СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МАССЫ ЖИДКОЙ И ПАРОГАЗОВОЙ ФРАКЦИЙ В РЕЗЕРВУАРЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБЪЕКТА
METHOD FOR DETERMINING THE MASS OF LIQUID AND STEAM-GAS FACTIONS IN THE TANK OF PROCESS FACILITY

Область техники, к которой относится изобретение
Данное изобретение относится к способу определения массы жидкой и парогазовой фракций в резервуаре технологического объекта, которым может быть, к примеру, цистерна, отрезок трубопровода, бак и т.п.
Уровень техники
Известен способ учета сжиженных углеводородных газов при хранении в резервуарах (патент РФ №2605530, опубл. 20.12.2016). Этот способ дает хорошие результаты в том случае, когда физико-химические параметры вещества от партии к партии изменяются незначительно. В противном случае осуществление данного способа требует большого числа приставок для измерения этих меняющихся параметров.
В способе измерения массы жидкости в резервуаре (патент РФ №2497085, опубл. 27.10.2013) сначала наливают в резервуар жидкость известной массы для съема эталонных показаний, после чего в опорожненный резервуар заливают измеряемую жидкость и сравнивают измеренные для нее данные с эталонными. Данный способ непригоден для непрерывного использования.
В настоящее время для определения массы фракций в резервуаре технологического объекта чаще всего используют расходомеры (к примеру, расходомер Кориолиса - см. патент РФ №2282680, опубл. 27.08.2006). Но при определении массы по показаниям расходомеров всегда имеется проблема, связанная с наличием систематической погрешности у любого расходомера. На практике эта погрешность, помноженная на непрерывно растущее время работы расходомера, приводит к появлению ложного линейного тренда для зависимости массы от времени. Обычно типична ситуация, когда через технологический объект (установку) прокачивается намного больше вещества, чем в этом объекте может поместиться. В этой ситуации указанный линейный тренд быстро приводит к выходу рассчитанной непосредственно по показаниям расходомеров массы вещества за интервал априорно допустимых значений.
Раскрытие изобретения
В настоящем изобретении решается задача расширения арсенала технических средств и повышения точности определения массы фракций в резервуаре технологического объекта, например, в процессе осуществления приемки-передачи нефти и нефтепродуктов на установках нефтеперерабатывающего завода.
Данная задача решается в настоящем изобретении с достижением указанного технического результата тем, что предложен способ определения массы жидкой и парогазовой фракций в резервуаре технологического объекта, включающий следующие операции: устанавливают на всех входах и выходах резервуара расходомеры; считывают показания расходомеров через заранее заданные временные интервалы; находят суммарную массу содержимого в резервуаре как алгебраическую сумму одномоментных показаний всех расходомеров; вычисляют нижний и верхний пределы систематической погрешности всех расходомеров при каждом считывании их показаний как отнесенные к прошедшему с начала измерений интервалу времени разности между найденной по результатам данного считывания суммарной массой и заранее известными, соответственно, минимальной и максимальной возможными массами содержимого; заменяют значения нижнего и верхнего пределов на новые, если при конкретном считывании значение нижнего предела больше и (или) значение верхнего предела меньше соответствующих значений для предыдущего считывания; оценивают истинную массу содержимого на данный момент времени как разность между найденной по результатам данного считывания суммарной массой и произведением систематической погрешности, выбранной в вычисленных для этого же считывания пределах, на величину прошедшего с начала измерений интервала времени.
Особенность способа по настоящему изобретению состоит в том, что проверяют для каждого считывания вид режима, которому принадлежит найденная суммарная масса содержимого; если это стационарный режим, то уточняют значение систематической погрешности путем усреднения всех величин суммарной массы, найденных в этом режиме; если это нестационарный режим, то уточнение значения систематической погрешности при этом считывании не производят.
В этом случае при проверке вида режима вычисляют для данного считывания отклонение значения найденной суммарной массы от среднего, соответствующего заранее заданной пороговой вероятности выбранного распределения случайных величин; и если абсолютное значение разности между алгебраической суммой показаний всех расходомеров в данном считывании и вычисленной для предыдущего считывания систематической погрешностью меньше, чем произведение вычисленного отклонения на среднеквадратичное отклонение распределения случайных величин, то режим считают стационарным.
