УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МАССЫ НЕФТЕПРОДУКТА В ЗАКРЫТОЙ ЕМКОСТИ ПОД ДАВЛЕНИЕМ, ПРЕИМУЩЕСТВЕННО В КОНТЕЙНЕРЕ-ЦИСТЕРНЕ Российский патент 2000 года по МПК G01F17/00 G01F23/14 

Изобретение относится к технике взвешивания жидкостей, газов, в частности к определению массы нефтепродукта в закрытой емкости, преимущественно в контейнере-цистерне, предназначенном для хранения и транспортировки на автомобильном, железнодорожном и водном транспорте, находящихся под высоким давлением (до 16•10⁵ Па) агрессивных сред.

В пунктах приема нефтепродуктов наряду с другими характеристиками содержимого контейнера-цистерны необходима информация и о его массе.

Практикующееся непосредственное взвешивание цистерн вместе с транспортным средством или в контейнерах предполагает использование очень громоздких, сложных, дорогостоящих весов и грузоподъемных механизмов. Недостатком их является и невысокая точность. Например, цена деления вагонных электронных весов типа "РД"-Тензо-М - 0,01 - 0,05 т.

Поэтому для упрощения и удешевления описанных измерений разработаны опосредствованные методы и устройства определения массы содержимого резервуаров, цистерн и других емкостей.

Наиболее близкими к заявляемому является аппарат для определения количества жидкости (Патент США N 2521, 477, опубл. 05.09.1950 г., Кл. США 73 - 299).

Известное устройство для определения количества жидкости независимо от ее плотности в закрытой емкости содержит два пневматических дифференциальных датчика давления, каждый из которых снабжен парой входных трубок для восприятия давлений жидкости в различных областях емкости по ее высоте и выходной трубкой, связанной с пневматическим измерительным устройством. Датчики предназначены для преобразования разности воспринимаемых давлений в емкости с измеряемой жидкостью в пневматическое давление, пропорциональное этой разности. Датчики подсоединены к емкости таким образом, что один из них первой входной трубкой связан с областью высокого давления, расположенной ниже нижнего уровня жидкости в емкости, а второй входной трубкой - с областью низкого давления, расположенной выше верхнего уровня жидкости. Второй датчик одной входной трубкой связан с областью высокого давления, расположенной ниже нижнего уровня жидкости в емкости, а второй входной трубкой - с областью низкого давления, расположенной ниже верхнего уровня жидкости в емкости. Первый пневматический датчик служит для преобразования дифференциального давления, образуемого общим объемом жидкости в емкости, в пропорциональное ему давление. Второй датчик служит для преобразования дифференциального давления, являющегося функцией плотности жидкости, в пропорциональное ему давление. Эти давления передаются пневматически через сильфоны устройству, использующему принцип баланса сил для получения величины давления, пропорционального высоте жидкости в емкости в любой момент времени независимо от изменения плотности упомянутой жидкости.

Пневматическое измерительное устройство выполнено в виде перекладины силового баланса - рычага - с перемещающейся опорой между точками приложения сил, пневматически, через сильфон, связанной с выходной трубой второго датчика дифференциального давления.

Один из концов перекладины (например, левое плечо) пневматически через сильфон связан с выходной трубой первого дифференциального датчика, а второй конец (правое плечо) пневматически, через сильфон связан с устройством для создания уравновешивающей силы и измерения ее в единицах, эквивалентных количеству жидкости, содержащейся в данной емкости. Перекладина (рычаг) закреплена на передвигающейся оси таким образом, что может отклоняться силами, действующими на ось в любом направлении. Одна из действующих сил образуется за счет давления, вызываемого сильфоном, один из концов которого жестко закреплен, а другой соединен с перекладиной. Сильфон приводится в действие давлением от первого пневматического датчика дифференциального давления. Другая сила, действующая на другой коней рычага, расположенного по другую сторону от точки опоры, приводится в действие другим сильфоном, один из концов которого также жестко закреплен, а второй связан со вторым концом рычага. Второй сильфон приводится в действие пневматическим давлением, например воздухом, подаваемым от внешнего источника к вспомогательному устройству, снабженному ограничителем отверстия и трубками, одна из которых связана с сильфоном, а вторая - выходная. Давление в сильфоне контролируется с помощью сопла, расположенного на конце упомянутой выходной трубы, также с помощью дроссельного клапана, установленного на перекладине, в непосредственной близости к соплу. Обратное давление, которое является результатом давления, вызываемого этим противовесом, передается на записывающее устройство или индикатор, проградуированные в единицах количества жидкости, например в килограммах. Описанное устройство позволяет определять объем и массу содержимого емкости, предназначенной для хранения нефтепродукта, не прибегая к его непосредственному взвешиванию.

