УСТРОЙСТВО ИЗМЕРЕНИЯ МАССЫ, ОБЪЕМА, ПЛОТНОСТИ И УРОВНЯ ЖИДКИХ ПРОДУКТОВ Российский патент 2000 года по МПК G01F23/16 G01N9/26 G01G17/04 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в нефтеперерабатывающей, нефтехимической и пищевой промышленности.

Известно устройство для измерения количества жидкости в резервуарах, содержащее три датчика уровня, установленные в заданном относительном положении в резервуаре, выходы которых через устройство обработки данных соединены с устройством индикации количества жидкости в резервуаре (см. заявку ЕПФ (ЕР) N 0303874, кл. G 01 F 23/00, 1989 г.).

Недостатком известного решения является низкая точность измерения и надежность устройства.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является устройство измерения массы, объема, плотности и уровня жидких продуктов, описанное в "Manual of Petrolium Standatds", American Petrulium Institute, November, 1994, Charter 16", содержащее резервуар, датчик температуры, n датчиков гидростатического давления, расположенных на различной высоте, и устройство отображения.

Данное устройство принято за прототип.

Причиной, препятствующей получению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, принятого за прототип, является относительно невысокая точность измерения и надежность системы. Это обусловлено тем, что не учитывается влияние на точность вычисления дрейфа нуля датчиков гидростатического давления; величина налива продукта, обусловленная деформацией днища резервуара от веса столба жидкого продукта; не учитывается содержание воды в отстойной зоне резервуара; недостаточно высокая надежность наружного отбора гидростатического давления, особенно для вязких сред из-за их застывания при пониженных температурах. Кроме того, требуются дополнительные энергетические затраты на обогрев.

Технический результат - повышение точности измерения, надежности устройства, снижение энергетических затрат.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном устройстве измерения уровня в резервуарах, содержащем резервуар, датчик температуры, n датчиков гидростатического давления, расположенных на различной высоте, и устройство отображения, особенность заключается в том, что устройство дополнительно снабжено измерительной трубой, расположенной внутри резервуара, n датчиками сигнализаторов уровня, расположенными на различной высоте резервуара, датчиком сигнализатором наличия воды в отстойной зоне резервуара, устройством автоматической корректировки вычислений и дрейфа нуля датчиков гидростатического давления, причем датчик температуры, датчик гидростатического давления, датчики сигнализаторов уровня и датчик сигнализатора воды расположены в измерительной трубе и соединены своими входами посредством каналов с измеряемой средой, а выходами - с входами устройства автоматической корректировки вычислений и дрейфа нуля датчиков гидростатического давления, соединенного с устройством отображения. Кроме того, измерительная труба выполнена вертикально подвижной путем снабжения ее в верхней части торцевым уплотнением, а в нижней части - шаровой опорной пятой.

На чертеже представлена принципиальная схема устройства измерения массы, объема плотности и уровня жидких продуктов.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения с получением вышеуказанного технического результата, заключаются в следующем.

Устройство включает резервуар 1, измерительную трубу 2, расположенную внутри резервуара, в которой на определенной высоте с помощью соединительных колодок 3 и фланцевых соединений 4 установлены датчики 5, 6, 7 гидростатического давления, датчики 8, 9, 10 сигнализаторы уровня продукта, датчик 11 сигнализатор наличия воды в отстойной зоне резервуара, датчик 12 температуры, соединенные с измеряемой средой с помощью каналов 13, 14, 15. Измерительная труба 2 снабжена в нижней части опорной пятой 16, выполненной в виде шарнирного механизма, а в верхней части - торцевым уплотнением 17 и закреплена фланцевым соединением 18 в люке 19. Выходы датчиков 5, 6,7 гидростатического давления, датчиков 8, 9, 10 сигнализаторов уровня продукта, датчика 11 сигнализатора наличия воды и датчика 12 температуры соединены с входами устройства 20 автоматической корректировки вычислений и дрейфа нуля датчиков гидростатического давления, соединенного выходом с входом устройства отображения 21.

Работает устройство следующим образом.

При заполнении резервуара до отметки мертвого остатка H₁, соответствующей нулевой точке отсчета датчика 5 гидростатического давления, срабатывает датчик 8 сигнализатор уровня продукта, устройство 20 автоматической корректировки вычислений и дрейфа нуля датчиков гидростатического давления регистрирует выходной сигнал датчика 5, сравнивает его с калибровочным значением сигнала нулевой точки (P_kl) рассчитывает величину дрейфа нуля датчика 5 гидростатического давления ΔP₁ = P_к1+P_i1 при рабочих условиях, которая автоматически участвует во всех последующих операциях расчета измерения величин.

При дальнейшем заполнении выходной сигнал датчика 5 гидростатического давления возрастает пропорционально величине плотности продукта и высоты налива продукта.

