СПОСОБ КАЛИБРОВКИ РЕЗЕРВУАРОВ Российский патент 2008 года по МПК G01F25/00 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано на топливных складах или нефтебазах, осуществляющих операции приема, хранения и отпуска нефтепродуктов.

Известно устройство (см., например, описание к авторскому свидетельству №1328681. Опубл. 07.08.87. Бюл. №29) для калибровки резервуаров, состоящее из резервуара, пневмосистемы, центробежного насоса, дросселя регулирования расхода со смотровым устройством, расходомера, трехходового крана, образцового мерника, уровнемера с поплавком, блоки управления, питания и вычисления. Однако это устройство не позволяет производить учет возможных деформаций корпуса резервуара.

Устройство также отличается избыточными материальными затратами. Исключается возможность отпуска нефтепродуктов и штатной работы автозаправочных станций (АЭС) и нефтяных баз (НБ). Точность измерений падает в процессе эксплуатации и предполагает повторение этой операции через определенное время. Низка метрологическая стабильность при смене сезонов. Не учитывается разность температур внутри резервуара и на выходе топливораздаточных колонок (ТРК), что в свою очередь влияет на точность градуировки резервуаров.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является способ калибровки резервуаров (см. патент РФ №2178153, публ. 10.01.2002 год, бюл. №1), включающий введение в вычислительный блок исходных данных резервуара, условий эксплуатации, использование в качестве рабочей жидкости нефтепродуктов, отпуск нефтепродукта из резервуара порциями через топливораздаточные колонки (ТРК) в штатном режиме эксплуатации до величины уровня, соответствующей ее минимальному значению в резервуаре, через интервалы успокоения отпускаемого нефтепродукта, измерение параметров и расчет калибровки резервуара с учетом температуры нефтепродукта на топливораздаточной колонке (ТРК) с последующей корректировкой объема отпуска, уточнение калибровочных характеристик с помощью мерников.

Известный способ калибровки предусматривает заполнение резервуара до максимальной величины взлива.

Заполнение резервуара нефтепродуктом до величины максимального взлива и отпуск нефтепродукта с операциями градуировки до величины уровня, соответствующей минимальному значению нефтепродукта в резервуаре, повторяют не менее 3-5 раз.

Уточнение характеристик с помощью образцовых мерников производят ежесменно.

Калибровку проводят одновременно нескольких или всех резервуаров, находящихся в эксплуатации автозаправочных станции (АЗС) или нефтебаз (НБ) и работе всех или нескольких топливораздаточных колонок или автоматизированного стояка налива (АСН) и их сочетании.

Известные способы имеют ряд существенных недостатков:

Все основные способы предполагают калибровку резервуаров наливом от пустого резервуара до максимального уровня.

На большинстве топливных складов в связи с подорожанием нефтепродуктов ограничены их запасы и не всегда резервуары наполняются до максимального уровня и с другой стороны в рабочих резервуарах отсутствие нефтепродукта может быть лишь при его ремонте, чистке и т.д. Поэтому калибровка должна производиться в рабочих режимах функционирования топливных складов, т.е. с использованием штатных топливораздаточных колонок (ТРК), использования для калибровки штатных нефтепродуктов. Все операции калибровки должны осуществляться в режиме слива из резервуара.

Калибровка больших резервуаров 2000 м³, 5000 м³, и более при их заполнении из топливораздаточных колонок будет занимать длительное время, а ее повторение 3-5 раз вообще трудно совместить со штатной работой топливной базы.

Невысокая точность штатных ТРК-погрешность при отпуске по объему ±0,25%.

Использование нескольких ТРК потребует многократное использование образцового мерника для снижения погрешности калибровки.

Необходимо уточнять объемы нефтепродукта (НП), отпущенного ТРК, и объемы НП, слитого с резервуара. В связи с этим корректировка температур в ТРК и на уровне слива из резервуара должна проводиться отдельно по каждой ТРК (с учетом места установки).

Технической задачей изобретения является проведение калибровки резервуаров топливной базы или автозаправочных станций с высокой точностью с использованием штатного оборудования базы или станций.

