УСТРОЙСТВО УЧЕТА РАСХОДА ОДОРАНТА НА ОДОРИЗАЦИОННЫХ УСТАНОВКАХ КАПЕЛЬНОГО ТИПА

Полезная модель относится к технике измерения расхода жидких сред в частности одоранта и может быть использована, например, в газовой промышленности, химической и нефтехимической.
Известно устройство для измерения массового расхода жидкостей и газов, в том числе жидкостей с газовыми и другими включениями (имеющими плотность, отличающуюся от плотности жидкости) согласно патенту РФ №2492427 G01F 1/37 (2006.01), опубликованного 10.09.2013. Массовый расходомер содержит корпус с колеблющимися трубками, на которых расположен узел возбуждения колебаний и узлы адаптеров. При этом в качестве сигнала коррекции используется отношение амплитуды напряжения на адаптерах к амплитуде напряжения возбуждения колебаний. Технический результат - возможность коррекции массового расхода жидкости с газовыми или другими включениями.
Недостаток вышеописанного устройства заключается в том что устройство дает хорошую степень точности измерения лишь для больших расходов (порядка 85 кг/мин и более) когда как расход одоранта имеет порядок в несколько грамм в минуту (2-3 капли в минуту), при этом истечения одоранта происходит капельное, что усложняет измерение его расхода и сопровождается большими погрешностями.
Известно устройство «Устройство для измерения расхода электропроводящих жидкостей» (патент РФ №2190190, G01F 1/58, опубликованный 27.09.2002). Указанное устройство содержит участок трубы, размещенный между полюсными наконечниками, полюсные наконечники, пару магнитодиодов. Магнитодиоды расположены так, что при отсутствии движения контролируемой жидкости они пронизываются магнитным полем одинаковой индуктивности, а при движении жидкости - поле в местах их расположения меняется в наибольшей степени.
Магнитодиоды включены таким образом, что пары магнитодиодов находятся в смежных плечах, к одной из диагоналей моста подключен блок питания, а ко второй диагонали - последовательно включенные усилитель и регистрирующий прибор. При этом измерительный участок трубопровода выполняется из полимерного материала с высокой трибоэлектрической способностью и внутренним переменным сечением, имеющим форму последовательно соединенных сужающихся и расширяющихся конусов, и снабжается металлическим заземлением.
Недостатком данного устройства является недостаточная степень поляризации жидкости, протекающей через измерительный участок трубопровода и, как следствие, сравнительно низкие точность и чувствительность к малым расходам жидкости. Это объясняется тем, что при ламинарном течении жидкости некоторые внутренние слои не соприкасаются с внутренними стенками трубопровода, так при капельном способе осуществления одоризации природного газа течение как таковое практически отсутствует а следовательно точность измеренного вышеуказанным устройством расхода одоранта будет мала.
Известно устройство «Устройство для измерения расхода электропроводящих жидкостей» патент РФ №2242721 МПК G01F 1/58, G01F 1/64 опубликованное 20.12.2004, содержащее измерительный участок трубы, размещенный между двумя полюсными наконечниками магнитной системы, симметрично у краев которых расположены две пары магнитодиодов, включенных в смежные плечи четырехплечевого моста, и регистрирующий прибор. Внутри выполненного из полимерного материала и снабженного металлическим заземлением измерительного участка, имеющего форму последовательно соединенных сужающихся и расширяющихся конусов, размещен турбулизатор в виде металлической спирали для закручивания движущейся жидкости по винтовой траектории. Принцип работы устройства основан на использовании трибоэлектрического эффекта, электромагнитного явления и явления закручивания жидкости, движущейся по трубопроводу.
Основным недостатком вышеуказанного способа является большая погрешность измеренного расхода токопроводящей жидкости в случае если жидкость имеет скорость движения по трубопроводу близкую к нулю, так при капельном способе истечения одоранта скорость ее движения по трубопроводу мала.
Из известных устройств наиболее близким к предлагаемому является устройство вычисления расхода одоранта, выполненное в виде микроконтроллера - роль которого выполняет блок вычисления расхода одоранта, описанное в патенте РФ №2183134, B01F 3/04 опубликованное 10.06.2002, «Способ одоризации газа и устройство для его осуществления», которое и выбрано в качестве прототипа.
