СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ОБЪЕМА ЖИДКОСТИ В ЗАКРЫТОМ РЕЗЕРВУАРЕ
METHOD OF MEASURING VOLUME OF LIQUID IN CLOSED RESERVOIR

Предлагаемое изобретение относится к измерению уровня жидкости в колодцах, скважинах и герметичных емкостях и может найти применение в буровой технике, химической и нефтехимической промышленности и коммунальных службах.
Известно устройство для измерения уровня жидкости, содержащее соединенный с преобразователем чувствительный элемент в корпусе, к которому герметично подсоединена полость противодавления с входным отверстием, при этом чувствительный элемент выполнен в виде диафрагмы, а полость противодавления представляет собой канал с разделителем в виде Г-образного колена, заполненного жидкостью или газом, вход в полость которого выполнен в нижнем конце колена (патент РФ №1493877, G01F 23/18, бюл. №26, 1989 г.).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относятся сложность конструкции, ее наладки и эксплуатации, что приводит к снижению точности измерения объема в закрытом резервуаре.
Известен способ определения уровня жидкости в закрытой емкости, который заключается в откачивании части воздуха над жидкостью вакуум-насосом с созданием определенного вакуума. Затем вакуум сбрасывается и по времени восстановления атмосферного давления в емкости судят об уровне жидкости в ней (DT 19750620, В60К 15/06; G01F 17/00; G01F 20/14; В60К 15/03, 1999 г.).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится сложность оборудования для реализации известного способа, связанная с необходимостью установки вакуум-насоса и регистрационного прибора для определения времени выравнивания давления над жидкостью, что приводит к погрешностям при измерении объема жидкости в закрытом резервуаре.
Известны метод и способы для определения объемов жидкости в закрытом резервуаре или камере с общим объемом V, включающие создание вакуума в газе над поверхностью жидкости путем увеличения объема этого газа за счет перемещения его части ΔV в другой мерный объем, определения объема газа над уровнем жидкости по формуле
1
3
где V - объем газа над уровнем жидкости, м;
0
1
р и p - соответственно абсолютные давления газа до и после создания вакуума над уровнем жидкости;
1
0
ΔV - мерный объем, в который перемещают часть газа при создании вакуума над уровнем жидкости, при этом отношение давлений p/p определяется по формуле:
где m и n - соответственно объемы цилиндров поршневого газового вакуум-насоса до создания вакуума и после его создания.
Окончательно объем жидкости в резервуаре рассчитывается по формуле:
(патент Великобритании GB 341306, G01F 23/16, G01F 23/14, 1931 г.).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относятся сложности измерений и промежуточных расчетов, а также аппаратурного оформления, включающего мерный сосуд для фиксации объема V, газовый поршневой вакуум-насос для фиксации объемов m и n (формула 2), U-образный дифманометр и шкалу для измерения объема ΔV, что приводит к погрешностям при измерении объема жидкости в закрытом резервуаре.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту по совокупности признаков и выбранному за прототип является способ измерения объема жидкости в закрытом резервуаре, включающий увеличение объема газа на известную величину ΔV, при этом увеличение объема газа на известную величину ΔV проводят за счет откачивания из закрытого резервуара объема жидкости, равного величине ΔV, измеряют давление газа над поверхностью жидкости до и после откачивания этого объема ΔV и объем жидкости в резервуаре определяют по формуле:
0
3
где V и V - соответственно объем жидкости в закрытом резервуаре и общий объем резервуара, м;
3
ΔV - объем жидкости, откаченной из резервуара для увеличения объема жидкости над свободной поверхностью жидкости, м;
0
1
р и p - соответственно давление газа над поверхностью жидкости до и после откачивания жидкости объема ΔV, Па (ат) (патент РФ №2344380, G01F 23/00, 2009 г.).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, является снижение точности измерений объема жидкости в закрытом резервуаре, когда в объем жидкости ΔV при ее откачивании в сливной патрубок попадает часть газа, находящегося над свободной поверхностью жидкости. Особенно эта проблема прорыва газа в сливной патрубок возникает, когда закрытый резервуар находится под давлением.
Задачей предлагаемого технического решения является предотвращение возможности выхода газа, находящегося над свободной поверхностью жидкости в закрытом резервуаре, при измерении объема жидкости в нем.
Техническим результатом предлагаемого способа измерения объема жидкости в закрытом резервуаре является увеличение точности измерения этого объема.
Поставленный технический результат достигается тем, что в способе измерения объема жидкости в закрытом резервуаре, включающем изменение объема газа, находящегося над поверхностью жидкости, на известную величину ΔV и определение давления газа до и после изменения этого объема, при этом изменение объема газа проводят путем подачи в закрытый резервуар объема жидкости, равного величине ΔV, приводящего к уменьшению объема газа, а объем жидкости в резервуаре определяют по формуле:
0
3
где V и V - соответственно объем жидкости в закрытом резервуаре и общий объем резервуара, м;
3
ΔV - объем жидкости, поданный в резервуар для уменьшения объема газа над свободной поверхностью жидкости, м;
0
1
р и p - соответственно давление газа над поверхностью жидкости до и после подачи жидкости объема ΔV, Па (ат).