Техническая задача достигается тем, что в способе калибровки резервуаров, включающем введение в вычислительный блок исходных данных резервуара, условий эксплуатации, использование в качестве рабочей жидкости нефтепродуктов, отпуск нефтепродукта из резервуара порциями через топливораздаточные колонки (ТРК) в штатном режиме эксплуатации до величины уровня, соответствующей ее минимальному значению в резервуаре, через интервалы успокоения отпускаемого нефтепродукта, измерение параметров и расчет калибровки резервуара с учетом температуры нефтепродукта на топливораздаточной колонке (ТРК) с последующей корректировкой объема отпуска, уточнение калибровочных характеристик с помощью мерников, калибровку резервуара проводят при заполненном нефтепродуктом до любого эксплуатационного уровня резервуаре в условиях штатной работы нефтяных баз или автозаправочных станций, для чего первоначально посредством вычислительного блока по калибровочным таблицам резервуара определяют объем резервуара на уровне, соответствующем близкому к максимальному эксплуатационному, считают этот уровень исходным, затем осуществляют отпуск нефтепродукта из резервуара через высокоточные топливораздаточные колонки до величины уровня, соответствующей минимально возможной в эксплуатации, по калибровочным таблицам резервуара посредством вычислительного блока определяют объем резервуара на этом уровне, после отпуска каждой порции нефтепродукта измеряют параметры и проводят расчет калибровки резервуара по формуле

где V_p - объем резервуара;

V_mpk - объем нефтепродукта, отпущенный из топливораздаточной колонки;

- относительный объем нефтепродукта, отпущенный из резервуара и топливораздаточной колонки,

относительный объем определяют как отношение объема нефтепродукта, отпущенного из резервуара, к объему нефтепродукта, отпущенного из топливораздаточной колонки, осуществляют поправку объема нефтепродукта, отпущенного из топливораздаточной колонки, на фактически отпущенный объем из резервуара с учетом разницы температур нефтепродукта, измеряемых на выходе из топливораздаточной колонки и резервуара, для чего в каждой топливораздаточной колонке посредством датчиков температуры, высокоточного плотномера и прошедшего селективный отбор объемного счетчика измеряют температуру, плотность и объем нефтепродукта, по известной формуле рассчитывают массу нефтепродукта при отпуске из топливораздаточной колонки, затем по расчетным таблицам вычислительного блока осуществляют перерасчет измеренной плотности, определяя стандартное значение плотности и с учетом массы нефтепродукта величину объема при стандартной температуре t=20°C, полученное стандартное значение объема используют при расчете объема нефтепродукта, отпущенного из резервуара при температуре нефтепродукта на выходе из него, операцию отпуска нефтепродукта с последующей калибровкой повторяют до достижения величины уровня, соответствующей минимальной эксплуатационной, полученные результаты вычислений объема суммируют, определяя объем резервуара или объем его части, затем проводят сравнение старых данных на уровне, близком к минимально возможному эксплуатационному, и новых при одной высоте уровня налива по автоматизированной системе, и приводят в соответствие полученные результаты, при этом, если объем нефтепродукта больше, чем по старой калибровке, то объем на данном уровне оставляют по данным старой калибровки, а все данные, полученные в результате калибровки, уменьшают на разность объемов по старой и новой калибровке, или, если объем нефтепродукта меньше, чем по старой калибровке, оставляют данные на уровне, соответствующем минимальному возможному в эксплуатационных условиях, по старой калибровке, а все данные новой калибровки увеличивают на разность объема по старой и новой калибровке, одновременно в процессе калибровки несколько раз производят определение погрешности каждой топливораздаточной колонки по образцовому мернику, вычисляют среднеквадратичную погрешность колонки по объему и на эту величину производят электронную юстировку колонки.

При калибровке используют высокоточные топливораздаточные колонки с погрешностью по объему ±0,15%, прошедшие селективный селективный отбор объемные счетчики с погрешностью 0,08-0,15%, образцовый мерник повышенной точности с погрешностью по объему ±0,05-±0,06% и по массе ±0,04-0,05%.

В качестве резервуаров используют топливные баки или цистерны.

Предлагаемый способ калибровки резервуаров осуществляют следующим образом.

Способ калибровки резервуаров включает в себя автоматизированную систему учета нефтепродуктов в вертикальных и горизонтальных резервуарах (например «Гамма» УИП 9602). В этом случае система учета нефтепродукта в резервуаре содержит калибровочные таблицы резервуара, определения уровней на которых осуществляется калибровка, измерение параметров с учетом температуры заполняемой жидкости. Датчики уровня должны быть расположены не менее чем через 20÷40 мм, а устройство слива с заполненного резервуара является одной или несколькими высокоточными топливораздаточными колонками. Это позволяет выполнять калибровку резервуара до определенной высоты (если он редко заполняется полностью), а также при сливе НП возможна частичная калибровка резервуара в диапазоне наиболее употребляемых уровней (max и min). Если же имеется технологическая возможность, то производится полная калибровка резервуаров.

