СПОСОБ ГРАДУИРОВКИ РЕЗЕРВУАРОВ Российский патент 2008 года по МПК G01F25/00 G01F17/00 

Изобретение относится к средствам градуировки резервуаров, преимущественно металлических, и может быть использовано для первичной и периодической поверки мер вместимости на автозаправочных станциях и резервуарных парках складов, нефтебаз и АЗС.

Известен способ градуировки резервуаров [РФ. Патент №2174219, кл. G01F 25/00, 17/00, опубл. 2001 г.], заключающийся в непрерывном заполнении резервуара жидкостью через счетчик жидкости до уровня, соответствующего номинальной вместимости резервуара, с циклом, соответствующим прохождению через счетчик определенного фиксированного объема жидкости, достаточно малого для получения нескольких измерений на одном дискрете градуировки, определении уровня наполнения резервуара, соответствующего суммарному объему поступившей в него жидкости. Для учета линейного расширения материала резервуара измеряют температуру заливаемой жидкости. Перед градуировкой резервуара производят заполнение образцового мерника и определяют погрешность счетчика жидкости при каждой скорости (расходе) заполнения.

Недостатками данного способа являются высокая погрешность градуировки резервуаров, при эксплуатации которых изменяется угол наклона и деформация от гидростатического давления столба жидкости. Действительно, при проведении первичной градуировки резервуары при заполнении жидкостью изменяют свою массу, результатом чего является изменение положения этого резервуара на грунте. Кроме того, под действием гидростатического давления жидкости возможно изменение геометрической формы резервуара (деформация). Перечисленные факторы приводят к увеличению погрешности градуировки.

Техническим решением, принятым за прототип [РФ Патент №2240514, кл. G01F 25/00, 17/00, опубл. 2002 г.], является способ градуировки резервуаров, который заключается в непрерывном заполнении резервуара жидкостью через счетчик количества жидкости, погрешность которого определяют перед началом градуировки для заданной скорости наполнения, измерении уровня, объема, температуры заливаемой жидкости на каждом уровне налива, измерении угла наклона резервуара перед началом процесса градуировки и после каждого цикла залива дозы жидкости, гидростатического давления и плотности заливаемой жидкости после каждого цикла залива дозы жидкости, а уровень жидкости в резервуаре после выполнения j-го цикла залива дозы жидкости определяют по соответствующей зависимости с учетом поправки, связанной с изменением угла наклона и поправки, связанной с деформацией резервуара от гидростатического давления, после чего формируют градуировочную таблицу.

Недостатком этого способа является низкая точность, обусловленная наличием дополнительной динамической погрешности измерения уровня, вызванной влиянием нормальных и тангенциальных составляющих скорости потока во время его непрерывного наполнения резервуара жидкостью. Данный фактор способствует возмущению поверхности жидкости и влиянию на результат измерения уровня, измеренного с помощью контактных поплавковых и бесконтактных средств измерения уровня.

Технический результат - повышение точности градуировки металлических резервуаров за счет учета поправки, связанной с динамической составляющей при измерении уровня жидкости.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе градуировки резервуаров, включающем непрерывное заполнение резервуара жидкостью через счетчик количества жидкости, погрешность которого определяют перед началом градуировки для заданной скорости наполнения, измерение уровня, объема, температуры заливаемой жидкости на нескольких уровнях налива, угла наклона резервуара перед началом градуировки и после каждого цикла залива дозы жидкости, гидростатического давления и плотности заливаемой жидкости после каждого цикла залива дозы жидкости, и последующее формирование градуировочной таблицы с учетом погрешности счетчика, поправок на уклон, деформацию от гидростатического давления и линейного расширения материала резервуара от температуры заливаемой жидкости по зависимости:

H_j±ΔH₁±ΔH₂=f(V_j±Δσ),

где H_j - уровень жидкости в резервуаре после выполнения j-го цикла залива дозы жидкости, м;

ΔH₁ - поправка к уровню, связанная с изменением угла наклона резервуара, м;

где К - коэффициент типа резервуара в зависимости от его геометрических характеристик, м (паспортные данные);

α_j - угол наклона резервуара после выполнения j-го цикла залива дозы жидкости, град. (показания датчика);

d - диаметр резервуара, м (паспортные данные);

ΔH₂ - поправка к уровню, связанная с деформацией резервуара от гидростатического давления столба заливаемой в резервуар жидкости, м,

где P_rj - гидростатическое давление столба жидкости, измеренное после выполнения j-го цикла залива дозы жидкости, Па (показания датчика);

- плотность жидкости при замеренной температуре, кг/м³ (показания датчика);

g - ускорение свободного падения, м/с² (справочные данные);

V_j - объем жидкости после выполнения j-го цикла залива дозы жидкости, м³ (показания счетчика жидкости);

Δσ - абсолютная погрешность счетчика жидкости, измеренная перед началом градуировки, м³,