При достижении уровня заполнения резервуара до отметки H₂ срабатывает датчик 9 сигнализатор уровня продукта, аналогично описанному выше случаю, устройством 20 рассчитывается величина дрейфа нуля датчика 6 гидростатического давления, равная ΔP₂ = P_k2 + P_i2, которая также используется в последующих операциях корректировки и расчета. Одновременно устройство 20 выполняет расчеты параметров продукта (например, нефтепродукта) в резервуаре в следующей последовательности).

Плотность нефтепродукта

Текущий уровень

Масса нефтепродукта

Объем нефтепродукта

где ρ - плотность продукта, кг/м³;
P₁, P₂ - давление в точках замера, кПа;
H₁ - высота мертвого остатка, м;
H₂ - расстояние между датчиками P₁ и P₂, м;
H₀ - высота слоя воды в зоне мертвого остатка, м,
S_cp. - средняя площадь заполнения резервуара нефтепродуктов;
M_мо - масса продукта мертвого остатка;
M_в - масса воды в зоне мертвого остатка.

Расчетные величины объема V, уровня H сравниваются с калибровочными значениями V_к H_к градуировочной таблицы резервуара на отметке высоты, равной H₂. Скорректированная величина поправок величин V, H используется в дальнейших вычислениях.

Аналогично описанному выше происходит работа устройства при заполнении резервуара до отметки уровня H₃, датчика 7 гидростатического давления при работе резервуара под избыточным давлением. При атмосферном давлении датчик 7 не используется. Устройство 20 своим выходом соединено с устройством 21 отображения, которое выдает информацию по наливу и отпуску продукта.

При отпуске продукта, сливе резервуара описанные выше операции повторяются в обратном порядке. Конструктивное расположение измерительной трубы 2 вместе с датчиками внутри резервуара позволяет повысить надежность работы устройства за счет исключения малонадежных элементов отбора давления по сравнению с наружным монтажом датчиков, особенно для вязких сред при низких температурах. Расположение измерительной трубы 2 внутри резервуара позволяет сократить энергетические затраты, не требуя дополнительного обогрева. Подвижное расположение измерительной трубы 2, снабженной в нижней части опорной пятой 16, выполненной в виде шарнирного механизма, позволяет сохранять вертикальное положение трубы независимо от прогиба днища и учитывать дополнительную погрешность величины налива продукта, обусловленную прогибом днища на величину H. За счет автоматической корректировки дрейфа нуля датчиков гидростатического давления 5, 6, 7 в реперных точках в процессе работы, исключения дополнительной погрешности величины налива продукта за счет прогиба днища резервуара повышается точность измерения массы, объема, плотности и уровня продукта.

Устройство используется в нефтеперерабатывающей, нефтехимической и пищевой промышленности. Устройство содержит резервуар, датчик температуры, n датчиков гидростатического давления, расположенных на различной высоте, устройство отображения, измерительную трубу, расположенную внутри резервуара, n датчиков сигнализаторов уровня, расположенных на различной высоте резервуара, датчик сигнализатора наличия воды в отстойной зоне резервуара, устройство автоматической корректировки вычислений и дрейфа нуля датчиков гидростатического давления. Датчики-сигнализаторы уровня и датчик-сигнализатор воды расположены в измерительной трубе и соединены своими входами посредством каналов с измеряемой средой, а выходами - с входами устройства автоматической корректировки вычислений и дрейфа нуля датчиков гидрастатического давления, соединенного выходом с устройством отображения. Измерительная труба выполнена вертикально подвижной путем закрепления ее в верхней части торцевым уплотнением, а в нижней части - шаровой опорной пятой. Повышена точность измерения и надежность устройства, снижены энергетические затраты. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство измерения массы, объема, плотности и уровня жидких продуктов, содержащее резервуар, датчик температуры, n датчиков гидростатического давления, расположенных на различной высоте, и устройство отображения, отличающееся тем, что устройство дополнительно снабжено измерительной трубой, расположенной внутри резервуара, n датчиками сигнализаторами уровня, расположенными на различной высоте резервуара, датчиком сигнализатора наличия воды в отстойной зоне резервуара, устройством автоматической корректировки вычислений и дрейфа нуля датчиков гидростатического давления, датчики сигнализаторы уровня и датчик сигнализатор воды расположены в измерительной трубе и соединены своими входами посредством каналов с измеряемой средой, а выходами - с входами устройства автоматической корректировки вычислений и дрейфа нуля датчиков гидростатического давления, соединенного выходом с устройством отображения. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что измерительная труба выполнена вертикально подвижной путем закрепления ее в верхней части торцевым уплотнением, а в нижней части - шаровой опорной пятой.