Особенностью предлагаемого способа является калибровка только в режиме слива, тогда как налив в резервуаре осуществляется из железнодорожных цистерн с высокой производительностью (до 60 т/час и выше) и не позволяет в это время производить калибровку резервуаров.

Калибровка производится на рабочем нефтепродукте в период эксплуатации резервуаров непосредственно на нефтяных базах или автозаправочных станциях в режиме слива топлива из резервуара через высокоточные топливораздаточные колонки. В связи с тем, что заполнение резервуара связано с лимитами запаса топлива в тоннах (или в сутках потребления), то на многих топливных базах полное заполнение резервуара невозможно. Поэтому предусматривается возможность частичной калибровки резервуара, когда резервуар заполняется до уровня, близкого к максимальному эксплуатационному, а затем в режиме слива происходит его снижение до уровня, близкого к минимальному в эксплуатационных условиях. В вычислительном блоке системы фиксируется показания счетчиков топливораздаточных колонок, работающих с резервуаром, в котором осуществляется калибровка.

Пусть в режиме эксплуатации резервуара его наполнение достигает 1000 м³, а минимальный запас составляет 200 м³ нефтепродукта (дизельного топлива).

По калибровочным таблицам резервуара (старым) определяется объем резервуара на уровне, соответствующим 1000 м³ нефтепродукта. Считаем это значение уровня исходным. Далее проводим калибровку по порциям, обеспечивающим изменение уровня на 20-40 мм с последующим периодом успокоения при достижении минимально возможного в эксплуатации наличия 200 м³ НП отмечаем уровень (по старой калибровке).

При этом поправка объема, отпущенного из ТРК на фактически отпущенный объем из резервуара, определяется с учетом разницы температур НП на выходе из резервуара и из ТРК.

В большинстве известных случаев отпускают топливо по объему с погрешностью 0,25%. Измерение массы ведется с учетом измерения плотности при различных фактических температурах нефтепродукта в резервуаре. Различные климатические условия, время нахождения нефтепродукта в резервуаре, температура нефтепродукта при его сливе в резервуар влияют на изменение плотности в резервуаре, а также на правильность определения массы нефтепродукта. При хранении нефтепродукта масса его остается постоянной. При сливе и наливе уровень нефтепродукта понижается (повышается). Измерение объема производится с относительно высокой точностью, а диапазон температур, и соответственно, плотность нефтепродукта (средняя), измеряемая несколькими датчиками, дает на этих режимах существенную погрешность при расчете массы, которую определяют по формуле с учетом значений объема, температуры и плотности.

Поэтому учет изменения массы нефтепродукта должен производиться с учетом изменения объема, как и в случаях хранения, а плотность нефтепродукта должна определяться на уровне слива (налива) по одному датчику плотности. Этот фактор особенно важен, когда производится калибровка резервуаров топливных баз или автозаправочных станций.

В предлагаемом способе осуществляют корректировку отпущенного из резервуара объема (поправка объема, отпущенного из ТРК на фактически отпущенный объем из резервуара, определяется с учетом разницы температур НП на выходе из резервуара и из ТРК), для чего проводят следующие операции:

Объем топлива, отпускаемый из топливораздаточной колонки, определяется по формуле

где V_{t mpк} - объем нефтепродукта, отпущенный из ТРК при температуре t _mpк;

V₂₀ - объем нефтепродукта при стандартной температуре 20°С;

β - коэффициент объемного расширения нефтепродукта, 1/°С;

t_mpк - температура нефтепродукта на выходе из ТРК.

Объем топлива, отпущенного из резервуара, определяется по формуле

где V_tp - объем нефтепродукта, отпущенный из резервуара при температуре t_p;

V₂₀ - объем нефтепродукта при стандартной температуре 20°С;

t_p - температура нефтепродукта на уровне его выхода из резервуара.

Относительный объем нефтепродукта (), отпущенный из резервуара и ТРК, определяется по формуле

При калибровке резервуара вводим данные объемного расхода по ТРК с учетом температурной корректировки

Если плотномер установлен на некотором удалении от резервуара в трубопроводе, снабжающем ТРК, тогда с учетом изменения температуры до места установки плотномера замер температуры нефтепродукта производится с небольшой задержкой в 1-2 сек.

