ВИБРАЦИОННЫЙ СИГНАЛИЗАТОР УРОВНЯ, ОБОРУДОВАННЫЙ ТРЕМЯ ТРУБКАМИ

Предполагаемая полезная модель относится к устройствам для приема различных жидкостей в резервуары и может быть использована в нефтяной и других отраслях промышленности.
Предполагаемая полезная модель наиболее применима при приеме нефтепродуктов и нефти на промышленных предприятиях и нефтебазах, оборудованных наземными вертикальными стальными резервуарами (РВС).
Загрязнения литосферы и гидросферы происходят в результате утечек нефтепродуктов, нефти и других жидкостей из резервуаров и трубопроводов, переливов РВС. Переполнения резервуаров различными жидкостями обусловлены неисправностью устройств для предотвращения переливов горючего, человеческим фактором, связанным с ошибками операторов, а также с отсутствием автоматической системы, позволяющей отключить насос при достижении жидкостью максимально допустимого уровня.
Борьба с потерями нефтепродуктов и других жидкостей от переливов в резервуары становится важной экологической и экономической задачей [Коваленко В.Г. Экологическая безопасность в системах нефтепродуктообеспечения и автомобильного транспорта. М.: ЛитНефтеГаз, 2004].
Известен резервуар с двойным дном, оборудованный устройством для предотвращения переливов и установкой улавливания паров нефтепродуктов [Матвеев Ю.А. и др. Патент №108027 от 10.09.2011. М.: ВНИИГПЭ].
На предполагаемый вертикальный стальной резервуар дополнительно оборудуется устройство для предотвращения переливов нефтепродуктов, включающее подвижную и контактную пластины, соединенное линиями связи с реле, насосом и электромагнитным клапаном, а также оборудуется трубопровод для предотвращения переливов нефтепродуктов при достижении максимального уровня с обратным клапаном и задвижкой. При этом трубопровод соединяется с паропроводом для улавливания паров нефтепродуктов, который соединен с заглубленным резервуаром. Заглубленный резервуар наполовину заливается низкооктановым компонентом и оборудуется устройством для приема паров нефтепродуктов с двумя перегородками для дробления пузырьков пара.
Дополнительный трубопровод для приема паров оснащается под землей трубопроводом - холодильником, заполненным водой (охлаждающей жидкостью) и оборудованным наливными и сливными задвижками.
Техническое устройство работает следующим образом. Нефтепродукт поступает в резервуар. При этом уровень горючего начинает увеличиваться, а соответственно объем парового пространства уменьшаться. С целью улавливания паров при больших дыханиях открывается дыхательный клапан, обратный клапан и по паропроводу, соединенному с дополнительным резервуаром, оборудованным приемным устройством пары поступают в резервуар с низкооктановым нефтепродуктом. При этом часть газообразных углеводородов в результате дробления пузырьков двумя перегородками с дырками различного диаметра поглощается низкооктановым нефтепродуктом. Не растворившаяся часть газообразных углеводородов на выходе из резервуара улавливается фильтром-поглотителем.
При этом большая часть паров превращается в жидкость за счет охлаждения в подземном участке трубопровода, находящегося в трубопроводе холодильнике.
С повышением температуры увеличивается давление парового пространства. При этом открывается дыхательный клапан, обратный клапан и по паропроводу, соединенному с дополнительным резервуаром, оборудованным приемным устройством пары поступают в резервуар с низкооктановым компонентом.
При достижении уровнем горючего подвижной пластины она начинает подниматься и соединяется с контактной пластиной. Ток напряжением 12 вольт по линии связи, поступает в реле и отключает его и насос. После снятия напряжения ток по линии связи перестает поступать на обмотку катушки электромагнитного клапана, который закрывает отверстие в трубопроводе приема и выдачи горючего управляющим затвором.
В случае неисправности или отсутствия системы предотвращения переливов горючего нефтепродукт под давлением открывает электромагнитный клапан и по трубопроводу, паропроводу поступает в заглубленный резервуар.
Недостатками описанного резервуара при приеме, хранении и выдаче нефтепродуктов являются:
1. Возможность возникновения гидравлического удара в трубопроводе.
2. Возможность возникновения аварийной ситуации в связи с отключением насоса.
3. Низкая эффективность устройства для предотвращения переливов при приеме различных жидкостей.
