УСТРОЙСТВО ПРЕЦИЗИОННОГО ИЗМЕРЕНИЯ УРОВНЯ ЖИДКОСТИ В РЕЗЕРВУАРАХ Российский патент 2002 года по МПК G01F23/00 

Изобретение относится к технике измерения уровня жидких продуктов, а более конкретно для измерения уровня нефти, бензина, дизельного топлива в резервуарах с фиксированной крышей.

Как известно, ошибка измерения имеет две основные составляющие: инструментальную и методическую. Современные прецизионные датчики уровня имеют низкую собственную инструментальную погрешность измерения. Например /1/, современные радарные датчики уровня имеют абсолютную погрешность измерения менее 0.5 миллиметра, что соответствует относительной погрешности менее 0.005 процента при высоте резервуара более 10 метров. На настоящий момент не существует приборов прямого измерения массы и объема нефтепродуктов, находящихся в резервуарах, с подобной относительной погрешностью измерения.

Поэтому в настоящее время в резервуарных парках для коммерческого учета нефти и нефтепродуктов как по массе, так и по объему, как правило, измеряется уровень жидкости с последующим пересчетом и корректировкой в требуемую величину.

Для измерения уровня широко используется устройство, содержащее поплавковый датчик /1/. Поплавок перемещается по штанге (см. фиг.1), закрепленной посредством фланцевого соединения на крышке люка резервуара. Положение поплавка соответствует высоте воздушного промежутка. Высота наполнения (взлива) продукта определяется вычитанием из базовой высоты резервуара, которая считается постоянной для данного резервуара, величины воздушного промежутка.

Недостатком данного метода измерения является наличие существенной методической ошибки, обусловленной деформацией крыши резервуара. Действительная высота резервуара может существенно изменяться и погрешность измерения может достигать 5 и более см, что недопустимо при коммерческом учете нефтепродуктов.

Известно другое устройство, в состав которого входит ультразвуковой датчик уровня /2/, который крепится на крышке люка крыши резервуара посредством фланцев (см. фиг.2). Измеряется расстояние (дистанция) от датчика до зеркала поверхности с последующим вычитанием из базовой величины (высоты) резервуара. Полученная величина соответствует высоте продукта. Очевидно, что как и в предыдущем случае в результатах измерения присутствует методическая составляющая погрешности недопустимой величины.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является устройство (см. фиг. 3), выполненное в соответствии с рекомендуемыми стандартами Американского института нефти (API) /3/ и включающее измерительный колодец, представляющий вертикально установленную стальную трубу, находящуюся в резервуаре, нижним концом опирающуюся в дно резервуара, на верхнем - через фланцевое соединение установлен прецизионный датчик уровня жидкости (например, радарный /1/), многоточечный термометр, установленный вертикально в резервуаре, вычислительный блок /1, 3/. В измерительном колодце имеется ряд отверстий, благодаря которым устанавливается одинаковый уровень жидкости в резервуаре и в измерительном колодце, а также одинаковое давление в газовых пространствах.

Недостатком данного устройства является то, что в результатах измерения присутствует существенная методическая составляющая погрешности, обусловленная неопределенностью базы, относительно которой вычисляется уровень жидкости. Действительно, исследования показывают /3/ сложную деформацию дна при изменении уровня жидкости в резервуарах. Кроме того, длина измерительного колодца, на котором установлен датчик уровня жидкости, при изменении температуры также меняется. Под действием этих факторов расстояние, измеряемое прецизионным датчиком уровня жидкости, меняется при постоянном фактическом объеме жидкости в резервуаре.

Технический результат настоящего изобретения - повышение точности измерения уровня жидкости в закрытых резервуарах, приближение общей ошибки измерения к инструментальной ошибке прецизионного датчика уровня жидкости.

Технический результат достигается тем, что в известном устройстве прецизионного измерения уровня жидкости в резервуарах, состоящем из измерительного колодца, установленного вертикально, вычислительного блока, прецизионного датчика уровня жидкости, установленного посредством фланцевого соединения к верхней торцевой части измерительного колодца, многоточечного датчика температуры, установленного вертикально внутри резервуара, измерительный колодец с прецизионным датчиком уровня жидкости вынесен из резервуара и установлен на собственном фундаменте в теплоизоляционную оболочку, причем измерительный колодец сообщен с резервуаром путем присоединения его вверху к газовой части резервуара посредством верхней трубы, а нижняя часть соединена с буферной емкостью через насос при помощи соединительных патрубков, кроме того, нижняя часть измерительного колодца сообщается с нижней частью резервуара посредством нижнего и заборного патрубков, управляемой задвижки, а внутри измерительного колодца вертикально установлен многоточечный датчик температуры, причем прецизионный датчик уровня жидкости, оба многоточечных датчика температуры, насос, управляемая задвижка соединены с вычислительным блоком.

На фиг.4 представлен чертеж предлагаемого устройства.

В состав предлагаемого устройства входят (см.фиг.4): 1 - измерительный колодец, 1А - теплоизоляционная оболочка, 2 - собственный фундамент, 3 - верхняя труба, 4 - нижний патрубок, 4А - управляемая задвижка, 4Б - заборный патрубок, 5 - прецизионный датчик уровня жидкости, 6, 11 - многоточечные датчики температуры, 7 - вычислительный блок, 8 - соединительные патрубки, 8А- насос, 9 - буферная емкость.