Еще одна особенность способа по настоящему изобретению состоит в том, что снабжают резервуар датчиками для измерения соответствующих физико-химических характеристик фракций; при этом в качестве физико-химических характеристик измеряют по меньшей мере некоторые параметры из рабочей температуры и давления каждой фракции, плотность жидкой фракции при стандартных условиях и полный компонентный состав парогазовой фракции.
В этом случае снабжают резервуар по меньшей мере одним датчиком уровня жидкой фракции; рассчитывают плотность каждой из жидкой и парогазовой фракций, выбирая соответствующие методы с учетом особенностей работы резервуаров технологического объекта, используя в качестве исходных данных результаты измерений физико-химических характеристик фракций; определяют массу жидкой и парогазовой фракций методом статических измерений, как произведение объема и плотности.
Еще одна особенность способа по настоящему изобретению состоит в том, что заданные временные интервалы для считывания показаний расходомеров могут выбирать в пределах от одной до десяти секунд.
Предпочтительно выбирать эти заданные временные интервалы в пределах от одной до двух секунд.
Краткое описание чертежей
На Фиг. 1 приведена блок-схема алгоритма осуществления способа по настоящему изобретению.
На Фиг. 2 показана зависимость массы в резервуаре от времени, иллюстрирующая способ по настоящему изобретению.
Подробное описание вариантов осуществления
Способ определения массы жидкой и парогазовой фракций в резервуаре технологического объекта по настоящему изобретению иллюстрируется блок-схемой алгоритма по Фиг. 1.
Настоящее изобретение может быть реализовано практически на любом технологическом объекте, таком как цистерна, отрезок трубопровода, бак и т.п. Подобный технологический объект обязательно содержит резервуар, на всех входах и выходах которого устанавливают расходомеры (этап 1). Тип расходомеров не имеет существенного значения дл осуществления данного способа.
В процессе работы считывают показания расходомеров через заранее заданные временные интервалы (этап 2). Конкретная величина временных интервалов для считывания показаний расходомеров выбирается из удобства эксплуатации и может быть любой от одной секунды до десяти секунд, предпочтительно от одной до двух секунд.
По считанным с расходомеров значениям находят суммарную массу содержимого в резервуаре как алгебраическую сумму одномоментных показаний всех расходомеров (этап 3). Под алгебраической суммой понимается суммирование с соответствующим знаком плюс для наполнения, минус для убывания.
1
2
1
2
Все эти этапы 1-3 аналогичны этапам других известных способов. Но в отличие от других известных способов в способе по настоящему изобретению вычисляют нижний (c) и верхний (с) пределы систематической погрешности (с) всех расходомеров при каждом считывании их показаний (этап 4). Эти вычисления верхнего и нижнего пределов (с и с) выполняют путем деления разности между найденной по результатам данного считывания суммарной массой и заранее известными, соответственно, минимальной и максимальной возможными массами содержимого на прошедший с начала измерений интервал времени.
1
2
1
2
Важно отметить, что если (этап 5) при очередном считывании показаний расходомеров новые пределы (с' и с') систематической погрешности оказываются между пределами (с и с), найденными в предыдущем считывании, то интервал для выбора конкретного значения систематической погрешности сужается. В этой ситуации заменяют значения нижнего и верхнего пределов на новые, если при конкретном считывании значение нижнего предела больше и (или) значение верхнего предела меньше соответствующих значений для предыдущего считывания (этап 6).
1
2
1
1
2
2
После этого выбирают значение систематической погрешности внутри этих выбранных пределов (этап 7). Конкретное значение систематической погрешности (с) выбирают, как правило, в середине интервала между найденными на этапе 4 пределами с и с. В заключение оценивают истинную массу содержимого резервуара на данный момент времени как разность между найденной по результатам данного считывания суммарной массой и произведением систематической погрешности, выбранной в вычисленных для этого же считывания пределах, на величину прошедшего с начала измерений интервала времени (этап 8). Специалистам понятно, что если с<с' и (или) с'<с, то значение систематической погрешности (с) уменьшается, и суммарная масса определяется более точно. Ясно также, что чем чаще будут производиться считывания показаний расходомеров, тем меньше будет итоговая погрешность.