Также известен резервуар, оборудованный вибрационным сигнализатором уровня и установкой улавливания паров нефтепродуктов [Матвеев Ю.А. и др. Патент №155876 от 20.10.2015. М.: ВНИИГПЭ].
Принцип действия вибрационного сигнализатора уровня основан на зависимости частоты и амплитуды колебаний вибрационной вилки от среды в резервуаре. Погружение вилки в нефтепродукт или в другую жидкость вызывает резкое уменьшение частоты и амплитуды колебаний [Прахова М.Ю. Основы автоматизации производственных процессов нефтегазового производства. М.: Академия, 2012].
На вертикальный стальной резервуар, имеющий стандартное и дополнительное оснащение дополнительно оборудуется сигнализатор уровня вибрационного типа, включающий корпус с кабельным вводом, трубку и вибрационную вилку. Сигнализатор уровня линиями связи соединяется преобразователем частоты, который в свою очередь связан с реле. Реле линиями связи соединяется с насосом, электромагнитным клапаном и звуковым сигнализатором.
Полезная модель работает следующим образом. Через приемный трубопровод нефтепродукт поступает в резервуар. При этом уровень горючего начинает увеличиваться, а соответственно объем парового пространства уменьшаться.
При достижении уровнем горючего вибрационной вилки изменяется частота колебаний в сигнализаторе уровня, которая по линии связи регистрируется преобразователем частоты. Преобразователь частоты через линию связи включает реле, которое отключает насос. После снятия напряжения ток по линии связи перестает поступать на обмотку катушки электромагнитного клапана, который закрывает отверстие в трубопроводе приема и выдачи горючего управляющим затвором. Также одновременно реле включает звуковой сигнализатор для подачи сигнала оператору о достижении нефтепродуктом (нефтью) максимального уровня.
Недостатками резервуара, оборудованного вибрационным сигнализатором уровня и установкой улавливания паров нефтепродуктов, являются:
1. Возможность появления гидравлического удара в трубопроводе при резком закрытии электромагнитного клапана с последующим возникновением аварийной ситуации.
2. Отсутствие временного интервала у оператора для отключения насоса и открытия или закрытия задвижек на резервуарах.
Также известен вибрационный сигнализатор уровня с дополнительным устройством отключения насоса [Матвеев Ю.А. и др. Патент №164956 от 6.10.2016. М.: ВНИИГПЭ].
Вертикальный стальной резервуар, имеет приемный и раздаточный патрубки, трубопровод для приема и выдачи нефти и нефтепродуктов, задвижки, световой и замерной люки, вентиляционный патрубок, дыхательный клапан повышенного давления, люк-лаз, дыхательный клапан рабочего давления.
На резервуар дополнительно оборудуется сигнализатор уровня вибрационного типа, включающий корпус с кабельным вводом, трубку и вибрационную вилку. Сигнализатор уровня оборудуется двумя пластинами: подвижной и неподвижной. Неподвижная пластина является контактной и соединена линией связи с реле. Сигнализатор уровня линиями связи соединяется с преобразователем частоты. Преобразователь частоты в свою очередь связан со звуковым сигналом, а реле линиями связи соединяется с насосом и электромагнитным клапаном. Все оборудование находится на поверхности земли.
Полезная модель работает следующим образом. Через приемный трубопровод нефтепродукт поступает в резервуар. При этом уровень горючего начинает увеличиваться, а соответственно объем парового пространства уменьшаться.
При достижении уровнем горючего вибрационной вилки изменяется частота колебаний в сигнализаторе уровня, которая по линии связи регистрируется преобразователем частоты. Преобразователь частоты через линию связи включает звуковой сигнал. При получении сигнала оператор имеет возможность закрыть задвижки приема горючего в резервуар или отключить насос.
В случае неисправности звукового сигнала или отсутствия оператора нефтепродукт продолжает поступать в резервуар. При достижении уровнем горючего подвижной пластины она начинает подниматься и соединяется с неподвижной (контактной) пластиной. Ток напряжением 12 вольт по линии связи, поступает в реле и отключает его и насос. После снятия напряжения ток по линии связи перестает поступать на обмотку катушки электромагнитного клапана, который закрывает отверстие в трубопроводе приема и выдачи горючего управляющим затвором.
