АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ УСТАНОВКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ МАССЫ НЕФТЕПРОДУКТА В ЭЛАСТИЧНОМ РЕЗЕРВУАРЕ ПРИ ХРАНЕНИИ

Полезная модель относится к области измерения объема (массы жидкости), в частности к устройствам определения количества нефтепродукта, хранимого в больших эластичных контейнерах с учетом свойств конструкционного материала, нефтепродукта и температуры, и может быть использована, на автозаправочных станциях, резервуарных парках складов и нефтебаз, использующих для хранения нефтепродуктов эластичные резервуары.
Как показала практика при хранении нефтепродуктов в больших эластичных резервуарах возникают сложности определения конкретного объема (массы) залитого на хранение нефтепродукта по истечении определенного отрезка времени.
Обусловлено это тем, что в конструкции эластичных резервуаров не предусмотрена установка уровнемеров.
Перед авторами стояла задача - разработать устройство, позволяющее определять в любой момент хранения массу находящегося в нем нефтепродукта.
При просмотре научно-технической и патентной информации были выявлены объекты, частично решающие поставленную задачу.
Так известна система определения количества нефтепродукта в эластичном резервуаре, включающая измеритель габаритных размеров заполненного эластичного резервуара.
Согласно этого технического решения замеряют длину, ширину и высоту в средней продольной части эластичного резервуара и определяют объем эластичного резервуара по следующей формуле:
3
V=a·b·h, м где
3
V - объем нефтепродукта, м;
a - длина эластичного резервуара, м;
b - ширина эластичного резервуара, м;
h - высота в средней продольной части резервуара, м.
Полученный объем резервуара принимают за объем залитого нефтепродукта.
[М.: «Резинотканевые резервуары - техническое описание и инструкция по эксплуатации» Военное издательство Министерства обороны СССР. 1980. с.34].
Недостатком этой системы является значительная погрешность при обмере габаритных размеров, зависящая от применяемых средств обмера и человеческого фактора, а также тем, что эластичный резервуар не является тарированным средством хранения нефтепродуктов.
Наиболее близким к полезной модели по технической сущности и взятой за прототип является система определения массы нефтепродукта, включающая измеритель массы залитого нефтепродукта и измеритель величины потерь за период хранения, выявленной при сливе нефтепродукта. [М.: Труды 25 ГосНИИ МО РФ. 2010. №55 с.499].
Величину потерь для конкретного эластичного резервуара и конкретного нефтепродукта определяли до использования этого резервуара в качестве средства хранения, для чего заливали в резервуар нефтепродукт и через определенный промежуток времени сливали его, а разность между залитым и слитым нефтепродуктом принимали за потери, считая эту величину постоянной для эластичного резервуара.
Расхождения показаний между залитым и слитым нефтепродуктом являются потерями от проницаемости конструкционного материала эластичного резервуара, возникающими при температуре оболочки эластичного резервуара выше 0°C. [М.: ЦНИИТЭнефтехим 1977. Тематический обзор «Резинотканевые резервуары» с.24].
Недостатком данной системы является значительная погрешность и длительность определения, обусловленная сложностью оценки (без слива нефтепродукта из резервуара) потерь от проницаемости конструкционного материала эластичного резервуара.
Технический результат полезной модели - повышение точности определения массы нефтепродукта в эластичном резервуаре в любой момент хранения.
Указанный технический результат достигается тем, что в автоматизированной установке определения массы нефтепродукта в эластичном резервуаре при хранении, содержащей блок определения массы залитого нефтепродукта в резервуар и блок определения проницаемости образца материала, из которого изготовлен эластичный резервуар, согласно полезной модели блок определения проницаемости образца материала выполнен в виде дозатора образцов эластичных материалов и разъемной диффузионной ячейки, в нижней части которой выполнено посадочное место для размещения образца материала, из которого изготовлен эластичный резервуар, а в верхней части диффузионной ячейки установлен нагреватель нефтепродукта и датчик температуры нефтепродукта, патрубок подачи которого выполнен в герметично устанавливаемой крышке диффузионной ячейки, а установка дополнительно содержит задатчик площади внутренней поверхности эластичного резервуара, задатчик вида конструкционного материала эластичного резервуара, программный блок управления, таймер, связанный с соответствующим входом и выходом блока управления, датчики температуры оболочки эластичного резервуара, установленные в заданных точках и подключенные к блоку управления, и насос, напорная линия которого через соответствующие запорные клапаны подключена или к входному патрубку диффузионной ячейки, или через измеритель объема и измеритель плотности блока определения массы залитого нефтепродукта к сливно-наливному патрубку эластичного резервуара, при этом датчик температуры нефтепродукта в диффузионной ячейке, измеритель объема, измеритель плотности и информационный выход диффузионной ячейки подключены к соответствующим входам программного блока, выходы которого соединены с сигнализатором выдачи образца эластичного материала из дозатора в посадочное место диффузионной ячейки, с нагревателем нефтепродукта в диффузионной ячейке, с управляющими входами запорных клапанов, один из которых установлен перед блоком определения массы залитого нефтепродукта в эластичный резервуар, а другой - в линии подачи нефтепродукта в диффузионную ячейку.
