Автоматизированная градуировка резервуаров с помощью штатных узлов учета информационно-измерительных систем АЗС и нефтебаз

2019, № 1

УДК 681.5:622.276

DOI 10.21685/2307-5538-2019-1-3

А. Г. Годнее

АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ ГРАДУИРОВКА РЕЗЕРВУАРОВ С ПОМОЩЬЮ ШТАТНЫХ УЗЛОВ УЧЕТА ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ

AUTOMATED GRADUATION OF TANKS WITH USE OF STAFFING UNITS ACCOUNTING INFORMATION AND MEASURING SYSTEMS OF GAS AND OIL BASES

Аннотация. Актуальность и цели. Цель статьи заключается в описании способа градуировки резервуаров с заданной точностью и доверительной вероятностью с помощью топливораздаточных колонок или автоматических стояков налива соответственно в процессе штатной работы автозаправочных станций или нефтебаз. Материалы и методы. Рассматриваются способ и реализующее его устройство автоматической градуировки резервуаров с помощью топливораздаточных колонок (ТРК) автозаправочных станций (АЗС) или автоматизированных стояков налива (АСН) нефтебаз (НБ) в процессе отпуска нефтепродуктов (НП) потребителям. Новизна способа заключается в переводе систематической погрешности узлов учета (топливораздаточных колонок-ТРК или автоматизированных стояков налива-АСН) в разряд случайных путем их периодической поверки с помощью эталонного объемного мерника и введением постоянной поправки в градуировочные характеристики узлов учета после каждого опорожнения резервуара или его части. В этом случае не исключенная систематическая погрешность узлов учета в каждом из усредненных отсчетов принимает случайное значение. Методика определения и контроля градуировочных характеристик резервуаров АЗС, НБ зарегистрирована в Государственной системе обеспечения единства измерений МИ 2564-99. Результаты. Данный способ позволяет уменьшить суммарную погрешность узлов учета по мере набора представительной статистики (15-25 опорожнений резервуара) практически до погрешности мерника, т.е. примерно до ±0,05 %, и одновременно обеспечить заданную доверительную вероятность Р = 0,95 погрешности градуировки резервуара. Экономический эффект заключается в возможности проводить градуировку одновременно сразу нескольких резервуаров, находящихся в эксплуатации, что значительно снижает затраты и сроки ее проведения. Выводы. Разработанный способ автоматической градуировки резервуаров АЗС и НБ с помощью штатных ТРК или АСН, входящих в состав автоматизированных ИИС, обеспечивает проведение градуировки с заданной точностью и доверительной вероятностью. Также позволяет проводить градуировку одновременно сразу нескольких резервуаров, находящихся в эксплуатации, что значительно снижает затраты на градуировку и сроки ее проведения.

Abstract. Background. The purpose of the article is to describe the method of calibration of tanks with a given accuracy and confidence level using fuel dispensers or automatic risers filling, respectively, during normal operation of gas stations or tank farms. Materials and methods. A method and a device for its automatic calibration of tanks using fuel dispensers

СИСТЕМ АЗС И НЕФТЕБАЗ

A. G. Godnev

© Годнев А. Г., 2019

(filling stations) of filling stations (gas stations) or automated loading risers (ASN) of oil bases (NB) in the process of selling oil products (NP) to consumers are considered. The novelty of the method consists in translating the systematic error of metering stations (fuel dispensers-dispensers or automated loading stations-ACH) into random discharge by periodically checking them with a standard volumetric meter and introducing a constant correction to the calibration characteristics of metering units after each emptying of the tank or its part. In this case, the systematic error of metering points in each of the averaged samples takes a random value. The method of determining and controlling the calibration characteristics of gas stations' tanks, NB is registered in the State System for Ensuring the Uniform Measurement of MI 2564-99. Results. This method allows you to reduce the total error of metering stations as a set of representative statistics (15-25 tank emptying) almost to the error of the measuring device, i.e. approximately to ± 0,05 %, and at the same time provide the specified confidence probability P = 0.95 of the error of the tank calibration. The economic effect is the ability to carry out the calibration of several tanks in operation simultaneously, which significantly reduces the costs and timing of its implementation. Conclusions. The developed method of automatic calibration of gas stations and gas stations with the help of standard dispensers or ASN, which are part of automated IMS, provides for calibration with a given accuracy and confidence level. It also allows for the calibration of several tanks simultaneously in operation, which significantly reduces the cost of calibration and the timing of its implementation.