Способ по настоящему изобретению может быть усовершенствован, т.е. точность определения массы фракций может быть еще более высокой, если при измерениях будет учитываться вид режима (стационарный или нестационарный) работы технологического объекта. Если режим стационарный, то уточняют значение систематической погрешности, выбранной на этапе 7, путем усреднения всех величин суммарной массы, найденных на этапе 8 в этом режиме. Если же при конкретном считывании режим нестационарный, то уточнение значения систематической погрешности при этом считывании не производят.
Конкретный вид режима можно найти следующим образом. При проверке вида режима вычисляют для данного считывания отклонение значения найденной суммарной массы от среднего, соответствующего заранее заданной пороговой вероятности выбранного распределения случайных величин. Если абсолютное значение разности между алгебраической суммой показаний всех расходомеров в данном считывании и вычисленной для предыдущего считывания систематической погрешностью меньше, чем произведение вычисленного отклонения на среднеквадратичное отклонение распределения случайных величин, то режим считают стационарным. Это объясняется тем, что резкие скачки в величине указанной разности вероятнее всего обусловлены тем, что режим работы технологического объекта меняется.
Способ по настоящему изобретению можно еще более усовершенствовать, если дополнительно производить измерения физико-химических параметров тех фракций, которые заполняют резервуар. Для этого резервуар снабжают датчиками для измерения требуемых физико-химических характеристик фракций. При этом в качестве физико-химических характеристик могут измерять по меньшей мере некоторые из следующих параметров: рабочая температура и давление каждой фракции, плотность жидкой фракции при стандартных условиях и полный компонентный состав парогазовой фракции.
В частности, резервуар могут снабжать по меньшей мере одним датчиком уровня жидкой фракции. Тогда по отсчетам с этого датчика могут рассчитывать плотность каждой из жидкой и парогазовой фракций, выбирая соответствующие методы с учетом особенностей работы резервуаров технологического объекта, используя в качестве исходных данных результаты измерений физико-химических характеристик упомянутых фракций. В этом случае массу жидкой и парогазовой фракций определяют методом статических измерений, как произведение объема и плотности.
В качестве методов определения плотности жидкости или газа можно использовать, к примеру, решение уравнения состояния Брусиловского либо методики, изложенные Государственной службой стандартных справочных данных (ГСССД) Госстандарта России - ГСССД MP 113, ГСССД MP 107, либо иные известные специалистам методики.
Теоретически обосновать метод, используемый в способе по настоящему изобретению, можно так.
Как уже отмечено, основная проблема в определении массы по показаниям расходомеров состоит в наличии у расходомера систематической погрешности. Эта погрешность, помноженная на непрерывно растущее время работы расходомера, будет приводить к появлению ложного линейного тренда в зависимости массы от времени (пунктирная линия на Фиг. 2 относится к случаю отсутствия коррекции показаний расходомеров). Поскольку типична ситуация, при которой через установку (технологический объект) прокачивается намного больше вещества, чем в ней может в принципе поместиться, подобный линейный тренд быстро приводит к выходу рассчитанной непосредственно по показаниям расходомеров массы за интервал априорно допустимых значений. Способ определения массы по настоящему изобретению помогает исключить влияние систематической погрешности расходомеров и оценить истинную массу вещества в резервуаре. На Фиг. 2 сплошная линия представляет истинную зависимость массы от времени, а практически совпадающая с ней штрихпунктирная - та же зависимость по показаниям расходомера с коррекцией по способу согласно настоящему изобретению. На Фиг. 2 по оси абсцисс отложено время в условных единицах, а по оси ординат - показания расходомера в условных единицах.
Таким образом, способ определения массы жидкой и парогазовой фракций в резервуаре технологического объекта по настоящему изобретению обеспечивает расширение арсенала технических средств и повышение точности непрерывного определения массы фракций в резервуаре технологического объекта.