Недостатками вибрационного сигнализатора уровня с дополнительным устройством отключения насоса являются:
1. Наличие малого временного интервала у оператора для отключения насоса и открытия или закрытия задвижек на резервуарах при приеме нефтепродуктов.
2. Низкая эффективность вибрационного сигнализатора уровня при приеме различных жидкостей.
Также известен вибрационный сигнализатор уровня, предназначенный для резервуаров с сырой нефтью [Матвеев Ю.А. и др. Патент №169948 от 7.04.2017. М.: ВНИИГПЭ].
Вертикальный стальной резервуар, имеет приемный и раздаточный патрубки, трубопровод для приема и выдачи нефти и нефтепродуктов, задвижки, световой и замерной люки, вентиляционный патрубок, дыхательный клапан повышенного давления, люк-лаз, дыхательный клапан рабочего давления.
На резервуар дополнительно оборудуется сигнализатор уровня вибрационного типа, включающий корпус с кабельными вводами, втулку и вибрационную вилку. Сигнализатор уровня оборудуется дополнительным блоком с вибрационной трубкой. Причем вибрационная трубка находится в резервуаре ниже вибрационной вилки на расстоянии 30-50 см. Заполнение данного расстояния нефтяной пеной позволяет оператору успеть закрыть задвижки и отключить насос. Скорость образования пены увеличивается с возрастанием содержания газа в нефти, а также в период с высокой температурой окружающей среды.
Также сигнализатор оснащается двумя пластинами: подвижной и неподвижной. Неподвижная пластина является контактной и соединена линией связи с реле. Сигнализатор уровня линиями связи соединяется с преобразователем частоты для вибрационной вилки. Преобразователь частоты в свою очередь связан со звуковым сигналом, а реле линиями связи соединяется с насосом и электромагнитным клапаном. Дополнительный блок сигнализатора уровня линиями связи соединяется с преобразователем частоты для вибрационной трубки. Преобразователь частоты в свою очередь связан с видеосигналом.
Полезная модель работает следующим образом. Через приемный трубопровод сырая нефть поступает в резервуар. При поступлении сырой нефти с большим содержанием газа в резервуаре образуется слой пены различной высоты. С учетом крайне малой плотности пены и различной высоты пенного слоя оператору сложно определить момент, когда уровень пены превысит максимально допустимое значение. При этом уровень горючего начинает увеличиваться, а соответственно объем парового пространства уменьшаться. С образованием нефтяной пены, она достигает вибрационной трубки, при этом изменяется частота колебаний, которая по линии связи регистрируется преобразователем частоты. Преобразователь частоты через линию связи включает видеосигнал. Причем если вибрационной трубки достигает слой нефтяной пены, то загорается лампочка одного цвета (например, красная), а при достижении трубки слоем нефти загорается лампочка другого цвета (например, зеленая). С получением сигнала оператор имеет возможность подготовить свои дальнейшие действия, в зависимости от того, какой слой (нефтяной пены или нефти) достиг вибрационной трубки. С учетом того, что нефтяная пена значительно быстрее заполняет резервуар, чем нефть целесообразно начать закрывать задвижки при достижении трубки уровнем пены. При касании вибрационной трубки нефтью оператор может дождаться предельного уровня заполнения, который соответствует достижению вибрационной втулки горючим.
После получения звукового сигнала оператор имеет возможность закрыть задвижки приема нефти в резервуар или отключить насос.
В случае неисправности звукового сигнала или отсутствия оператора нефть продолжает поступать в резервуар. При достижении уровнем горючего подвижной пластины она начинает подниматься и соединяется с неподвижной (контактной) пластиной. Ток напряжением вольт по линии связи, поступает в реле и отключает его, а также насос. После снятия напряжения ток по линии связи перестает поступать на обмотку катушки электромагнитного клапана, который закрывает отверстие в трубопроводе.
Недостатками вибрационного сигнализатора уровня, предназначенного для резервуаров с сырой нефтью, являются
1. Наличие малого временного интервала у оператора для отключения насоса и открытия (закрытия) задвижек на резервуарах при приеме жидкости.
2. Возможность выхода из строя подвижной пластины, за счет налипания высоковязких продуктов, попадания механических примесей, ржавления и т.д.
