АВТОМОБИЛЬНАЯ ЦИСТЕРНА ДЛЯ НЕФТЕПРОДУКТОВ С ПРИМЕНЕНИЕМ ОПТИЧЕСКИХ ДАТЧИКОВ

Предлагаемая полезная модель относится к устройствам для транспортирования нефтепродуктов автомобильными цистернами.
3
Данная полезная модель наиболее применима при транспортировании дизельных топлив. В настоящее время используются автомобильные цистерны большой вместимости более 30 м.
При наливе дизельного топлива на нефтебазах возможно попадание воды в автоцистерны. Также возможно попадание нефтепродуктов, имеющих отклонения по показателям качеству.
Известна автомобильная цистерна для нефтепродуктов [Артемьев В.Г., Животовский А.И. Автозаправщики и автоцистерны. Ульяновск. УВВТУ, 2005].
Данная автомобильная цистерна состоит из автомобильного шасси с колесами, цистерны для горючего, наружной лестницы, площадки, дыхательного клапана, горловины, люка, откидной крышки, насоса, трубопроводных коммуникаций.
Через люк или горловину проводятся замер налива горючего и отбор проб на анализ. Недостатками автомобильной цистерны для перевозки нефтепродуктов являются:
1. Отсутствие возможности определения воды в автоцистерне.
2. Отсутствие возможности определения нефтепродуктов, имеющих отклонения по показателям качества.
Также известна установка улавливания паров на автомобильных цистернах для нефтепродуктов с применением двустенного резервуара. [Матвеев Ю.А. и др. Патент на полезную модель №155732 от 20.10.2015 г.].
На предлагаемую автомобильную цистерну, имеющую шасси с колесами, цистерну с горловиной и откидной крышкой, дыхательный клапан, дополнительно на корпус клапана устанавливается общая трубопроводная линия отвода паров с обратным клапаном, соединенная с двустенным резервуаром, частично заполненным абсорбентом, который оборудуется приемным устройством для паров горючего и предохранительным клапаном с фильтром-поглотителем, при этом межстенное пространство резервуара заполняется углекислым газом.
Необходимо отметить, что приемное устройство двустенного резервуара оборудуется двумя сетками с отверстиями различного диаметра для абсорбции паров нефтепродуктов. Резервуар оснащается сливным трубопроводом с задвижкой для слива смеси абсорбента с нефтепродуктом, а также перегородками жесткости с отверстиями для уменьшения скорости перемещения абсорбента и предотвращения гидравлического удара в процессе движения автомобильной цистерны, а также для абсорбции паров нефтепродуктов, содержащихся в паровоздушном пространстве резервуара.
С целью определения уровня абсорбента на двустенном резервуаре имеется замерной люк.
Для предотвращения перелива смеси абсорбента с нефтепродуктом общая трубопроводная линия отвода паров внутри двустенного резервуара имеет горизонтальный участок и оснащается механическим устройством для предотвращения переливов поплавкового типа. Данное устройство состоит из поплавка, соединительного рычага и поршня. Внутри трубопроводной линии отвода паров оборудована подставка для опоры поплавка, когда уровень смеси абсорбента с нефтепродуктом недостаточен для подъема поплавка. Для перекрытия поршнем движения паров внутри трубопроводной линии при помощи втулки оборудуется участок с уменьшенным диаметром трубопровода. Смесь абсорбента с нефтепродуктом поступает в общую трубопроводную линию отвода паров внутри двустенного резервуара через отверстия.
Для отвода паров нефтепродуктов при закрытии механического устройства для предотвращения переливов поплавкового типа общая трубопроводная линия отвода паров оборудуется дыхательным клапаном повышенного давления с фильтром-поглотителем.
Установка работает следующим образом. При «малых» дыханиях, связанных с изменением температур и повышением давления парового пространства в цистерне открывается дыхательный клапан и пары нефтепродуктов по общей трубопроводной линии через приемное устройство с сетками, имеющими отверстия различного диаметра, поступают в двустенный резервуар с абсорбентом. При этом большая часть паров превращается в жидкость за счет охлаждения в двустенном резервуаре и абсорбции абсорбентом. Охлаждение на несколько градусов Цельсия в резервуаре по сравнению с паровым пространством автомобильной цистерны происходит за счет того, что резервуар имеет межстенное пространство, заполненное углекислым газом, который имеет более низкий коэффициент теплопроводности по сравнению с воздухом.