На фиг.1 представлена блок-схема автоматизированной установки определения массы нефтепродукта в эластичном резервуаре при хранении.
1
2
3
4
5
6
Установка содержит эластичный резервуар 1, на оболочке которого в шести заданных точках (на фиг.1 точки установки датчиков показаны условно) установлены шесть датчиков (t; t; t; t; t; t) температуры оболочки эластичного резервуара, как вариант (накладной датчик температуры кабельный LF 1/Е с диапазоном измеряемой температуры -50…+180°C [Электронный ресурс // ЗАО «Вектор&Инжиниринг» // Накладные датчики температуры, влажности, контроллеры, регуляторы, преобразователи, реле / URL:http://www.vec-ing.ru/?do=menu&id=15080 / дата обращения 20.07.2011]).
1
Датчик t - находится на внешней стороне верхней оболочки эластичного резервуара по центру;
2
датчик t - находится на внешней стороне нижней оболочки эластичного резервуара по центру;
3
4
5
6
датчики t, t, t, t - находятся по центру боковых стенок эластичного резервуара.
2
Данные точки определены экспериментальным путем в процессе исследования влияния температуры внешней среды на показатель проницаемости оболочки эластичного резервуара ЭР - 250 с учетом внутренней площади поверхности эластичного резервуара 443,04 м, постоянно контактирующей в процессе хранения с нефтепродуктом [М.: Труды 25 ГосНИИ МО РФ. 2010. №55 с.491-492].
Как показали исследования необходимо и достаточно шести точек измерения температуры оболочки эластичных резервуаров для всех типов эластичных резервуаров.
Для заполнения эластичного резервуара 1 нефтепродуктом используют любой дозатор 2, как вариант применен насос СВН-80А [Каталог продукции ОАО «ЭНА» Щелковский насосный завод, раздел №2 Насосы для химической и нефтяной промышленности 2009 с.65], напорная магистраль которого соединена со сливно-наливным патрубком резервуара 1. В этой магистрали установлены запорный клапан 3, блок 4 определения массы залитого нефтепродукта в эластичный резервуар 1, включающий в себя, расходомер 5 объема залитого нефтепродукта (как вариант применен счетчик ППО-40 [Электронный ресурс // ЗАО «Пензаспецавтомаш» / URL:http://avtomash.sura.ru/prod/zapchasti/sc_ppo_40.htm/ дата обращения 20.07.2011]) и измеритель 6 плотности заливаемого нефтепродукта (например плотномер «ПЛОТ-3Б» [Электронный ресурс // ЗАО «Авиатех» 2007-2010 / URL:http://www.avia-tech.ru/item.php?id=33&catid=3 / дата обращения 20.07.2011]). В заявляемой автоматизированной установке имеется блок 7 оценки проницаемости образца конструкционного материала. Образцы конструкционных материалов находятся в дозаторе 8. Каждый образец 9 конструкционного материала соответствует материалам, используемым для изготовления эластичных резервуаров. Образец 9 конструкционного материала выполнен в форме круга и имеет диаметр, равный посадочному месту диффузионной ячейки 10 блока 6. Дозатор 8 представляет собой контейнер кассетного типа с уложенными в него образцами 9 и имеет сигнализатор (без позиции) выдачи нужного образца. Диффузионная ячейка 10, изготовленная из нержавеющей стали, (ГОСТ 27896-88 «Резины, полимерные эластичные материалы, прорезиненные ткани и ткани с полимерным эластичным покрытием. Методы определения топливопроницаемости») представляет собой цилиндр, состоящий из двух разъемных частей: верхней и нижней. В нижней части имеется посадочное место для размещения образца 9 конструкционного материала. Верхняя часть диффузионной ячейки 10 предназначена для залива нефтепродукта той же марки, что и находящийся на хранении в эластичном резервуаре. Нижняя часть диффузионной ячейки 10 с размещенным в посадочном месте образцом 8 служит днищем верхней части диффузионной ячейки 10, в верхней части которой, внутри герметично устанавливаемой крышке, установлен нагреватель 11 (например, ТЭН мощностью 50 Вт).
В стенке диффузионной ячейки 10 на высоте не менее 10 мм от установленного в посадочное место образца 9 установлен датчик 12 температуры нефтепродукта (термопара с диапазоном измеряемой температуры от 0… до +70°C).