Ключевые слова: градуировка резервуаров, топливораздаточные колонки АЗС, автоматизированные стояки налива нефтебаз, погрешность градуировки, доверительная вероятность градуировки.

Keywords: calibration of tanks, fuel dispensers of gas stations, automated standpipes for loading of tank farms, error of graduation, confidence probability of graduation.

Градуировочная характеристика резервуаров является одной из важнейших метрологических характеристик в процессе проведения учетно-расчетных операций с нефтепродуктами (НП). В соответствии с ГОСТ 8.570-2000 [1] каждые 5 лет все резервуары нефтебаз (НБ) и автозаправочных станций (АЗС) подлежат периодической градуировке. Пластические необратимые деформации, утонение стенок резервуаров в процессе их ржавления, просадка днища и т.п. приводят к значительным изменениям их градуировочной характеристики, что приводит к значительным погрешностям при проведении учетных операций при инвентаризации, при сдаче операторами своих смен и ко многим другим нежелательным явлениям.

Обычно первично градуировочную характеристику резервуаров на АЗС получают с помощью передвижной измерительно-градуировочной лаборатории (ПИГЛ). Процесс градуировки заключается в установке в резервуар датчика уровня с абсолютной погрешностью не хуже ±1 мм, расходомера, с помощью которого измеряется объем закаченного или слитого НП или воды, а также вычислительной машины с аттестованной программой, которая обрабатывает поступающую на ее входы информацию с датчиков объем-уровень. По опорожнению или наполнению резервуара персональный компьютер производит расчет его градуировочной характеристики.

В соответствии с законами метрологии средства измерений, вышедшие с завода, должны как минимум в два раза иметь меньшую суммарную погрешность, чем та, которая указывается в его паспортных данных. Это связано с тем, чтобы в процессе пятилетней эксплуатации суммарная относительная погрешность градуировочной характеристики не превысила своего предельного значения ±0,2 %. Однако в соответствии с законами теории вероятности для достижения погрешности ±0,1 % резервуар необходимо пролить при доверительной вероятности Рд = 0,95 пятнадцать раз. На практике же резервуар градуируют один раз, так как это дорогостоящая процедура и в градуировочных таблицах просто не указывают получаемую при этом величину доверительной вероятности Рд. В то же время не сложно оценить, что при однократно проведенной градуировке при заданной Рд = 0,95 суммарная относительная погрешность составит величину ±0,4 %.

21

2019, № 1

Градуировка вертикальных резервуаров для нефтепродуктов в большинстве случаев выполняется согласно ГОСТ 8.570-2000 [2] геометрическим способом, поскольку градуировка нефтепродуктом РВС-5000, РВС-10000 представляет собой большие временные и финансовые затраты. Но без градуировки продуктом, без учета пластических деформаций, которые происходят в резервуаре в процессе его нагружения, получать суммарную погрешность градуиро-вочной характеристики ±0,1 % его вместимости практически невозможно.

Для решения вышеизложенной проблемы предложены способ и реализующее его устройство автоматической градуировки резервуаров АЗС и НБ с помощью автоматизированной информационно-измерительной системы (ИИС) учета НП [3, 4].

Ожидаемый экономический результат заключается в отсутствии необходимости вывода АЗС или НБ из штатного режима эксплуатации, а также возможности производить градуировку одновременно сразу нескольких резервуаров или всех резервуаров, находящихся в эксплуатации, что значительно снижает затраты и сроки на проведение градуировки.

Для осуществления способа разработано устройство, блок-схема которого представлена на рис. 1.

через топливораздаточную колонку

Устройство состроит из резервуара 1, внутри которого по высоте устанавливается датчик уровня 2 с абсолютной погрешностью ±0,5 мм, датчик температуры 3, расположенный перед заборным устройством 4, насоса 5, подающий НП через штатную топливораздаточную колонку (ТРК) или автоматический стояк налива (АСН) 7 потребителю, и в которой установлен объемный счетчик 9 и датчик температуры ТРК или АСН 8, блок преобразователей 10, вычислительный блок 11 и объемного мерника 12 и узла отпуска НП потребителям 13.