Наиболее близкой к указанной проблеме является сигнализатор уровня, оборудованный вибрационными трубками [Богданов А.Ю., Матвеев Ю.А. Патент на полезную модель №200189 от 12.10.2020. М.: ВНИИГПЭ].
Вертикальный стальной резервуар, имеет приемный и раздаточный патрубки, трубопровод для приема нефтепродукта, задвижки, световой и замерной люки, вентиляционный патрубок, дыхательный клапан повышенного давления, люк-лаз, дыхательный клапан рабочего давления. На резервуар дополнительно оборудуется сигнализатор уровня вибрационного типа, включающий корпус с кабельными вводами, втулку и вибрационные трубки различной длины.
Причем первая вибрационная трубка находится в резервуаре ниже второй вибрационной трубки. А третья трубка находится выше второй трубки.
Также сигнализатор уровня линиями связи соединяется с преобразователями частоты для вибрационных трубок. При этом преобразователь частоты, получающий частоту колебаний от первой трубки, связан со световым сигналом, а преобразователь частоты, получающий частоту колебаний от второй трубки, связан со звуковым сигналом.
Необходимо отметить, что преобразователь частоты, получающий частоту колебаний от третьей трубки, связан с реле.
Реле линиями связи соединяется с насосом и электромагнитным клапаном.
Полезная модель работает следующим образом. Через приемный трубопровод нефтепродукт поступает в резервуар.
Уровень нефтепродукта в резервуаре начинает увеличиваться, а соответственно объем парового пространства уменьшаться. Нефтепродукт достигает первой вибрационной трубки, при этом изменяется частота колебаний, которая по линии связи регистрируется соответствующим преобразователем частоты. Преобразователь частоты через линию связи включает световой сигнал. После достижения нефтепродуктом второй вибрационной трубки также изменяется частота колебаний, которая по линии связи регистрируется соответствующим преобразователем частоты. Преобразователь частоты через линию связи включает звуковой сигнал.
После получения звукового сигнала оператор имеет возможность закрыть задвижки приема нефтепродукта в резервуар и отключить насос.
В случае неисправности светового и звукового сигналов или отсутствия оператора нефтепродукт продолжает поступать в резервуар. При достижении уровнем нефтепродукта третьей трубки изменяется частота колебаний, которая по линии связи регистрируется соответствующим преобразователем частоты. Преобразователь частоты через линию связи включает реле. Ток напряжением 12 вольт по линии связи, поступает в реле и отключает насос.
После снятия напряжения ток по линии связи перестает поступать на обмотку катушки электромагнитного клапана, который закрывает отверстие в трубопроводе приема и выдачи нефтепродукта управляющим затвором.
Недостатками сигнализатора уровня, оборудованного вибрационными трубками, являются
1. Возможность гидравлического удара при одновременном отключении насоса и закрытии электромагнитного клапана
2. Недостаточная эффективность при приеме сырой нефти.
3. Отсутствие подсветки для установки и работы сигнализатора в ночное время.
Предполагаемая полезная модель позволяет решить задачу повышения эффективности предотвращения переливов различных нефтепродуктов из резервуаров.
Решение указанной задачи достигается тем, что сигнализатор дополнительно оборудован лампой подсветки, вибрационные трубки выполнены с возможностью удлинения, а также тем, что одна из трубок соединена с программируемым логическим контролером.
Данные признаки являются существенными для решения задачи полезной модели, так как предотвращаются переливы нефтепродуктов из резервуара, уменьшается вероятность возникновения аварийных ситуаций.
Сущность полезной модели пояснена чертежами (фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3), на которых изображены: разрезы резервуара с сигнализатором и оборудованием, а также виды спереди вибрационного сигнализатора уровня.
Вертикальный стальной резервуар 1, имеет приемный и раздаточный патрубки 2, трубопровод для приема нефтепродукта 3, задвижки 4, световой и замерной люки 5, 6, вентиляционный патрубок 7, дыхательный клапан повышенного давления 8, люк-лаз 9, дыхательный клапан рабочего давления 10. На резервуар дополнительно оборудуется сигнализатор уровня вибрационного типа 11, включающий корпус 12 с кабельными вводами 13, втулку 14 и вибрационные трубки различной длины 15, 16, 17. Все три трубки выполнены с возможностью удлинения. Удлинение трубок используется при приеме сырой нефти, когда технологический процесс наполнения резервуара связан с образованием нефтяной пены.