0
Подача жидкости объемом ΔV в закрытый резервуар - более точный технологический процесс, чем откачивание такого же объема жидкости из этого резервуара, особенно когда объем жидкости V в резервуаре мал и при откачивании возможен прорыв газа в сливной патрубок. Особенно эта возможность увеличивается, когда газ над поверхностью жидкости и сама жидкость находятся под значительным избыточным давлением. Таким образом, предлагаемый способ измерения объема жидкости в закрытом резервуаре позволяет более точно определить этот объем во всем диапазоне возможных уровней жидкости в резервуаре и давлений в нем по сравнению со способом, выбранным за прототип.
Схема установки для реализации предлагаемого способа измерения объема жидкости в закрытом резервуаре представлена на чертеже.
0
Она состоит из закрытого резервуара 1 общим объемом V, в котором находится какое-то количество жидкости V, образующей уровень жидкости 2. Резервуар имеет сверху патрубок 3 для периодического налива жидкости. Патрубок 3 герметично закрыт крышкой 4. Сверху резервуара также установлен манометр 5 для измерения давления в газе (воздухе) над уровнем жидкости 2. Сбоку резервуара установлен патрубок с вентилем 6, к которому присоединен жидкостной насос 7. Для измерения объема жидкости ΔV, подаваемой в резервуар жидкостным насосом 7, служит мерная емкость 8. На дне резервуара 1 установлен патрубок с вентилем 9 для подачи жидкости потребителям.
Реализацию предлагаемого способа измерения жидкости в закрытом резервуаре проводят следующим образом.
0
1
Измеряют давление газа в резервуаре 1 над уровнем жидкости 2 р, включают насос 7, открывают вентиль 6 и перекачивают из мерной емкости 8 фиксированный объем жидкости ΔV в резервуар 1. Уровень жидкости 2 в резервуаре 1 увеличивается, а объем газа (воздуха) над жидкостью уменьшается на фиксированный объем жидкости ΔV. Таким образом, если объем газа в резервуаре 1 уменьшается, то по закону Больцмана-Мариотта давление увеличивается. Регистрируют манометром 5 это давление p в резервуаре 1 после подачи в него фиксированного объема жидкости ΔV. Тогда из закона Бойля-Мариотта следует
0
0
1
0
p·(V-V)=p-[V-(V+ΔV)],
откуда объем жидкости в резервуаре 1 определяют по формуле (4).
0
0
1
3
Пример 1. Необходимо измерить объем жидкости V в закрытом резервуаре, имеющем общий объем V=1 м. Давление газа в резервуаре, измеренное манометром 5, р=2 ат. Включают насос 7, затем открывают вентиль 6 и подают ΔV=10 л жидкости насосом 7 из мерной емкости 8 в резервуар 1. Измеряют давление газа p=2,1 ат с помощью манометра 5 в резервуаре 1 после подачи в него объема жидкости ΔV=10 л и по формуле (4) рассчитывают объем жидкости в резервуаре
0
0
1
3
Пример 2. Необходимо измерить объем жидкости V в закрытом резервуаре, имеющем общий объем V=2 м. Давление газа (воздуха) в резервуаре, измеренное манометром 5, р=1.033 ат (атмосферное давление). Включают насос 7, открывают вентиль 6 и подают насосом из мерной емкости 8 в резервуар 1 объем жидкости ΔV=15 л. Измеряют давление p=1.2 ат манометром 5 после подачи в него этого объема ΔV. Рассчитывают по формуле (4) объем жидкости в закрытом резервуаре 1
0
0
0
1
3
Пример 3. Необходимо измерить объем жидкости V в резервуаре 1, находящемся под землей и имеющем объем V=10 м. Давление газа в резервуаре, измеренное манометром 5, р=1.1 ат (небольшое избыточное давление). Включают насос 7, открывают вентиль 6 и подают насосом из мерной емкости 8 в резервуар 1 объем жидкости ΔV=50 л. Измеряют давление p=1.15 ат манометром 5 после подачи в резервуар объема жидкости ΔV=50 л. Рассчитывают по формуле (4) объем жидкости в закрытом резервуаре 1
0
Таким образом, предлагаемый способ измерения объема жидкости в закрытом резервуаре позволяет определить объем жидкости в нем при любом уровне жидкости и давлении в резервуаре без возможности прорыва части газа из резервуара, как это может случиться в способе, принятом за прототип, когда при высоких давлениях и малом объеме жидкости (а значит ее малом уровне над сливным патрубком) возможен прорыв газов при сливе жидкости, который приводит к ошибкам при определении объема V в прототипе.
Способ прост по приборному, аппаратурному и технологическому исполнению, так как требуется для реализации только манометр, мерная емкость и жидкостной насос для подачи небольшой части жидкости в резервуар, при этом это может быть тот же насос, которым жидкость периодически закачивается в резервуар в основной технологии его использования.
Как видно из приведенных примеров 1-3, предлагаемый способ измерения объема жидкости в закрытом резервуаре точен при любом давлении и объеме жидкости в резервуаре, а также прост по технологическим операциям, расчетам и времени измерения объема жидкости. Кроме того, способ безопасен в технологическом исполнении и не требует высокой квалификации работающего персонала.