Устройство работает следующим образом. В резервуаре 1 заливается поступающий на НБ или АЗС НП. Резервуар заполняется до величины уровня взлива Нтах, которая, как правило, составляет 95 % от объема резервуара. Затем через заборное устройство 5 насосом 6 НП поступают в ТРК или АСН для заправки потребителя в штатном режиме. При этом объем отпускаемых потребителю НП фиксирует объемный счетчик 9, показания которого вместе с показаниями датчика температуры ТРК или АСН 8 поступают на вход вычислительного блока 11. Выходные сигналы датчика уровня 2 и датчика температуры 4 поступают на соответствующие входы блока преобразователей 10, с выхода которого объединенный сигнал поступает на вход вычислительного блока 11, в котором эта информация обрабатывается с помощью программы с учетом данных резервуаров, заложенных в вычислительный блок заранее, и в виде выходных сигналов управления поступает на останов либо работу насоса 6. На третий вход вычислительного блока 11 три раза в сутки поступает информация с образцового мерника 12 относительно ежесуточной систематической составляющей погрешности ТРК или АСН.

Практическую реализацию способа осуществляют следующим образом. Резервуар, подлежащий градуировке, наполняют НП до максимально допустимой величины взлива Нмах. В вычислительном блоке 10 фиксируют показания счетчика или счетчиков, если этот резервуар обслуживает несколько ТРК или АСН, работающих с поверяемым резервуаром. На этом заканчивается этап предварительной подготовки устройства к градуировке резервуара, и сама градуировка производится при штатной работе ТРК или АСН во время отпуска НП потребителям во время штатной работы АЗС или НБ. Отпуск НП из градуируемого резервуара производится через одну или нескольких ТРК или АСН последовательно или параллельно суммарной дозой, равной приблизительно изменению уровня в резервуаре на 10-40 мм до фиксированной единицы измерения уровня. После чего отпуск с поверяемого резервуара прерывается приблизительно на 2 мин для успокоения колебаний поверхности НП в резервуаре после срабатывания отсечных клапанов ТРК или АСН, и затем показания средств измерений объемного счетчика 9, датчика температуры 8, датчика уровня 2 и датчика температуры 4 опять поступают в запоминающее устройство вычислительного блока 11. По окончании временной паузы отпуск НП из поверяемого резервуара опять возобновляется через одну или несколько ТРК или АСН последовательной или параллельной суммарной дозой до следующей фиксированной единицы измерения уровня. Процедура отпуска и прерывания производится таким образом до достижения уровня НП в резервуаре до значения Hmm. При достижении уровня НП в резервуаре значения Hmm вычислительный блок 11 по определенной программе производит расчет градуировочной характеристики резервуара.

Практическая реализация вышеописанного способа автоматической градуировки резервуаров сопряжена с преодолением ряда проблем, а именно: при передаче единицы измерений от эталонных средств измерений рабочим погрешность эталонных средств должна превосходить рабочие согласно методике поверки данных средств измерений в 2-3 раза. В то же время ТРК или АСН имеют относительную суммарную погрешность измерения величины объема расхода ~ ±0,2 %, т.е. чтобы отградуировать резервуар также с относительной погрешностью ±0,2 %, относительная погрешность объемного расходомера согласно методике его поверки должна находиться в пределах ±0,1-0,06 %. При этом следует иметь в виду, что, оценивая погрешность результата, получаемого при статистической обработке многократных отсчетов, нужно помнить о том, что при усреднении уменьшаются лишь случайные погрешности, в то время как систематическая погрешность, присутствующая во всех усредненных отсчетах, остается без изменений.

Новизна предложенного способа заключается в переводе систематической погрешности узлов учета ТРК или АСН в разряд случайных путем их поверки с помощью эталонного объемного мерника и введением постоянной поправки перед каждым опорожнением всего резер-

2019, № 1

23

вуара. В этом случае не исключенная систематическая погрешность А. в каждом из усредненных отсчетов принимает случайное значение [5, 6], т.е.

Х = .-'1

N

где Х - среднеарифметическое значение вместимости градуируемого резервуара при проведении ^испытаний; Х. - вместимость градуируемого резервуара в '-м испытании; А.. - абсолютная погрешность узла учета в '-м испытании, вычисленная по результатам измерений эталонного мерника; N - суммарное число испытаний;

о х =

X!=:

N

где ох - среднеквадратическая погрешность узла учета в N серии испытаний.

Среднее квадратическое отклонение рассеяния оценки о х зависит от среднеквадратиче-ского отклонения разброса усредняемых отсчетов и числа N независимых отсчетов друг от друга

* •

При объеме выборки N > 8 отличие квантилей распределения Стьюдента от квантилей нормального распределения (п ^ ^ ) составляет менее 20 %, поэтому квантильную оценку Ар погрешности с заданной доверительной вероятностью Р произведем по формуле

Ар = гв сг = гв ,

где - нормальный квантиль нормального распределения для заданной вероятности Р.