Устройство для одоризации газа, содержащее емкость для хранения жидкого одоранта, в качестве которого используют преимущественно смесь природных меркаптанов, включающую меркаптановую серу в качестве ароматического вещества, расходомер, установленный на магистрали газопровода, дозатор одоранта, через который емкость для хранения жидкого одоранта соединена с магистралью газопровода, блок измерения плотности одоранта, блок измерения концентрации ароматического вещества в одоранте, блок вычисления расхода одоранта, при этом первый вход блока вычисления расхода одоранта соединен с выходом расходомера, второй вход блока вычисления расхода одоранта соединен с выходом блока измерения концентрации ароматического вещества в одоранте, а выход соединен со входом управления дозатора, соединенный с четвертым входом блока вычисления расхода одоранта. Текущее значение расхода одоранта определяется с учетом измеренного значения концентрации ароматического вещества в неодорированном газе и измеренной плотности одоранта.
Основным недостатком указанного устройства - блока вычисления расхода одоранта, является высокая погрешность непрямого (косвенного) метода определения расхода одоранта в зависимости от измеренного значения концентрации ароматического вещества в неодорированном газе, в одоранте и в одорированном газе. В устройстве по прототипу, плотность предлагается замерять инструментально, что влияет на погрешность расчета текущего расхода одоранта. Инструментальные замеры плотности на блоках одоризации сильно осложнены, что связано с ядовитостью одоранта, в условиях постоянных температурных колебаний инструментальный способ не обеспечивает высокую точность измерений. Происходит значительное изменение схемы одоризационной установки что недопустимо.
Технической задачей предлагаемого устройства является повышение точности расчета расхода одоранта при капельном вводе одоранта (одоризации газа) в зависимости от температуры окружающей среды, без изменения технической схемы одоризации.
Решаемая техническая задача в устройстве учета расхода одоранта на одоризационных установках капельного типа, содержащем микроконтроллер - роль которого выполняет блок вычисления расхода одоранта, достигается тем, что дополнительно содержит: блок фиксации пролета капли, выход которого подключен к входу блока преобразования и нормализации дискретного сигнала, выход которого соединен с первым входом микроконтроллера выполненного с функцией подсчета времени, выход которого является выходом цифрового канала передачи данных, второй вход микроконтроллера с функцией подсчета времени соединен с выходом блока регистрации температуры, причем блок фиксации пролета капли содержит защитный во взрывобезопасном исполнении корпус с креплениями и заизолированными контактами, обкладки цилиндрического конденсатора размещенные внутри взрывобезопасного корпуса.
На фиг. 1 представлено устройство учета расхода одоранта - его блочная схема.
На фиг. 2 представлен блок фиксации пролета капли - его конкретная реализация с соплом игольчатого клапана капельницы, служащим для подачи каплей одоранта.
На фиг. 3 представлен алгоритм работы микроконтроллера с функцией подсчета времени.
Устройство изображенное на фиг 1 содержит последовательно соединенные блоки: блок фиксации пролета капли 1 выход которого соединен с входом блока преобразования и нормализации дискретного сигнала 2 выход которого соединен с первым входом в микроконтроллер с функцией подсчета времени 3 выход которого соединен с входом в промышленный GSM модем 4 и блок регистрации температуры 5 выход которого соединен со вторым входом в микроконтроллер с функцией подсчета времени 3. Выход промышленного GSM модема 4 - является выходом для подключения к системе центрального пункта управления, по беспроводной линии связи.
На фиг. 2 изображен блок фиксации пролета капли 1 с соплом игольчатого клапана капельницы 6, служащим для подачи каплей одоранта 7, состоящий из защитного во взрывобезопасном исполнении корпуса 8, трубки по которой движется одорант 9, креплений 10, заизолированных контактов 11, обкладок цилиндрического конденсатора 12.
Блок фиксации пролета капли 1 крепится после сопла капельницы 6 после смотрового окна, внутри защитного корпуса 8 изготовленного во взрывобезопасном исполнении, непосредственно на самой трубке 9 по которой перемещается одорант самотеком под действием сил тяжести. Крепления 10 и контакты 11 хорошо заизолированы мастикой или смолой.
Обкладки цилиндрического конденсатора 12 крепятся к трубе 9 через электро-изоляционные пластины и удерживаются в пространстве креплениями 10 и подключены к сети электромагнитного колебательного контура, имеющего период колебания менее 0,1 мс. через заизолированные контакты 11. Обкладки цилиндрического конденсатора 12 могут быть снабжены элементами электро-изоляции или же сами содержать нанесенное изоляционное покрытие.