Оценку проницаемости образца 9 конструкционного материала осуществляют в соответствии с ГОСТ 27896-88 «Резины, полимерные эластичные материалы, прорезиненные ткани и ткани с полимерным эластичным покрытием. Методы определения топливопроницаемости».
Отсчет времени с начала момента хранения до момента определения массы нефтепродукта в эластичном резервуаре 1 ведут по таймеру 13 времени (как вариант таймер времени ЭТ-20 [Электронный ресурс // АРК «Энергосервис» // Контрольно-измерительные приборы и автоматика / URL:http://www.kipspb.ru/catalog/counter/144 // дата обращения 20.07.2011]).
Запорный клапан 14 предназначен для впуска через патрубок подачи, расположенный в герметично устанавливаемой крышке диффузионной ячейки 10 необходимого количества нефтепродукта той же марки, что и в эластичном резервуаре 1. Линия отбора пробы нефтепродукта подключена к напорной магистрали насоса 2 в точке «А» до запорного клапана 3.
Установка содержит программный блок 15 управления последовательностью операций. Блок 15 управления выполнен, как вариант, на базе компьютера «Pentium III» с памятью на жестком диске - 20 GB, оперативной памятью - 64 Мб, частотой процессора - 600 Гц. Для работы установки разработана программа «Определение массы нефтепродукта в эластичном резервуаре».
В базу данных блока 15 введены:
- вид конструкционного материала, из которого изготавливают эластичный резервуар;
вн. пов.ЭР
- площадь внутренней поверхности эластичного резервуара S.
В процессе работы автоматизированной установки в блок 15 поступают сигналы замеряемых показателей:
- V объем залитого нефтепродукта (показания расходомера 5);
- ρ плотность залитого нефтепродукта (показания измерителя 6 плотности);
1
2
3
4
5
6
- температура оболочки эластичного резервуара 1 в заданных точках (показания датчиков t; t; t; t; t; t);
сут.
- N количество суток хранения (показания таймера 13 времени);
- Т температура нефтепродукта в диффузионной ячейке 10 (показания датчика 12 температуры);
- П проницаемость образца 9 материала (от диффузионной ячейки 10).
По заданному алгоритму в соответствии с программой в блоке 15 происходит обработка результатов, то есть расчет М массы нефтепродукта в эластичном резервуаре на данный момент по следующей экспериментально полученной зависимости:
0
вн. пов.ЭР
сут.
M=M-П·S·N, где
М - масса нефтепродукта в эластичном резервуаре, кг;
0
М - исходная масса залитого конкретного нефтепродукта, кг (рассчитывается как произведение V на ρ);
ср.
2
П - проницаемость нефтепродукта через образец 9 конструкционного материала эластичного резервуара при Т, кг/м сут.;
вн. пов.ЭР
2
S - площадь внутренней поверхности эластичного резервуара, м;
сут.
N - период хранения от момента залива до момента определения, сут.
Выходы блока 15 связаны с запорными клапанами 3 и 14, с таймером времени 13, сигнализатором выдачи соответствующего образца из дозатора 8, нагревателем 11.
Автоматизированная установка работает следующим образом:
вн. пов.ЭР
Перед началом хранения из технической документации на конкретный эластичный резервуар берут данные: вид конструкционного материала и площадь внутренней поверхности S.
вн. пов.ЭР.
Включают блок 15 управления и из базы данных «Вид конструкционного материала» и «Площадь внутренней поверхности S» выбирают соответствующие эластичному резервуару 1 значения.
Оператор включает насос 2. Из блока 15 поступает сигнал на открытие запорного клапана 3, происходит заполнение эластичного резервуара 1 нефтепродуктом и одновременно включается таймер 13 времени.
0
0
По окончании залива эластичного резервуара 1 нефтепродуктом, в блок 15 поступает сигнал с расходомера 5 о количестве залитого нефтепродукта V и сигнал с измерителя 6 о плотности залитого нефтепродукта ρ, в блоке 15 рассчитывается М - исходная масса залитого конкретного нефтепродукта (M=V·ρ).
1
2
3
4
5
6.
В процессе хранения таймер 13 времени подает сигналы с заданным интервалом времени (например через каждые 3 часа с начала хранения нефтепродукта в эластичном резервуаре) для фиксации в блоке 15 температур, поступающих с датчиков t; t; t; t; t; t, которые хранятся в блоке памяти, т.е. от каждого из этих датчиков за сутки поступает восемь сигналов.
В момент определения массы М нефтепродукта в эластичном резервуаре 1, (который может возникнуть как через сутки, так и через месяц, год и т.д.) из блока 15 поступает сигнал на сигнализатор дозатора 8 выдачи нужного образца.
