - штангу с измерительной шкалой 1-1,5 м, основание которой жестко установлено в центре планки 5 и строго перпендикулярно ее основанию;
2 - раму, установленную в любом месте на верхнем крае горловине цистерны;
3 - муфту, установленную в центре рамы 2 с возможностью перемещения по штанге 1;
4 - фиксатор, установленный на муфте 3 и предназначенный для ее фиксации на штанге 1 в необходимом расчетном положении, а также для закрепления штанги 1 в строго вертикальном положении;
5 - планку, жестко связанную со штангой 1.
Предлагаемое в качестве полезной модели устройство работает следующим образом.
Сначала, исходя из величины замеренной референтной высоты цистерны, которую предполагают заполнять продуктом, с учетом ее типа и грузоподъемности, плотности, а также типа, температуры и плотности продукта, предварительно рассчитывают уровень, на который необходимо заполнить данную цистерну продуктом.
Затем приводят устройство в рабочее состояние: для чего штангу 1, жестко связанную с центром планки 5, с помощью фиксатора 4, установленного на муфте 3, размещенной в центре рамы 2, закрепляют на предварительно рассчитанном уровне налива цистерны.
После чего приведенное в рабочее состояние устройство с помощью рамы 2 устанавливают на верхнем крае горловины цистерны (фиг. 3), а раму 2, путем вращения вокруг штанги 1, устанавливают в самом оптимальном для оператора положении для визуального наблюдения за уровнем налива продукта и осуществляют налив продукта в цистерну на высоту, предварительно рассчитанную с учетом вышеупомянутых параметров как самой цистерны, так и наливаемого в нее продукта, установленную на штанге 1.
При этом фиксатор 4, выполненный, например, в виде прижимного винта, установлен в верхней части Т-образной муфты, размещенной над рамой 2, а налив продукта в цистерну осуществляют до уровня планки 5.
Благодаря тому, что штанга 1 перпендикулярно закреплена по отношению к планке 5 в ее центре, как отмечалось выше, она поделена, как бы, пополам и имеет два «крыла», размещенных по одну и по другую сторону от ее центра, а ввиду того, что направление продольной оси планки перпендикулярно направлению продольной оси рамы, оператору четко виден уровень налива продукта в цистерну.
Этот уровень ограничен планкой 5, центр которой жестко связан со штангой 1.
Тот факт, что направление продольной оси планки 5 перпендикулярно направлению продольной оси рамы 2, размещенной на верхнем крае горловины цистерны, способствует выбору оптимального разворота рамы 2 относительно планки 5 и тем самым повысить точность контроля налива продукта благодаря качественному визуальному контролю со стороны оператора за процессом налива продукта в цистерну.
Хорошую визуальную видимость при наливе продукта в цистерну обеспечивает и то, что муфта 3 размещена в центре рамы 2 и плоскости нижнего края муфты 3 и нижнего края рамы 2 совпадают. При таком расположении муфты 3 она не мешает оператору визуально отслеживать процесс заполнения цистерны до расчетного уровня, однако не обеспечивает высокую точность контроля уровня налива.
Необходимо также отметить, что, в частном случае выполнения устройства, муфта 3 имеет, например, Т-образную форму. Нижняя часть этой муфты Т-образной формы размещена в центре рамы 2 таким образом, что плоскости нижнего края муфты 3 и нижнего края рамы 2 совпадают, а верхняя часть муфты 3 размещена, например, над рамой и на верхней части муфты, для удобства пользования размещен фиксатор 4.
Как только продукт достигает уровня планки 5, заполнение цистерны прекращают и переходят к заполнению следующей цистерны.
Поскольку для заполнения цистерн могут быть использованы как легкие (например, бензин, дизельное топливо и т.д.), так и тяжелые (например, газойль, мазут, тяжелая нефть и т.д.) виды нефтепродуктов, а также углеводородное сырье и иные жидконаливные продукты, при заполнении цистерн необходимо учитывать такие показатели как:
грузоподъемность и тип цистерны;
референтная высота цистерны;
плотность, температура и тип загружаемого продукта.
Предлагаемая полезная модель позволяет учитывать все упомянутые показатели и не допускать перелива либо недолива цистерны в процессе ее заполнения продуктом.
Необходимо также лишний раз подчеркнуть, что взаимно перпендикулярное расположение направлений продольных осей рамы и планки не позволяет раме закрыть визуальную видимость планки, что, несомненно, значительно повышает точность заполнения цистерны продуктом до расчетного уровня.
Кроме того, жесткая связь штанги с центром планки, установленной строго перпендикулярно основанию штанги, позволяет значительно снизить погрешность, возникающую в процессе налива цистерны продуктами при определении ее недолива или перелива, поскольку в процессе налива продукта в цистерну часто возникает возможность смещения штанги от заданного положения либо струей наливаемого продукта, либо наливным трубопроводом, опускаемым в цистерну
Повышение точности заполнения железнодорожных цистерн продуктом, которую обеспечивает предлагаемая полезная модель, приводит к тому, что для заполнения продуктом высвобождается большое количество цистерн, благодаря чему производительность процесса наполнения повышается на 8-12 процентов.
Заявляемое в качестве полезной модели устройство выполнено в качестве опытного образца, опробовано в производственных условиях, обладает высокой точностью заполнения цистерн продуктами, обеспечивает возможность учета упомянутых показателей, а именно: тип, грузоподъемность и референтную высоту заполняемых цистерн, а также обеспечивает высокую точность их заполнения, учитывая тип, плотность и температуру загружаемого продукта.
Источники информации
1. Патент РФ №2340946 С1, МПК G08B 13/19, опубл. 10.06.2006 г.
2. Заявка РФ №2009115366, МПК G08B 13/00, опубл. 27.10.2010 г.
3. Патент РФ №160928 U1 (полезная модель), МПК G01F 23/04, опубл. 10.04.2016 г., бюл. №10 (прототип).