После проведения калибровки производим сравнение старых данных на уровне, соответствующем V=200 м³ и новых (при одной высоте уровня налива по автоматизированной системе.

Есть два варианта показаний для этой высоты взлива по данным новой калибровки:

1. Объем нефтепродукта больше, чем по старой калибровке. В этом случае объем на данном уровне оставляем по данным старой калибровке, а все данные, полученные в результате калибровки, уменьшаем на разность объемов по старой и новой калибровке;

2. Объем нефтепродукта меньше, чем по старой калибровке, оставляем данные на уровне, соответствующем 200 м по старой калибровке, а все данные новой калибровки увеличиваем на разность объема по старой и новой калибровке.

Во время проведения калибровки резервуара несколько раз (3 или 4) производится определения погрешности ТРК по образцовому мернику. Замеры осуществляют с помощью образцового мерника повышенной точности с погрешностью по объему ±0,05-±0,06% и по массе ±0,04-0,05%.

Затем вычисляется среднеквадратичная погрешность ТРК по объему и на эту величину производится электронная юстировка колонки.

По результатам поверки ТРК образцовым мерником производят электронную юстировку погрешности по средней величине погрешности по мернику

где δ_vcp - средняя погрешность ТРК по объему;

δ_v1...δ_vn - погрешность объемного налива ТРК при различных измерениях;

n - количество измерений.

Если погрешность встречается с разными знаками, это учитывается при юстировке.

В процессе калибровки несколько раз производят определение погрешности каждой топливораздаточной колонки по образцовому мернику, вычисляют среднеквадратичную погрешность колонки по объему и на эту величину производят электронную юстировку колонки.

Допустим, при наливе трех доз нефтепродуктов и ТРК погрешности объема, определенные с помощью образцового мерника, составили соответственно +0,11%; +0,09%; +0, 09%.

Находим среднюю погрешность измерения объема в трех опытах

Считаем точность юстировки, например, равной 0,01% по объему. Проводим юстировку на -0,09%, тогда остаточная средняя погрешность после юстировки составит _δνcp=0,0967-0,09=0,007%. То есть фактическая погрешность измерения по объему после юстировки составит 0,007%, что гарантирует высокую точность проведения калибровки.

В эксперименте на другом изделии (ТРК) погрешности измерения объема составили соответственно -0,02%;+0,01%;+0,03%.

Проведем юстировку со снижения объема на 0,01%. Тогда фактическая средняя погрешность измерения объема составит 0,0033%.

С учетом использования высокоточных топливораздаточных колонок можно проводить регулярную поверку ВТРК образцовым мерником с использованием автоматической юстировки по осредненной погрешности. Основная погрешность ВТРК может быть доведена до 0,01÷0,02% по объему. Одновременно обязательной процедурой является приведение объема ТРК к объему в резервуаре с учетом разности температур НП на выходе из резервуара и на выходе из ТРК.

Таким образом, проведение юстировки ТРК является неотъемлемой частью предлагаемого способа калибровки.

В процессе калибровки проводят отпуск нефтепродукта из резервуара через высокоточные топливораздаточные колонки (ВТРК) с погрешностью по объему ±0,15%.

Измерение объема при отпуске из ВТРК осуществляют прошедшим селективный отбор объемным счетчиком с погрешностью 0,08-0,15%.

При проведении селективного отбора объемных счетчиков изготавливают партию объемных счетчиков, каждый из которых подвергают испытанию на погрешность, затем, учитывая общий диапазон погрешностей от 0,08-0,25%, выделяют группу объемных счетчиков с погрешностью 0,08-0,15%.

Таким образом, преимущество предлагаемого способа следующее:

1. Использование высокоточных топливораздаточных колонок.

2. Возможность использования мерника повышенной точности.

3. Во время калибровки неоднократное измерение погрешности фактических измерений по объему, и по результатам измерений проведение юстировки с учетом средней погрешности.

4. Более точное измерение плотности и температуры нефтепродукта на выходе из резервуара.

5. Определение погрешности калибровки.

6. Возможность частичной калибровки (меняются данные только в зоне калибровки).

7. Возможна калибровка баков тепловозов (после предварительной очистки и пропарки), а также автомобильных цистерн. Калибровка производится в режиме налива.