Другая часть паров нефтепродуктов в результате перемещения абсорбента по отверстиям перегородок жесткости по всему объему резервуара в процессе движения автомобильной цистерны абсорбируется абсорбентом. Нерастворившаяся часть паров нефтепродуктов на выходе из резервуара при открытии предохранительного клапана улавливается фильтром-поглотителем.
При увеличении уровня смеси абсорбента с нефтепродуктом поплавок начинает подниматься, приводя в движение соединительный рычаг, который толкает поршень для закрытия отверстия на участке с уменьшенным диаметром трубопровода. В результате подача паров в двустенный резервуар прекращается. После закрытия общей трубопроводной линии отвода паров с помощью механического устройства для предотвращения переливов пары нефтепродуктов из цистерны отводятся в атмосферу через дыхательный клапан повышенного давления с фильтром-поглотителем. По прибытии автомобильной цистерны на пункт приема уровень смеси абсорбента с нефтепродуктом проверяется через замерной люк резервуара. При необходимости смесь сливается через сливной трубопровод с помощью задвижки.
Недостатками установки улавливания паров на автомобильных цистернах для нефтепродуктов с применением двустенного резервуара являются:
1. Отсутствие возможности определения воды в цистерне.
2. Отсутствие возможности определения некачественного топлива в цистерне.
Также известен топливный бак автомобиля с емкостью для улавливания паров бензинов и оптическим датчиком. [Богданов А.Ю., Матвеев Ю.А. Патент на полезную модель №200771 от 11.11.2020 г.].
Полезная модель содержит топливный бак, с горловиной, крышкой и нижней пробкой. Внутри топливного бака расположены топливо заборник с фильтром, электрический датчик уровня топлива со штангой и поплавком. От топливного бака отходят топливопроводы подачи и слива топлива. Топливопровод слива оборудован обратным клапаном. С помощью паропровода топливный бак связан с улавливающей емкостью паров бензина. Для подачи паров бензина в улавливающую емкость имеются клапан, рассчитанный на определенное давление.
От улавливающей емкости отводится вентиляционный трубопровод, на котором, оборудован клапан отвода паров из емкости во впускной трубопровод двигателя. Также улавливающая емкость оснащена сливным краном для отвода конденсата и бензина в жидкой фазе.
С целью герметизации при заправке на автозаправочной станции горловина топливного бака оборудована уплотнительным кольцом из бензостойкой резины. Сам топливный бак выполнен двустенным, при этом межстенное пространство заполнено углекислым газом.
Дополнительно в топливном баке ниже фильтра топливозаборника устанавливается оптический датчик со светодиодом. Датчик линией связи соединяется с панелью приборов автомобиля.
Полезная модель работает следующим образом. При заправке автомобиля на АЗС откручивается крышка топливного бака. После этого раздаточный пистолет герметично вставляется в горловину. Герметизацию обеспечивает уплотнительное кольцо. При заправке нефтепродукт, увеличиваясь в объеме, повышает давление паров бензина. При достижении давления 0,5 кПа срабатывает выпускной клапан, и пары бензина по паропроводу поступают в емкость. При этом пары остаются в газообразном состоянии. Охлаждение в топливном баке по сравнению с окружающим воздухом происходит за счет того, что бак оборудован межстенным пространством, заполненным углекислым газом. Оставшаяся часть паров топлива остается в улавливающей емкости. При достижении определенного давления паров в емкости открывается клапан вентиляционного трубопровода. В результате пары нефтепродукта при работающем двигателе отводятся во впускной трубопровод двигателя и затем сжигаются в его цилиндрах.
В случае образования (попадания) воды, она будет скапливаться в нижней части топливного бака. При достижении уровня оптического датчика водой датчик будет показывать значение коэффициента преломления, отличное от показателя коэффициента преломления бензина. Данное изменение отразится на панели приборов автомобиля, например, в виде загорания красной лампы.
В случае попадания механических примесей, они будут скапливаться в нижней части топливного бака. При достижении уровня оптического датчика механическими примесями, датчик будет показывать значение коэффициента преломления, отличное от показателя коэффициента преломления бензина. Данное изменение отразится на панели приборов автомобиля, например, в виде загорания красной лампы.