при этом поправку ΔH₁ учитывают при выполнении условия:

α₀-α_j>0,5±Δα_пр,

где α₀ - угол наклона резервуара перед началом процесса градуировки, град.;

α_j - угол наклона резервуара после выполнения j-го цикла залива дозы жидкости, град.;

Δα_пр - абсолютная погрешность датчика измерения угла наклона, град. (паспортные данные),

а поправку ΔH₂ - при выполнении условия:

где Н_j - уровень жидкости в резервуаре после выполнения j-го цикла залива дозы жидкости, м;

H_j+i - уровень жидкости в резервуаре после выполнения последующего цикла залива дозы жидкости, м;

Δσ_H - абсолютная погрешность уровнемера, м;

V_j - объем жидкости после выполнения j-го цикла залива дозы жидкости, м³;

V_j+1 - объем жидкости после выполнения последующего цикла залива дозы жидкости, м³;

К - коэффициент типа резервуара в зависимости от его геометрических размеров (например, коэффициент К для резервуара Р-20=2,2);

31,25 и 2,24 - постоянные коэффициенты, полученные экспериментальным путем,

отличающемся тем, что перед началом градуировки измеряют отсчетный уровень жидкости в резервуаре, а в качестве измерителя уровня используют буек заданной массы и площади, соединенный с датчиком веса, которым фиксируют среднее значение из пяти показаний датчика веса без буйка, среднее значение из пяти показаний датчика веса с буйком без жидкости и текущее значение показаний датчика веса с опущенным в жидкость буйком после каждого цикла залива дозы жидкости, а уровень жидкости в резервуаре после выполнения j-го цикла залива дозы V_j±Δσ жидкости определяют по следующей зависимости:

где Н₀ - отсчетный уровень жидкости в резервуаре (расстояние от днища резервуара до нижнего края буйка);

m - масса буйка;

ρ - плотность жидкости;

S - площадь поперечного сечения буйка;

U - текущее значение показаний датчика при измерении уровня с опущенным в жидкость буйком;

U_Б - среднее значение показаний датчика веса с буйком (без жидкости);

U₀ - среднее значение показаний датчика веса без буйка;

H_j - уровень жидкости в резервуаре после выполнения j-го цикла залива дозы жидкости.

На фиг.1 представлена блок-схема установки, реализующей способ градуировки металлических резервуаров.

Установка для градуировки резервуаров содержит образцовый мерник 1, градуируемый резервуар 2, в котором размещены: измеритель уровня, включающий буек 3 заданной массы и площади, соединенный с датчиком 4 веса (например, FX60C10), плотномер 5 жидкости (например, автоматический плотномер типа DM 230.2), датчик 6 температуры жидкости на нескольких уровнях (например, многоточечный датчик температуры ДТМ-1), датчик 7 гидростатического давления (например, преобразователь давления измерительный сер.40, мод.4327). Датчик 8 угла наклона (например, инклиномер типа ДК-1-А) и датчик 4 веса закреплены на верхней крышке резервуара 2. Информация обрабатывается в вычислительном блоке 9 (например, ПЭВМ), к которому подключены счетчик 10 количества жидкости, датчик 8 угла наклона, датчик 4 веса, плотномер 5 жидкости, датчик 6 температуры, датчик 7 гидростатического давления. Установка содержит также вспомогательный резервуар 11 с рабочей жидкостью (например, нефтепродукт), из которого насосом 12 жидкость по напорной линии 13 через дроссель 14, трехходовой электромагнитный клапан 15 и счетчик 10 поступает по трубопроводу 16 или к мернику 1, или в градуируемый резервуар 2, для чего в трубопроводе 16 установлен переключатель 17. Управление приводом насоса 12, трехходовым электромагнитным клапаном 15, счетчиком 10, переключателем 17 осуществляется по сигналам вычислительного блока 9. Для контроля за потоком в напорной линии 13 перед трехходовым электромагнитным клапаном 15 выполнено смотровое окно 18.

В способе градуировки резервуара последовательно осуществляются режимы:

- подготовительный;

- определение погрешности счетчика жидкости и измерение угла наклона резервуара;

- градуировка резервуара.

В подготовительном режиме жидкость прокачивают «на кольцо», т.е. из вспомогательного резервуара 11 насосом 12 жидкость подается через напорную линию 13, дроссель 14, смотровое устройство 18, трехходовой электромагнитный клапан 15 и гидравлическую линию 19 в вспомогательный резервуар 11 (режим без измерения) до выхода на установившейся режим (без газовых пузырей), что определяется через смотровое окно 18.

Устанавливают датчик веса на горловине резервуара, фиксируют его пять показаний без буйка, определив среднее значение U₀ - первой градуировочной точки измерителя уровня.

Устанавливают буек со штангой на датчик веса, фиксируют его пять показаний с буйком без жидкости, определив среднее значение U_Б - второй градуировочной точки измерителя уровня.