Однако это устройство ограничено в возможностях его использования, так как может эксплуатироваться только в стационарных условиях. (Не может сопровождать транспортируемую с нефтепродуктом емкость). Используемая в устройстве пневматическая измерительная система содержит неподвижно закрепленные детали, например сильфоны и другие элементы. Это предполагает повсеместно на пунктах приема нефтепродукта использование сложной техники, что не экономично.

Кроме того, известное устройство предполагает наличие на емкости с нефтепродуктом только для измерения его массы 4 клапанов (дополнительных отверстий), что усложняет, утяжеляет и снижает надежность ее при транспортировке, особенно при динамических нагрузках.

Последнее усложняет возможность эксплуатации устройства при определении массы содержимого в транспортируемой емкости, где все перечисленное (количество отверстий на емкости, вес и т.д.) строго регламентированы международными стандартами.

Техническим результатом заявляемого решения является упрощение устройства для измерения массы нефтепродукта, находящегося в закрытой транспортируемой емкости под давлением.

Технический результат достигается в устройстве для определения массы нефтепродукта в закрытой емкости под давлением, преимущественно в контейнере-цистерне, которое содержит измеритель гидростатических давлений, дополнительную емкость, выполненную в виде трубок, связанных одними концами с клапанами емкости с измеряемой жидкостью, а другими - со входами измерителя гидростатического давления. При этом дополнительная емкость выполнена в виде двух П-образных трубок, высота прогиба одной из которых фиксирована, а второй - произвольная, при этом одна пара концов трубок соединена с парой входов измерителя гидростатических давлений, выходы которого через дренажные вентили выведены в свободное пространство, а другая пара концов трубок предназначена для подсоединения к клапанам контейнера-цистерны: к уровнемерно-дренажному - конца трубки произвольной высоты прогиба, и к клапану опорожнения - конца трубки фиксированной высоты прогиба, в высшей точке которой трубки соединены между собой через уравнительный вентиль.

Новизна изобретения заключается в том, что дополнительную емкость выполняют в виде двух П-образных трубок, высота прогиба одной из которых фиксирована, а второй - произвольная. При этом одна пара концов трубок соединена с парой входов измерителя гидростатических давлений, выходы которого через дренажные вентили выведены в свободное пространство, а другая пара концов трубок предназначена для подсоединения к клапанам контейнера-цистерны: к уровнемерно-дренажному - конца трубки произвольной высоты прогиба, и к клапану опорожнения - конца трубки фиксированной высоты прогибы, в высшей точке которой трубки соединены между собой через уравнительный вентиль.

Суть изобретения поясняется чертежом, на котором представлена схема заявляемого решения.

Здесь:
1 - трубка,
2 - трубка фиксированной длины,
3 - уравнительный вентиль,
4, 5 - дренажные вентили,
6 - измеритель гидростатического давления,
Г - уровнемерно-дренажный клапан,
Ж - клапан опорожнения цистерны.

Измерительное устройство выполнено в виде двух П-образных трубок 1 и 2. Трубка 2 выполнена с фиксированной высотой h. Между собой трубки соединены уравнительным вентилем 3 в зоне высшей точки трубки 2. Одна из пар концов трубок соединена с парой входов измерителя гидростатического давления 6. Выходы последнего через дренажные вентили 4 и 5 выведены в свободное пространство.

При работе дополнительную емкость, измерительное устройство подсоединяют к цистерне, вводят в нее исследуемую жидкость из цистерн на фиксированный уровень, измеряют гидростатические давления нефтепродукта в цистерне и дополнительной емкости. Для этого:
1. Конец трубки 1 подсоединяют к уровнемерно-дренажному клапану Г контейнера-цистерны, а конец трубки 2 - к клапану опорожнения Ж.

2. Производят продувку устройства газовой фазой. Для этого открывают вентили 3, 4 и 5, а затем открывают клапан Г. После продувки закрывают уравнительный вентиль 3 и дренажные вентили 4 и 5. Показания измерителя давления при этом равно нулю.

3. Для измерений открывают клапан Ж цистерны так, чтобы перепад давления, показываемый прибором, не превышал половины шкалы.

При полном открытии клапана Ж из-за разницы в давлениях в измерительном устройстве и цистерне (16•10⁵ Па) прибор может выйти из строя.