Изобретение может быть использовано на топливных складах или нефтебазах, осуществляющих прием, хранение и отпуск нефтепродуктов. Калибровку резервуара, заполненного нефтепродуктом (НП) до эксплуатационного уровня, в условиях штатной работы непосредственно на нефтяных базах или топливораздаточных станциях проводят в режиме слива топлива через высокоточные топливораздаточные колонки (ТРК) до величины уровня, минимально возможной в эксплуатации. После отпуска каждой порции НП определяют объем резервуара на уровне слива. Поправку объема НП, отпущенного из ТРК, на фактически отпущенный объем из резервуара определяют с учетом разницы температур НП, измеряемых на выходе из резервуара и из ВТРК. Изобретение обеспечивает повышение точности калибровки, возможность частичной калибровки резервуаров. 4 з.п. ф-лы.

1. Способ калибровки резервуаров, включающий введение в вычислительный блок исходных данных резервуара, условий эксплуатации, использование в качестве рабочей жидкости нефтепродуктов, отпуск нефтепродукта из резервуара порциями через топливораздаточные колонки в штатном режиме эксплуатации до величины уровня, соответствующей ее минимальному значению в резервуаре, через интервалы успокоения отпускаемого нефтепродукта, измерение параметров и расчет калибровки резервуара с учетом температуры нефтепродукта на топливораздаточной колонке с последующей корректировкой объема отпуска, уточнение калибровочных (градуировочных) характеристик с помощью мерников, отличающийся тем, что калибровку резервуара проводят при заполненном нефтепродуктом до любого эксплуатационного уровня резервуаре в условиях штатной работы нефтяных баз или автозаправочных станций, для чего первоначально посредством вычислительного блока по калибровочным таблицам резервуара определяют объем резервуара на уровне, соответствующем близкому к максимальному эксплуатационному, считают этот уровень исходным, затем осуществляют отпуск нефтепродукта из резервуара через высокоточные топливораздаточные колонки до величины уровня, соответствующей минимально возможной в эксплуатации, по калибровочным таблицам резервуара посредством вычислительного блока определяют объем резервуара на этом уровне, после отпуска каждой порции нефтепродукта измеряют параметры и проводят расчет калибровки резервуара по формуле

где V_p - объем резервуара;

V_mpk - объем нефтепродукта, отпущенный из топливораздаточной колонки;

- относительный объем нефтепродукта, отпущенный из резервуара и топливораздаточной колонки,

относительный объем определяют, как отношение объема нефтепродукта, отпущенного из резервуара, к объему нефтепродукта, отпущенного из топливораздаточной колонки, при этом осуществляют поправку объема нефтепродукта, отпущенного из топливораздаточной колонки, на фактически отпущенный объем из резервуара с учетом разницы температур нефтепродукта, измеряемых на выходе из топливораздаточной колонки и резервуара, для чего в каждой топливораздаточной колонке посредством датчиков температуры, высокоточного плотномера и прошедшего селективный отбор объемного счетчика измеряют температуру, плотность и объем нефтепродукта, по известной формуле рассчитывают массу нефтепродукта при отпуске из топливораздаточной колонки, затем по расчетным таблицам вычислительного блока осуществляют перерасчет измеренной плотности, определяя стандартное значение плотности и с учетом массы нефтепродукта величину объема при стандартной температуре t=20°C, полученное стандартное значение объема используют при расчете объема нефтепродукта, отпущенного из резервуара при температуре нефтепродукта на выходе из него, операцию отпуска нефтепродукта с последующей калибровкой повторяют до достижения величины уровня, соответствующей минимальной эксплуатационной, полученные результаты вычислений объема суммируют, определяя объем резервуара или объем его части, затем проводят сравнение старых данных на уровне, близком к минимально возможному эксплуатационному, и новых при одной высоте уровня налива по автоматизированной системе и приводят в соответствие полученные результаты, при этом, если объем нефтепродукта больше, чем по старой калибровке, то объем на данном уровне оставляют по данным старой калибровки, а все данные, полученные в результате калибровки, уменьшают на разность объемов по старой и новой калибровке, или, если объем нефтепродукта меньше, чем по старой калибровке, оставляют данные на уровне, соответствующем минимальному возможному в эксплуатационных условиях, по старой калибровке, а все данные новой калибровки увеличивают на разность объема по старой и новой калибровке, одновременно в процессе калибровки несколько раз производят определение погрешности каждой топливораздаточной колонки по образцовому мернику, вычисляют среднеквадратичную погрешность колонки по объему и на эту величину производят электронную юстировку колонки.