УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ОБЪЕМА НЕФТЕПРОДУКТА В НАКОПИТЕЛЬНОМ РЕЗЕРВУАРЕ

3
Заявляемая полезная модель относится к области измерительной технике и предназначена для измерения объема нефтепродукта, в том числе и мазута, в накопительном резервуаре, объем которого составляет более 3000 м.
С возросшим в последние годы объемом перевозки нефтепродуктов возрастает актуальность инструментальной фиксации содержания его объема в накопительных резервуарах.
Диагностика остатка в стационарных резервуарах для коммерческого учета (с точностью ±0,5% от массового расхода) осуществляется, например, «Системой резервуарных измерений ENRAF», предусматривающей сбор информации с трех полевых приборов:
многозонного термометра, датчика давления, датчика уровня - радара (http://www.omega.az/anraf.html).
Высокая стоимость системы препятствует широкому ее внедрению (более 40 тысяч у.е. для одного резервуара) в практику.
Некоммерческий учет резервуарных запасов, при котором достаточно фиксировать данные датчиков уровня, имеет меньшую точность измерений (например, 5%-10% от массового расхода), но примерно, на порядок дешевле системы «ENRAF». К таким уровнемерам, в первую очередь, относятся устройства погружаемые в жидкую среду или плавающие на ее поверхности. Воздействие нефтепродуктов с различной агрессией на подобные уровнемеры является частой причиной вывода их из эксплуатации.
Известны устройства, позволяющие бесконтактно измерять уровень вещества в резервуаре, к ним относится, например, акустический
уровнемер (А.С. №678316, опубл. 05.08.79), содержащий излучатель акустических колебаний, подключенный к выходу усилителя мощности, преобразователь частота-напряжение, вторичный прибор и два канала, каждый из которых включает в себя последовательно соединенные приемник акустических колебаний, усилитель и полосовой фильтр, а также аттенюатор, фазовращатель и фазовый детектор. Через излучатель, который находится во вне емкости, возбуждаются акустические резонансные колебания повышенной мощности, которые подавляют действие акустических помех. Использовано явление возникновения авторезонансов на частоте зависящей от глубины залегания вещества.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является устройство для измерения объема сосуда - резервуара (А.С №1673851, опубл. 09.08.91), в котором через канал (например, смотровое окно резервуара) возбуждают колебания постоянной частоты, изменяя длину или площадь сечения канала, добиваются акустического резонанса в сосуде, что фиксируют с помощью микрофона и измерительного прибора. Вычисляют объем сосуда по частоте подаваемого сигнала и значениям длины и площади сечения канала в момент резонанса. Устройство содержит измеряемый сосуд с каналом регулируемой площади или длины, громкоговоритель и микрофон.
Громкоговоритель связан с источником сигнала фиксированной частоты, а микрофон с прибором, измеряющим амплитуду звуковых колебаний. Приспособление для изменения площади проходного сечения канала состоит из направляющих и бегунка, способного перемещаться по ним. Приспособление для изменения длины канала представляет собой телескопическую конструкцию и состоит из неподвижной трубки и выдвижной трубки.
Указанные технические решения определяют уровень жидкости в не герметично закрытых емкостях. Открытый смотровой люк приводит к снижению точности измерения объема нефтепродукта за счет «утечки»
низкочастотных колебаний и влияния внешних акустических помех (посторонних шумов). Надо иметь ввиду, что по установленным правилам техники безопасности при измерении уровня нефтепродукта смотровое окно резервуара должно быть закрыто и, следовательно, измерения будут иметь очень большую погрешность.
Технический результат заключается в повышение точности измерения объема нефтепродукта в накопительном резервуаре.
Для достижения технического результата устройство для измерения объема нефтепродукта в накопительном резервуаре, содержит громкоговоритель, подключенный к источнику электрических сигналов, микрофон, а так же дополнительно введенный шумомер, подключенный к микрофону, и соединенный последовательно с регистрирующим устройством, при этом источник электрических сигналов выполнен в виде последовательно соединенных генератора шума, полосового фильтра и усилителя, а громкоговоритель и микрофон выполнены с возможностью их установки внутри накопительного резервуара.