В соответствии с ГОСТ 8.346-2000 погрешность измеряемых параметров резервуаров при объемном методе должна соответствовать табл. 1.

Таблица 1

Погрешность измеряемых параметров резервуаров при объемном методе

Измеряемый параметр Пределы допускаемой погрешности измерений

Объем дозы жидкости при градуировке, % ±0,15

Уровень жидкости, мм ±1

Температура жидкости, °С ±0,2

Температура воздуха, °С ±0,1

Давление жидкости избыточное, % ±0,4

При соблюдении указанных в табл. 1 пределов допускаемой погрешности измерений погрешность определения вместимости резервуара при объемном методе поверки не должна превышать:

а) ±0,25 % - при измерениях объема дозы жидкости с погрешностью ±0,15 %;

б) ±0,20 % - при измерениях объема дозы жидкости с погрешностью ±0,1 %.

Определим на практическом примере необходимое число полного опорожнения резервуара п, при котором выполняются условия измерения объема дозы НП узлом учета с погрешностью ± 0,1 %. При этом будем полагать, что о^ = ±0,2 %; Р = 0,95; ¿н = 1,96:

N = (^ У = [ у = 16.

Одновременно с этим обеспечивается и заданная доверительная вероятность получаемого результата погрешности градуировки резервуара.

Предложенный способ и реализующее его устройство позволяют неконтролируемую систематическую погрешность колонки перевести в разряд случайных и по мере набора статистики уменьшить суммарную погрешность колонки с ±0,25 % практически до ±0,05 %. Благодаря этому удается обеспечить высокую точность и достоверность получаемой градуиро-вочной характеристики резервуара, не выводя колонку из режима ее штатной работы.

Заключение

Разработанный способ автоматической градуировки резервуаров АЗС и НБ с помощью штатных ТРК или АСН, входящих в состав автоматизированных ИИС, обеспечивает проведение градуировки с заданной точностью и доверительной вероятностью. Также позволяет проводить градуировку одновременно сразу нескольких резервуаров, находящихся в эксплуатации, что значительно снижает затраты на градуировку и сроки ее проведения.

Библиографический список

1. ГОСТ 8.570-2000. Государственная система обеспечения единства измерений. Резервуары стальные вертикальные цилиндрические. Методика поверки.

2. ГОСТ 8.346-2000. Государственная система обеспечения единства измерений. Резервуары стальные горизонтальные цилиндрические. Методика поверки.

3. Пат. 2178153. Способ градуировки резервуаров и устройство для его осуществления / А. Р. Акопян, Р. А. Акопян, А. Г. Годнев, Г. И. Лакиза, А. М. Несговоров, В. С. Солда-тов ; опубл. 2002, Бюл. № 1.

4. Государственная система обеспечения единства измерения. Градуировочные характеристики резервуаров АСЗ и нефтебаз. Методики определения и контроля при помощи топливо-раздаточных колонок в процессе эксплуатации. МИ 2564-99 / исполнители: Годнев А. Г.

5. Новицкий, П. В. Оценка погрешностей результатов измерений / П. В. Новицкий, И. А. Зограф. - Ленинград : Энергоатомиздат, 1991. - 304 с.

6. Кобзарь, А. И. Прикладная математическая статистика. Для инженеров и научных работников / А. И. Кобзарь. - Москва : Физматлит, 2006. - 816 с.

Годнев Александр Геннадьевич

кандидат технических наук, доцент, Российский государственный университет нефти и газа имени И. М. Губкина (Россия, г. Москва, Ленинский проспект, 65) E-mail: ntc-korolev@yandex.ru

Godnev Aleksandr Gennadevich

candidate of technical sciences, associate professor, Russian State University of Oil and Gas named after I. M. Gubkin

Образец цитирования:

Годнев, А. Г. Автоматизированная градуировка резервуаров с помощью штатных узлов учета информационно-измерительных систем АЗС и нефтебаз / А. Г. Годнев / / Измерение. Мониторинг. Управление. Контроль. - 2019. - № 1 (27). - С. 19-24. - БО! 10.21685/2307-5538-2019-1-3.

í.........................................................................................

Measuring. Monitoring. Management. Control