Недостатками топливного бака автомобиля с емкостью для улавливания паров бензинов и оптическим датчиком:
1. Отсутствие возможности определения качества топлива в баке.
2. Возможность применения только в топливном баке.
Наиболее близкой к указанной проблеме является автоцистерна для перевозки вязких нефтепродуктов. [Барташев П.Б. и др. Патент на полезную модель №189985 от 14.06.2019 г.].
Полезная модель включает автошасси с рамой и цистерну, оборудованную системой контроля параметров среды, состоящей из отдельных компонентов, соединяемых между собой линией связи-питания и обменивающихся информацией по цифровому протоколу. В состав системы включен датчик идентификации наличия воды, который установлен снаружи цистерны в ее нижней части. Датчик связан линией связи-питания с вторичным преобразователем (котроллером) и индикатором статуса наличия/отсутствия воды. При этом котроллер и индикатор статуса наличия/отсутствия воды могут быть установлены в кабине автоцистерны, на раме автошасси или на цистерне, что позволяет обслуживающему персоналу своевременно обнаруживать наличие воды в цистерне до ее заполнения горячими вязкими нефтепродуктами.
Решаемой технической проблемой является необходимость исключения наличия в цистерне воды до налива в нее горячих вязких нефтепродуктов.
Заявленный технический результат достигается за счет того, что в состав системы контроля параметров среды включен датчик идентификации наличия воды, который установлен снаружи цистерны в ее нижней части, а также котроллер и индикатор статуса наличия/отсутствия воды.
В своей работе датчик идентификации наличия воды использует метод измерения электрической проводимости цистерны, так называемый «кондуктометрический метод». Данный метод основывается на изменении электрического сопротивления между электродами в рабочей среде и соответствующем изменении силы тока в образованном электродами контуре.
Датчик идентификации наличия воды устанавливается снаружи цистерны в ее нижней части и имеет электрод, проходящий внутрь цистерны. Вторым электродом является металлический элемент цистерны, например, ее стенка, днище или болт заземления.
Если цистерна пустая, электрический контакт между электродами отсутствует из-за бесконечно большого сопротивления между ними. При наличии в цистерне воды, сопротивление между электродами уменьшается. Изменение сопротивления от заданных параметров (номинала) отслеживается преобразователем (контроллером), который передает соответствующий сигнал на индикатор статуса наличия/отсутствия воды.
Датчик идентификации наличия воды размещают на цистерне в месте предполагаемого скопления воды.
Таким образом, путем установки в нижней части цистерны датчика идентификации наличия воды, а также котроллера и индикатора статуса наличия/отсутствия воды обеспечивается обнаружение наличия воды в цистерне до налива в нее горячих вязких нефтепродуктов.
Перед наливом горячих нефтепродуктов, при активации системы контроля сигналы от датчика передаются по линии связи-питания на котроллер, который обрабатывает сигнал и передает информацию на индикатор статуса наличия/отсутствия воды. Таким образом, обслуживающий персонал будет оповещен о наличии воды в цистерне и может принять необходимые меры для ее удаления перед наливом горячих вязких нефтепродуктов.
Тем самым достигается заявленный технический результат - повышение безопасности при проведении погрузочных работ при наливе горячих вязких нефтепродуктов в цистерну.
Недостатками автоцистерны для перевозки вязких нефтепродуктов являются:
1. Отсутствие возможности определения качества нефтепродукта в цистерне.
2. Возможность определения воды только в пустой автомобильной цистерне.
Предлагаемая полезная модель позволяет решить задачу повышения эффективности определения воды и нефтепродуктов, имеющих отклонения по показателям качества, в автомобильной цистерне.
Решение указанной задачи достигается тем, что цистерна оборудована двумя оптическими датчиками с возможностью определения воды и качества нефтепродукта, при этом первый датчик смонтирован в нижней части цистерны, второй датчик установлен выше первого на расстоянии 30-40 сантиметров, а также тем, что оба датчика линиями связи соединены с преобразователем и сигнализатором.
Данные признаки являются существенными для решения задачи полезной модели, так как повышается эффективность определения воды и качества нефтепродукта при наливе и движении автомобильных цистерн.