Сущность полезной модели заключается в том, что для измерения количества нефтепродукта фиксируется «свободный» от нефтепродуктов объем воздуха в резервуаре за счет использования звуковых колебаний, которые имеют большую разницу в волновых контактных сопротивлениях.
Размещенный внутри резервуара громкоговоритель, для возбуждения колебаний достаточных для регистрации реверберации, позволяет существенно уменьшить мощность громкоговорителя по сравнению с прототипом.
На фиг.1 изображена функциональная схема устройства для измерения нефтепродуктов в накопительном резервуаре.
Устройство содержит (см. фиг.1) громкоговоритель 1, подключенный к источнику электрических сигналов 2, выполненному в виде последовательно соединенных генератора шума 3, полосового фильтра 4 и усилителя 5, а так же микрофон 6, подключенный к
шумомеру 7, соединенному с регистрирующим устройством 8. Громкоговоритель 1 и микрофон 6 установлены внутри накопительного резервуара 9, в котором имеется смотровой люк 10.
-3
-2
-2
1
6
cm
Резервуар 9 размещается на отдельном углубленном фундаменте. Его внутренние стенки выполняются из листовой стали толщиной не менее 8 мм. Снаружи покрывается уплотненным слоем минеральной ватой или стекловатой, или обрабатываются слоем штукатурки с металлической сеткой и облицовывается оцинкованными стальными листами. Таким образом, в воздушном объеме резервуара 9 создаются практически идеальные условия диффузного звукового поля, в первую очередь, за счет чрезвычайно малых коэффициентов звукопоглощения α поверхности мазута от 8·10 (f=125 Гц) до 2,5·10 (f=4000 Гц) и некоторым средним α≈3·10 для стали в стандартном шести октавном частотном диапазоне f=125...4000 Гц.
∑
cm
м
cm
ст
cm
cm
м
м
м
м
∑
Р
2
Такие условия позволяют с большой точностью определять суммарное эквивалентное звукопоглощение А=A+A, состоящее из переменной части звукопоглощения А=α·S внутренней (стальной) поверхности S которая зависит от уровня мазута, и практически постоянного звукопоглощения поверхности мазута А=S·α=πD α/4 (где D - диаметр резервуара). А в одной и той же октавной полосе может быть легко найдено по формулы Сэбина при измеренном времени стандартной реверберации Т, то есть:
с
где V - воздушный объем в «свободной» части резервуара. Генератор шума 3 через полосовой фильтр 4 и усилитель 5 подает сигнал на громкоговоритель 1, расположенный внутри герметично закрытого резервуара 9. В результате в воздушном объеме резервуара 9 возбуждается шум во всем частотном диапазоне. При отключении
генератора 3 через микрофон 6 с помощью шумомера 7 на регистрирующем устройстве 8 фиксируется процесс затухания звука. В качестве регистрирующего устройства 8 может быть использован самописец или персональный компьютер.
Измерения производятся при различном уровне нефтепродукта в резервуаре от 1÷5 м (высота резервуара составляет 14 м, а диаметр - 16 м) на различных частотных диапазонах от 125 до 4000 Гц. Результаты измерений приведены в табл. 1.
Таблица 1
Уровень мазута, h<sub>м</sub>, м
Время реверберации Т<sub>р</sub> в октавных полосах с центральными частотами f<sub>ц</sub>, Гц/с
125
250
500
1000
2000
4000
1,0
9,2
17,8
15,2
9,1
5,3
3,6
2,0
8,8
16,5
14,3
9,0
5,4
3,2
3,0
8,6
15,6
13,1
8,9
5,6
3,2
4,0
8,4
14,7
12,4
8,6
5,3
3,4
5,0
8,2
13,9
11,5
8,4
5,1
3,3
Р
м
Как видно из таблицы 1, наиболее определенная зависимость Т от h наблюдается в области 250...500 Гц.
Таким образом, произведя калибровку резервуара и получив зависимость, можно с большой степенью точности (до 10%) определять воздушный объем резервуара и, следовательно, объем нефтепродукта, измеряя в дальнейшем при последующем наполнении или откачке нефтепродукта из резервуара только время реверберации.