Кроме того, на чертеже показаны: 10 - резервуар, 12, 12А - жидкость, 13 - фундамент резервуара.

Устройство работает в следующих двух режимах: в режиме прямого измерения длины измерительного колодца и в режиме измерения уровня жидкости в резервуаре.

Рассмотрим режим измерения длины измерительного колодца. На точность измерения уровня жидкости влияют температурные изменения длины измерительного колодца 1. Для периодического контроля длины измерительного колодца 1 в предлагаемом устройстве реализуется прямое измерение ее длины прецизионным датчиком уровня жидкости. В этом режиме управляемая задвижка 4А закрыта. Производится откачка нефтепродукта 12А из измерительного колодца 1 в буферную емкость 9 насосом 8А. Т.к. время откачки мало по сравнению с временем изменения температуры стенок измерительного колодца 1 (измерительный колодец 1 находится в теплоизоляционной оболочке 1А), то измеренная длина пустого измерительного колодца равна длине заполненного измерительного колодца. После окончания процесса измерения длины пустого измерительного колодца насос выключается, управляемая задвижка 4А открывается, нефтепродукт 12 снова свободно перетекает через патрубки 4, 4Б и управляемую задвижку 4А из резервуара 10 в измерительный колодец 1 и в измерительном колодце устанавливается прежний уровень. Заметим, что выключенный насос не пропускает через себя жидкость.

Рассмотрим режим измерения уровня жидкости в резервуаре. В этом режиме насос 8А выключен, а управляемая задвижка 4А открыта. Т.к. резервуар 10 и вынесенный из резервуара измерительный колодец 1 благодаря трубе 3, нижнему патрубку 4 и открытой управляемой задвижке 4А представляют систему сообщающихся сосудов, то при одинаковом профиле плотности жидкости по высоте в резервуаре 10 и измерительном колодце 1 уровень в резервуаре и измерительном колодце будет одинаковым. Уровень в измерительном колодце 1 измеряется прецизионным датчиком уровня жидкости 5 относительно "абсолютной" базы (уровня собственного фундамента 2) следующим образом: измеряется расстояние (дистанция) от фланца датчика уровня 5 до поверхности нефтепродукта 12А в измерительном колодце 1, полученный результат измерения вычитается из длины измерительного колодца 1. Полученная разность соответствует уровню жидкости относительно уровня собственного фундамента 2.

Заборный патрубок представляет собой трубу с прорезями определенной величины по высоте и предназначен для забора жидкости 12 с различных ее уровней.

Отличием предлагаемого устройства от известных является принципиальная возможность приведения общей ошибки измерения уровня жидкости в резервуаре, включая методическую, к инструментальной, а также наличие "абсолютной" базы отсчета (уровень фундамента устройства), независящей от деформаций дна и крыши резервуара.

Источники информации
1. Каталог "Комбит", "Saab Tank Control".

2. General Specifications Catalogue III", Endress+Hauser.

3. Berto F.J. Review of tank measurement errors reveals techniques for greater accuracy. Pt.Oil and Gas J. -1997. -vol.95, -P.68-70, 72, 73.

Изобретение используется для измерения уровня жидкости, например нефти, бензина, дизельного топлива, в резервуарах с фиксированной крышей. Устройство состоит из измерительного колодца, установленного вертикально, и датчика уровня жидкости, установленного посредством фланцевого соединения к верхней торцевой части измерительного колодца. Один многоточечный датчик температуры установлен вертикально внутри резервуара с фундаментом. Заборный патрубок предназначен для забора жидкости с различных ее уровней в резервуаре. Второй многоточечный датчик температуры установлен вертикально внутри измерительного колодца, который вместе с датчиком уровня жидкости вынесен из резервуара и установлен на собственном фундаменте. Измерительный колодец сообщен с резервуаром путем присоединения его вверху к газовой части резервуара посредством верхней трубы. Нижняя часть измерительного колодца сообщается с нижней частью резервуара посредством нижнего патрубка и управляемой задвижки, а с буферной емкостью - через насос при помощи соединительных патрубков. Многоточечные датчики температуры, насос и управляемая задвижка соединены с вычислительным блоком. Обеспечено повышение точности. 4 ил.

Устройство прецизионного измерения уровня жидкости в резервуарах, состоящее из измерительного колодца, установленного вертикально, вычислительного блока, прецизионного датчика уровня жидкости, установленного посредством фланцевого соединения к верхней торцевой части измерительного колодца, многоточечного датчика температуры, установленного вертикально внутри резервуара, отличающееся тем, что измерительный колодец с прецизионным датчиком уровня жидкости вынесен из резервуара и установлен на собственном фундаменте в теплоизоляционную оболочку, причем измерительный колодец сообщен с резервуаром путем присоединения его вверху к газовой части резервуара посредством верхней трубы, а нижняя часть соединена с буферной емкостью через насос при помощи соединительных патрубков, кроме того, нижняя часть измерительного колодца сообщается с нижней частью резервуара посредством нижнего и заборного патрубков, управляемой задвижки, а внутри измерительного колодца вертикально установлен многоточечный датчик температуры, причем прецизионный датчик уровня жидкости, оба многоточечных датчика температуры, насос, управляемая задвижка соединены с вычислительным блоком.