Причем первая вибрационная трубка 15 находится в резервуаре ниже второй вибрационной трубки 16 на расстоянии 20-30 см. А третья трубка 17 находится выше второй трубки 16 на расстоянии 20-30 см. Заполнение данных расстояний нефтепродуктом позволяет оператору успеть закрыть задвижки и отключить насос. Сигнализатор уровня дополнительно оборудуется лампой подсветки 18, для установки и обозначения сигнализатора на резервуаре в ночное время.
Также сигнализатор уровня линиями связи 19 соединяется с преобразователями частоты 20 для вибрационных трубок 15, 16. При этом преобразователь частоты 20, получающий частоту колебаний от трубки 15, связан со световым сигналом 21, а преобразователь частоты 20, получающий частоту колебаний от трубки 16, связан со звуковым сигналом 22.
Необходимо отметить, что преобразователь частоты 20, получающий частоту колебаний от трубки 17 соединен с программным логическим контроллером 23, который линиями связи соединяется с насосом 24 и электромагнитным клапаном 25. К функциям контроллера 23 относится отключение насоса и закрытие электромагнитного клапана. При этом закрытие электромагнитного клапана 25 происходит на 30-40 секунд позднее, чем отключение насоса 24. Это позволяет избежать гидравлического удара и повышения давления нефтепродукта 26 в трубопроводе.
Полезная модель работает следующим образом. Через приемный трубопровод 3 нефтепродукт 26 поступает в резервуар 1.
Уровень нефтепродукта 26 в резервуаре начинает увеличиваться, а соответственно объем парового пространства 27 уменьшаться. Нефтепродукт достигает первой вибрационной трубки 15, при этом изменяется частота колебаний, которая по линии связи 19 регистрируется соответствующим преобразователем частоты 20. Преобразователь частоты через линию связи включает световой сигнал 21 красного цвета. С получением светового сигнала оператор имеет возможность подготовить свои дальнейшие действия. С учетом того, что нефтепродукт продолжает поступать в резервуар, целесообразно приготовится к закрытию задвижки и отключению насоса. После достижения нефтепродуктом второй вибрационной трубки 16 также изменяется частота колебаний, которая по линии связи 19 регистрируется соответствующим преобразователем частоты 20. Преобразователь частоты через линию связи включает звуковой сигнал 22.
После получения звукового сигнала оператор имеет возможность отключить насос 24 и закрыть задвижки 4 приема нефтепродукта в резервуар.
В случае неисправности светового и звукового сигналов 21, 22 или отсутствия оператора нефтепродукт 26 продолжает поступать в резервуар. При достижении уровнем нефтепродукта трубки 17 изменяется частота колебаний, которая по линии связи 19 регистрируется соответствующим преобразователем частоты 20. От преобразователя частоты через линию связи сигнал поступает в программный логический контроллер 23. Контроллер 23 отключает насос 24. После снятия напряжения ток по линии связи перестает поступать на обмотку катушки электромагнитного клапана 25, который закрывает отверстие в трубопроводе приема и выдачи нефтепродукта 3 управляющим затвором. При этом закрытие электромагнитного клапана 25 происходит на 30-40 секунд позднее, чем отключение насоса 24.
В темное время суток для установки сигнализатора оператор включает лампу подсветки. Также лампа подсветки может включаться для обозначения сигнализатора на резервуаре.
При приеме сырой нефти в резервуар оператор удлиняет трубки 15, 16, 17 на одинаковую длину (фиг. 3). При подаче в резервуар сырой нефти возможно образование нефтяной пены (смеси нефти с пузырьками газов). Нефтяная пена поднимается в резервуаре значительно быстрее, чем нефть и нефтепродукты. Удлинение трубок позволяет избежать проливов нефтяной пены из резервуара.
Применение сигнализаторов уровня, оборудованных вибрационными трубками, для подачи световых и звуковых сигналов, а также отключения насоса и закрытия электромагнитного клапана позволяет защитить от переполнения нефтепродуктом каждый заполняемый наземный РВС.
Использование предлагаемой полезной модели позволяет избежать возникновения аварийных ситуаций, связанных с переливами, повышением давления нефтепродукта в трубопроводе, а также гидравлическими ударами.