УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЗВЕШИВАНИЯ СЖИЖЕННОГО ПРИРОДНОГО ГАЗА
DEVICE FOR WEIGHING LIQUEFIED NATURAL GAS

Изобретение относится к области весоизмерительной техники и может быть использовано при взвешивании сжиженного природного газа (далее - СПГ).
Известна установка для хранения и выдачи сжиженных газов (патент РФ на изобретение №2146027, опубл. 27.02.2000 г.), например, двуокиси углерода, содержащая изотермическую емкость, устройство поддержания давления, наполнительные и перекачивающие устройства, соединенные с емкостью и образующие совместно с измерительными устройствами единую регулируемую замкнутую систему. Наполнительные и перекачивающие устройства выполнены раздельно для высокотемпературной и низкотемпературной жидкости, а также для газообразного продукта, соединены изотермической емкостью через блок очистки от механических примесей, масла, влаги и солей и управляются через единый электронный блок контроля. Изотермическая емкость установлена на весах устройства для взвешивания, позволяющих осуществлять контроль, в том числе и дистанционный, веса продукта в процессе наполнения, опорожнения, хранения. В устройстве для взвешивания емкости и наполнительном устройстве для наполнения баллонов использованы тензометрические устройства, позволяющие автоматизировать процессы контроля и управления работой установки.
Недостатками этой установки являются сложность конструкции и низкая точность результатов измерений.
Известны тензодатчик и система взвешивания для криогенных резервуаров (патент США № US 6787713 В2, опубл. 07.09.2004 г.), включающая тензодатчики, расположенные между ногами резервуара и поверхностью. Каждый тензодатчик включает раму, созданную из изогнутой металлической пластины. Балка, имеющая ближний и дальний концы, подвешена к верхней панели рамы к ее ближнему концу и вставке. Опора платформы расположена на дальнем конце балки с платформой сверху. Опора платформы проходит через отверстие, образованное в верхней панели рамы, таким образом, что платформа держится над верхней панелью рамы. Нога резервуара прикреплена к платформе. Сеть тензодатчиков крепится к верхней поверхности балки, и конечная панель принимает сигналы от сети тензодатчиков, определяя количество жидкости в резервуаре. Это количество может быть отражено и/или передано дистанционно к диспетчерскому устройству.
Недостатками этой установки является сложность системы вычислений, а именно ее недостаточная точность, обусловленная жесткостью рамы, которая передает усилия на весоизмерительные модули. Грузоприемное устройство должно быть индивидуально сконструировано под каждый тип емкости и соответствовать его размерам.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому является весовой конструктор (Брошюра №112 весоизмерительной компании «Тензо-М»). Эти электронные весы представляют собой комплект элементов для взвешивания емкостей и бункеров, состоящий из тензодатчиков, узлов встройки и весового терминала. В зависимости от объекта взвешивания есть возможность выбрать вариант опоры резервуара (подвесной бункер, опоры на среднем уровне, опоры на полу), датчика (датчик растяжения, датчик сжатия), силопередающего устройства, что позволяет получить систему для взвешивания технологических емкостей. В случае установки резервуара с опорой на полу конструкцией предусматривается антиопрокидывающее устройство от воздействия ветровых нагрузок. В целях обеспечения взрывозащищенности конструкции тензодатчики имеют искрозащищенные электрические цепи подключения. Полученные измерения передаются на компьютер с возможностью отображения значения текущего веса и последнего замеренного, типа продукта и других параметров.
Недостатком прототипа является то, что он не является средством измерения, а является лишь комплектом первичных преобразователей и силовых элементов, из которых могут быть собраны узлы встройки под индивидуальные потребности. Каждый раз создание грузоприемного устройства должно включать процедуру утверждения типа средства измерения и прохождение государственной поверки. Кроме того, платформа в качестве грузоприемного устройства не подходит для взвешивания и жидкой и паровой фаз, а использование платформы совместно с емкостью металлоемко, и при этом нарушается устойчивость всего устройства.
Техническим результатом, на который направлено заявляемое изобретение, является возможность взвешивания природного газа в жидком и газообразном состояниях, а также возможность выполнять метрологическую поверку с обеспечением требований взрывобезопасности.