Рассмотрим устройство учета расхода одоранта на одоризационных установках капельного типа в действии:
Производят монтаж устройства учета расхода одоранта на одоризационных установках капельного типа на трубный элемент, внутри которого происходит истечение одоранта сразу после смотрового окна капельницы. Капельница размещена в соответствии со стандартной схемой (И.Я. Котляр, В.М. Пиляк «Эксплуатация магистральных газопроводов» Издательство «НЕДРА» Ленинград, 1971 г., С. 23-25). Включают питание устройства и загружают в микроконтроллер с функцией подсчета времени 3 программу обработки информации согласно алгоритму представленному на фиг. 3, производят ввод параметров постоянных для каждого типа одоризационной установки: радиус сопла игольчатого клапана R, значение ускорения свободного падения g посредством программы заложенной в алгоритме представленной на фиг. 3. Капля одоранта, отделившись от сопла игольчатого клапана блока одоризации капельного типа попадает в блок фиксации капли 1, в котором происходит фиксация пролетевшей капли и генерация сигнала для дальнейшей его цифровой обработки в блоке преобразования и нормализации дискретного сигнала 2, со встроенной гальваноразвязкой (например ADAM-3112 (Advantech) или SCMD-MIDC5F (Dataforth)), в котором происходит преобразование неунифицированного дискретного сигнала 4~32 В (DC) в унифицированный дискретный сигнал, а также гальваническое разделение взрывоопасной и взрывобезопасной зон. Обработанный и усиленный сигнал из блока преобразования и нормализации дискретного сигнала 2 поступает в микроконтроллер с функцией подсчета времени 3, со встроенными часами, как минимум с одним дискретным входом, со встроенным интерфейсом Ethernet, время выполнения одной логической операции блока 3 не более 1 мкс (например SIMATIC S7-1200 или SIMATIC S7-300 (Siemens)), в котором в соответствии с заложенным программным алгоритмом, учитывающим изменение функции плотности одоранта от температуры, представленном на фиг 3 и введенным начальным данным, а так же данным поступающим через цифровые каналы блока преобразования и нормализации дискретного сигнала 2 и блока регистрации температуры 5 производится расчет массового и объемного расхода одоранта, (секундного, часового, дневного, недельного, месячного, годового), с накоплением и последующем хранением этих данных. Далее обработанная информация микроконтроллером с функцией подсчета времени 3 передается на вход блока промышленный GSM-модем 4 с поддержкой пакетной передачи данных GPRS Multislot Class 12 (например Cinterion ТС65 Terminal), который осуществляет надежную и защищенную передачу данных на центральный пункт управления, по беспроводной линии связи и слотом для флешкарт. Блок регистрации температуры 5 содержит датчик температуры и сигнальный модуль (например SM 1231 RTD или SM 1231 TC) производит измерение температуры одоранта и аналоговоцифровое преобразование и передачу через цифровой канал на вход в микроконтроллер с функцией подсчета времени 3.
Регулирование расхода одоранта на одоризационных установках капельного типа осуществляют в ручную при помощи регулировки игольчатого клапана, через который одорант поступает капельно на одоризацию в газопровод. Капля одоранта 7 отделившаяся от сопла капельницы 6 падает вниз под действием силы тяжести, при этом индуктивное поле катушки колебательного контура создает индукционное магнитное поле определенной частоты. Как только капля одоранта пролетит мимо устройства фиксации капли (между обкладками цилиндрического конденсатора) емкость конденсатора изменяется (т.к. капля обладающая собственным коэффициентом диэлектрической проницаемости, отличным от коэффициента диэлектрической проницаемости воздушной среды), что приводит к изменению собственных колебаний в электромагнитном контуре. При этом подается сигнал на вход в блок преобразования и нормализации дискретного сигнала 2, тем самым происходит учет пролетевшей капли, и он фиксируется блоком фиксации капли. При этом после пролета капли контур вновь имеет прежние значения емкости и период колебаний восстанавливается. В случае если в течении нескольких минут (время ожидания может настраивается, например, в течении 1-5 минут) прекращается подача одоранта или наоборот имеет место струйное течение одоранта то в этом случае частота колебаний в контуре либо не изменяется либо не восстанавливается до прежнего значения и подается аварийный сигнал при помощи встроенного блока промышленного GSM модема 4 на пульт диспетчера или генерируется звуковой сигнал.
При этом осуществляется прямой учет расхода одоранта (фактический), что повышает точность расчета, а микроконтроллер с функцией подсчета времени 3 позволяет рассчитывать массовый и объемный расход одоранта за секунду, минуту, час, сутки, месяц и год, в зависимости от рассчитанных значений теплофизических функций плотности и коэффициента поверхностного натяжения одоранта, зависящих от температуры измеряемой блоком 5, согласно алгоритма представленного на фиг. 3. При этом не используется отдельное устройство измерения плотности одоранта, что не приводит к изменению схемы одорирования газа и повышает точность ее расчета, исключая фактор ошибки измерения. Дополнительным преимуществом по сравнению с прототипом является возможность передавать информацию дистанционно или накапливать ее в строенной внутренней памяти микроконтроллера с функцией подсчета времени 3 позволяет дистанционно обрабатывать и передавать данные на пульт оператора одоризационной установки или диспетчеров.