Под действием давления жидкость заполняет П-образную трубку 2 и вытекает через дренажный вентиль 5. С появлением жидкости вентиль 5 закрывают. Показание измерителя давления и есть гидростатическое давление жидкой фазы в емкости Pi, т.к. он регистрирует разницу давлений в трубке 1 (давление газовой фазы в цистерне) и в трубке 2 (давление газовой и жидкой фазы в цистерне).

Для определения гидростатического давления в трубке 2 P₂ перекрывают клапан Ж и открывают вентиль 3. Прибор регистрирует разницу давлений в трубке 2 (давление жидкой фазы в трубке 2 плюс давление газовой фазы в цистерне) и в трубке 1 (давление газовой фазы в цистерне).

Для удобства измерений в качестве измерителя гидростатических давлений используют дифференциальный манометр и устанавливают его на приборе таким образом, что плоскость на уровне его входов совпадает с уровнем дна цистерны.

Используя известные соотношения, что m= ρV, P= ρgh, где m - масса вещества, кг; ρ - плотность вещества, кг/м³; P - давление, например, жидкости, Па; V - объем столба жидкости, м; h - высота столба, м; g - ускорение свободного падения, м/с² (В.М.Деньгуб, В.Г.Смирнов. Единицы величин. Словарь- справочник. Стр. 191 - 195. 1990 г.), заключают, что P₁= ρgH; P₂= ρgh, где P₁ - гидростатическое давление нефтепродукта в цистерне, Па; P₂ - гидростатическое давление нефтепродукта в дополнительной емкости -трубке 2, Па; H - уровень нефтепродукта в цистерне, м.

Принято, что разница уровней дна цистерны и плоскости на уровне входов измерения давлений равна нулю, м;
h - фиксированная высота нефтепродукта в дополнительной емкости, м;
Для удобства в работе принята равной 1 м.

ρ - плотность определяемого нефтепродукта, кг/м²
g = 9,88 - ускорение свободного падения, м/с².

Откуда следует, что
ρ = P₂/gh.

Измерив H, по градуировочной таблице определяют объем нефтепродукта V(H). Градуировочной таблицей в соответствии с отечественными и международными стандартами снабжены все контейнеры-цистерны.

Приведенные данные позволяют определить и искомую величину - массу нефтепродукта, находящегося в закрытой емкости (контейнере-цистерне) под давлением из выражения m= ρV(H), где ρ и V(H) определены выше.

Заявляемое устройство просто по конструкции, компактно и наряду с арматурой входит в комплект оборудования для обслуживания работы контейнера-цистерны. Футляр с прибором для измерения массы жидкости укреплен на внутренней стороне вертикальной стойки контейнера (на чертеже не показан).

Реализация описанного предполагаемого изобретения иллюстрируется следующими примерами. Для измерений использовался дифманометр типа ДСП-160 M (см. таблицу).

Приведенные результаты подтверждают достижение поставленной цели.

Изобретение предназначено для определения массы нефтепродуктов, находящихся в транспортируемой емкости под высоким давлением (до 16•10⁵Па). Устройство содержит дополнительную емкость в виде двух П-образных трубок, высота прогиба одной из которых фиксирована, а второй - произвольная. Одна пара концов трубок соединена с парой входов измерителя гидростатического давления, выходы которого снабжены дренажными вентилями. Другая пара концов трубок подсоединена к клапанам контейнера-цистерны: к уровнемерно-дренажному - конец трубки произвольной высоты прогиба и к клапану опорожнения - конец трубки фиксированной высоты прогиба. В высшей точке трубки соединены между собой через уравнительный вентиль. Устройство имеет простую конструкцию, компактно, что позволяет ему входить в комплект оборудования для обслуживания работы контейнера-цистерны. 1 табл., 1 ил.

Устройство для определения массы нефтепродукта в закрытой емкости под давлением, преимущественно в контейнере-цистерне, содержащее измеритель гидростатического давления, дополнительную емкость, выполненную в виде трубок, связанных одними концами с клапанами емкости с измеряемой жидкостью, а другими - с входами измерителя гидростатических давлений, отличающееся тем, что дополнительная емкость выполнена в виде двух П-образных трубок, высота прогиба одной из которых фиксирована, а второй произвольная, при этом одна пара концов трубок соединена с парой входов измерителя гидростатического давления, выходы которого через дренажные вентили выведены в свободное пространство, а другая пара концов предназначена для подсоединения к клапанам контейнера-цистерны: к уровнемерно-дренажному - конца трубки произвольной высоты прогиба и к клапану опорожнения - конца трубки фиксированной высоты прогиба, в высшей точке которой трубки соединены между собой через уравнительный вентиль.