Указанный результат достигается тем, что устройство для взвешивания сжиженного природного газа состоит из грузоприемного устройства, емкости, как минимум одного весоизмерительного модуля, содержащего тензодатчики, и аналогово-цифрового преобразователя. С целью повышения точности измерений, упрощения процедур поверки и калибровки, в устройство для взвешивания введены интерфейсный коннектор, компьютер и дисплей. Грузоприемным устройством служит криогенная емкость, которая позволяет принимать и жидкую и паровую фазы. Криогенная емкость оборудована, по меньшей мере, двумя трубопроводами для приема и выдачи взвешиваемого СПГ и его паров. Подводящие трубопроводы оснащены сильфонными компенсаторами для снижения воздействия внешних факторов на результаты взвешивания до допустимых значений. Для замены тензодатчиков конструкция устройства предусматривает наличие пластин в основаниях узлов встройки, каждая из которых содержит ригель, позволяющий извлекать датчики в поверку.
Кроме того, в случае использования вертикальной емкости весоизмерительные модули (узел встройки) в целях исключения опрокидывания включают страховочные устройства.
Страховочное устройство выполнено в виде анкерных болтов с зазорами большими, чем рабочее перемещение тензодатчиков, но много меньше, чем перемещение емкости, приводящее к потере устойчивости при опрокидывании.
Также электрооборудование применено во взрывозащищенном исполнении.
На фиг. 1 изображены криогенная емкость и установленные под ней грузоприемные устройства, на фиг. 2 приведен чертеж заявляемого устройства для взвешивания, на фиг. 3 изображена функциональная блок-схема и состав модулей устройства, на фиг. 4 показан пример применения устройства для взвешивания на комплексе по сжижению природного газа при ГРС-4 г. Екатеринбург, на фиг. 5 изображен крупным планом один из узлов встройки, применяемых на комплексе по сжижению природного газа.
Устройство для взвешивания СПГ содержит грузоприемное устройство, установленную на нем криогенную емкость для СПГ 1, трубопроводы для подачи и откачки СПГ, оснащенные сильфонными компенсаторами, расположенные под опорой сосуда 3 узлы встройки 2, содержащие аналоговые весоизмерительные тензодатчики 4, взрывобезопасный шкаф, интерфейсный коннектор, молниезащиту, взрывобезопасный порог и компьютер, дисплей, страховочное устройство в виде анкерных болтов. В компьютер заложены программы для управления устройством. Узел встройки включает два косых подвижных ножа 5, между скосами которых предусмотрен зазор, ножи соединены между собой посредством двух боковых накладок 6, осей и болтов таким образом, что перемещение в плоскости ножей возможно только в пределах зазора по дуге окружности радиусом, равным расстоянию между осями. При этом перемещению препятствует вес емкости. Вторая пара узлов встройки расположена в перпендикулярной плоскости, благодаря чему обеспечена устойчивость емкости от боковых перемещений. Для замены датчика веса в конструкции устройства предусмотрены пластины 7, установленные в основаниях узлов встройки, каждая из которых содержит выдвижной ригель 8, позволяющий извлекать датчики в поверку.
Работа устройства для взвешивания СПГ осуществляется следующим образом.
Криогенную емкость вертикально устанавливают на грузоприемное устройство (фиг. 1), прикрепляя к верхним присоединительным платикам специализированных узлов встройки 2 с помощью разъемных винтовых соединений и штифтов. Через трубопровод подают СПГ в емкость 1. По мере налива СПГ в емкость ее вес увеличивается. Через узлы встройки 2 емкость 1 передает вес СПГ на тензодатчики 4, которые за счет встроенных тензорезисторов выдают аналоговые сигналы. Далее полученные сигналы обрабатываются аналогово-цифровым преобразователем, и с помощью интерфейсного коннектора результат взвешивания в единицах массы поступает на компьютер с установленным программным обеспечением. После обработки данных на компьютере полученный результат отображается на дисплее.
Условием возникновения средства измерения веса является наличие весоизмерительного модуля и грузоприемного устройства. В качестве грузоприемного устройства используется криогенная емкость. Таким образом, получаем средство измерения, позволяющее использовать устройство для взвешивания СПГ в целях осуществления расчета с потребителями за газ.