Сущность полезной модели поясняется чертежами (фиг. 1, фиг. 2), на которых изображены вид спереди автомобильной цистерны и разрез автомобильной цистерны. На предлагаемую автомобильную цистерну, имеющую шасси с колесами 1, цистерну 2 с горловиной 3 и откидной крышкой 4, дыхательный клапан 5, волнорезы (перегородки жесткости) 6 дополнительно в переднюю часть корпуса автомобильной цистерны устанавливаются два оптических датчика 7, 8.
Оптические датчики применяются для определения уровней различных жидкостей и сред в резервуарах, цистернах, а также в других емкостях. Принцип работы оптических датчиков основан на различном преломлении света при прохождении через призму (полусферу) в разных жидкостях или средах. Оптический датчик включает в себя корпус, призму, светодиод, фотоприемник и измерительную электронную схему. Вода, дизельное топливо и другие жидкости имеют различные коэффициенты преломления. В частности, вода имеет коэффициент преломления 1,33, а дизельной топливо 1,46-1,47. Первый оптический датчик 7 устанавливается в нижней части цистерны. Данный датчик предназначен для определения воды. Второй датчик 8 устанавливается на расстоянии 30-40 см от первого датчика и предназначен для определения качества дизельного топлива 9.
Оптические датчики 7,8 с помощью линий связи 10 соединены с преобразователем 11, который связан с сигнализатором 12. Преобразователь и сигнализатор размещены в кабине 13 автомобиля.
Дизельное топливо летнее имеет температуру помутнения не выше минус 5°С и температуру застывания не выше минус 10°С. [Матвеев Ю.А. Топливо и смазочные материалы. Лабораторный практикум. Ульяновск. Ул-ГУ, 2011]. При температурах ниже минус 5°С дизельное топливо летнее сначала начинает изменять прозрачность (мутнеть). Затем оно превращается в высоковязкую, непрозрачную жидкость, которая имеет коэффициент преломления более высокий, чем дизельное топливо. При температурах ниже минус 10°С дизельное топливо летнее начинает терять подвижность и становится малоподвижной жидкостью. Дизельное топливо летнее предназначено для эксплуатации при температурах выше минус 5°С. При температурах менее минус 5°С ухудшаются такие показатели качества нефтепродукта, как вязкость, плотность, коэффициент фильтруемости, снижается прокачиваемость нефтепродукта и дизельное топливо летнее становится непригодным к эксплуатации.
То же самое происходит и с печным топливом, или смеси печного топлива с дизельным топливом.
В начале осенне-зимнего периода, с возникновением минусовых температур, на нефтебазах возможны случаи налива дизельного топлива летнего (вместо зимнего) в автомобильные цистерны. Также такие случаи имеют место при получении нефтепродуктов от недобросовестных поставщиков. Данные поставщики могут выдать летнее дизельное топливо как зимнее, или другие некачественные нефтепродукты (смесь печного топлива с дизельным топливом).
Полезная модель работает следующим образом.
При наливе дизельное топливо 9 поступает в автоцистерну 2. В случае образования (попадания) воды 14, она будет скапливаться в нижней части цистерны 2. При достижении уровня оптического датчика водой датчик 7 будет показывать значение коэффициента преломления, отличное от показателя коэффициента преломления дизельного топлива. Данное значение коэффициента преломления через линию связи 10 поступает в преобразователь 11, а затем на сигнализатор 12, например, в виде загорания красной лампы.
В случае попадания в автоцистерну летнего дизельного топлива при температурах ниже минус 5°С, данный нефтепродукт сначала начинает изменять прозрачность (мутнеть). Затем летнее дизельное превращается в высоковязкую, непрозрачную жидкость, которая имеет коэффициент преломления более высокий, чем дизельное топливо.
При образовании высоковязкой непрозрачной жидкости оптический датчик 8 будет показывать значение коэффициента преломления, отличное от показателя коэффициента преломления дизельного топлива. Данное значение коэффициента преломления через линию связи 10 поступает в преобразователь 11, а затем на сигнализатор 12, например, в виде загорания красной лампы.
Конструкция автомобильной цистерны с оптическими датчиками позволяет своевременно определить наличие воды и изменение качества дизельного топлива, связанное с понижением температуры, что позволит не допустить выхода из строя техники, за счет своевременного слива воды и недопущения попадания некачественного нефтепродукта на автозаправочные станции и в баки машин. Также полезная модель позволяет определить попадание в автоцистерну печного топлива или смесей печного топлива с нефтепродуктами.