Оператор устанавливает соответствующий образец 9 в посадочное место диффузионной ячейки 10, после чего открывается запорный клапан 14 и диффузионная ячейка 10 заполняется нефтепродуктом той же марки, что и в эластичном резервуаре 1.
сут
Фиксируют показания таймера 13 времени и вводят в блок 15 управления сигнал о количестве суток N, прошедших с момента начала хранения.
ср
1
2
3
4
5
6
cр.
cр.
По заданной программе «Определение массы нефтепродукта в эластичном резервуаре» в блоке 15 рассчитывается среднее значение температуры Т. поверхности оболочки резервуара за период хранения, как среднеарифметическое из фиксируемых значений температур поступающих с датчиков t; t; t; t; t; t. за весь период хранения (за сутки общее количество значений температур составит 48). В соответствии с этой температурой на нагреватель 11 поступает сигнал о его включении. Нагрев нефтепродукта в диффузионной ячейке 10 осуществляют до тех пор, пока показания датчика 12 температуры не сравняются со средней температурой Т поверхности оболочки резервуара за период хранения (полученной расчетным путем), как только сигнал с датчика 12 температуры сравняется со средней температурой за период хранения Т в блоке 15 управления, из диффузионной ячейки поступит информационный сигнал о проницаемости П образца 9 при данной температуре.
0
вн. пов.ЭР
сут.
По полученным данным (М; S; N; П) в программном блоке 15 происходит расчет М массы нефтепродукта в эластичном резервуаре по приведенной выше зависимости.
вн. пов.ЭР
0
0
2
3
3
Данная автоматизированная установка определения массы нефтепродукта при хранении была апробирована на эластичном резервуаре ЭР - 25 (конструкционный материал - ткань на основе ТПУ - L 3284 NESU) с площадью внутренней поверхности S=85,87 м, в который был залит автомобильный бензин марки Регуляр - 92 в количестве V=25685 л (показания расходомера 5) при плотности ρ=0,730 кг/м (показания измерителя 6 плотности). Программа, установленная в блок 15, произвела расчет М - исходная масса залитого конкретного нефтепродукта М=V·ρ=25685 л·0,730 кг/м=18750 кг.
сут.
1
2
3
4
5
6
Хранение осуществлялось под наблюдением оператора в летний период времени в средней климатической зоне в течении 45 суток (N=45 показания таймера 13 времени). Блок 15 управления с начала момента хранения с интервалом времени 3 часа фиксировал показания температуры с шести датчиков t; t; t; t; t; t. установленных на оболочке эластичного резервуара ЭР-25.
ср
сут.
По истечении 45-ти суток хранения программа в блоке 15 по заданному алгоритму рассчитала среднее значение температуры поверхности Т=35°C оболочки резервуара за период хранения N=45.
ср
2
При Т=35°C проницаемость П образца 9, конструкционного материала ТПУ - L 3284 NESU эластичного резервуара ЭР-25 автомобильным бензином марки Регуляр - 92 составила П=0,030 кг/м сут. (показания диффузионной ячейки 10).
0
вн. пов.ЭР
сут.
Получив результаты (М; П; S; N), программа по заданному алгоритму рассчитала массу М автомобильного бензина марки Регуляр - 92 в эластичном резервуаре.
0
вн. пов.ЭР
сут.
2
2
М=М-П·S·N=18750 кг.-0,030 кг/м·сут.·85,87 м·45 сут.=18634,1 кг.
После этого из данного резервуара слили хранящийся в нем автомобильный бензин Регуляр-92. Через счетчик марки ППО-40 (цена деления 0,1 л. класс точности в пределах 0,5%) определили объем V=25 007 л. слитого автомобильного бензина Регуляр - 92, измерили плотность в соответствии с ГОСТ 3900 и рассчитали массу М=18630 кг. слитого из эластичного резервуара ЭР - 25 автомобильного бензина марки Регуляр - 92.
0
Как видно из результатов апробаций предлагаемая установка подтверждает не только качественное наличие проницаемости конструкционного материала, но и констатирует количество потерь хранимого нефтепродукта в конкретном резервуаре (М=18750 кг масса автомобильного бензина Регуляр - 92 в эластичном резервуаре в начале хранения и М=18634,1 кг масса автомобильного бензина Регуляр - 92 в эластичном резервуаре по истечении 45-ти суток хранения).
Расхождения между М (18634,1 кг) - массой нефтепродукта в эластичном резервуаре определенной с помощью автоматизированной установки и М (18630 кг) - массой слитого из эластичного резервуара ЭР-25 с помощью счетчика обусловлено погрешностью средств измерений (счетчик марки ППО-40 с ценой деления 0,1 л. класс точности в пределах 0,5%).
Применение установки позволяет определять массу нефтепродукта при хранении в эластичном резервуаре в необходимый момент, с достоверной точностью.