В вычислительный блок вводят исходные параметры: α_j - угол наклона пустого резервуара, Н₀ - отсчетный уровень жидкости в резервуаре, m - массу и S - площадь поперечного сечения буйка, U_Б - среднее значение показаний датчика веса с буйком (без жидкости), U₀ - среднее значение показаний датчика веса без буйка, К - коэффициент типа резервуара в зависимости от его геометрических характеристик, d - диаметр резервуара и g - ускорение свободного падения.

В режиме определения погрешности счетчика 10 жидкости и измерения угла наклона резервуара устройство работает следующим образом: линию подачи 16 подключают с помощью переключателя подачи 17 к образцовому мернику 1; с клавиатуры компьютера 9 задают значение, равное номинальному объему образцового мерника и запускают программу проверки; дросселем устанавливают необходимый расход; сигналы с выхода счетчика 10 о количестве жидкости, прошедшей по линии подачи 16 в мерник 1, сравнивают со значением физического объема залитой в мерник жидкости; разность заданного и фактического значений образцового мерника принимают за погрешность счетчика жидкости при градуировке резервуара. Погрешность счетчика жидкости определяют для всех скоростей, на которых проводится градуировка резервуара, а для повышения точности не менее трех раз на каждой скорости. Кроме того, замеряют угол наклона резервуара с помощью датчика 8 угла наклона. Исходные данные и полученные результаты заносятся в вычислительный блок 9.

В режиме "Градуировка резервуара" устройство работает следующим образом: линию подачи 16 подключают с помощью переключателя подачи 17 к градуируемому резервуару 2; сигналы с выхода счетчика 10 о количестве жидкости, прошедшей по линии подачи 16 в резервуар 2, поступают в вычислительный блок 9, где суммируются и отображаются на экране; дросселем 14 устанавливают необходимый расход с циклом, соответствующим прохождению через счетчик 10 определенного фиксированного объема жидкости; при поступлении которого блоком 9 выдается запрос на измерение уровня. Датчик 4 веса измеряет текущее значение U веса буйка, погруженного в жидкость, и вычислительный блок 9 рассчитывает уровень наполнения резервуара. Параллельно запрашивается блоком 9 информация от датчиков плотности 5 - , температуры 6 - t, датчика гидростатического давления 7 - P_rj и датчика угла наклона 8 - α_j. При достижении максимального уровня жидкости в градуируемом резервуаре 2 прекращают подачу жидкости, вычислительным блоком 9 формируется градуировочная таблица резервуара с учетом "сглаживания" волны, имевшей место при наполнении резервуара и поправок к измеренному уровню жидкости в резервуаре на угол наклона и деформацию от гидростатического давления столба заливаемой в резервуар жидкости. Результаты градуировки резервуара в необходимых формах, объеме и содержании, в частности градировочная таблица резервуара, могут быть выведены на принтер для получения твердых копий или переданы по сети удаленному пользователю.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет повысить точность градуировки металлических резервуаров за счет учета поправки, связанной с динамической составляющей при измерении уровня жидкости.

Изобретение может быть использовано для градуировки металлических резервуаров, в частности, на автозаправочных станциях и резервуарных парках складов, нефтебаз и нефтехранилищ, а также для первичной и периодической поверки мер вместимости. Резервуар непрерывно заполняют жидкостью через счетчик количества. Измеряют уровень, объем, температуру заливаемой жидкости на нескольких уровнях налива, угол наклона резервуара перед началом градуировки и после каждого цикла налива дозы, гидростатическое давление и плотность жидкости после каждого цикла налива дозы для последующего формирования градуировочной таблицы. В качестве измерителя уровня используют буек заданной массы и площади, соединенный с датчиком веса. Уровень жидкости в резервуаре после выполнения цикла налива дозы определяют по приводимой зависимости. Изобретение позволяет повысить точность градуировки металлических резервуаров, имеющих наклон и деформацию от гидростатического давления столба жидкости, за счет уменьшения динамической составляющей погрешности измерения уровня, тем самым уменьшить потери при количественном учете нефтепродуктов. Способ градуировки уменьшает затраты на содержание резервуарного парка за счет использования деформированных резервуаров, не выслуживших свои сроки и прошедших градуировку. 1 ил.

Способ градуировки резервуаров, включающий непрерывное заполнение резервуара жидкостью через счетчик количества жидкости, погрешность которого определяют перед началом градуировки для заданной скорости наполнения, измерение уровня, объема, температуры заливаемой жидкости на нескольких уровнях налива, угла наклона резервуара перед началом градуировки и после каждого цикла залива дозы жидкости, гидростатического давления и плотности заливаемой жидкости после каждого цикла залива дозы жидкости, и последующее формирование градуировочной таблицы с учетом погрешности счетчика, поправок на уклон, деформацию от гидростатического давления и линейного расширения материала резервуара от температуры заливаемой жидкости по зависимости:

H_j±ΔH₁±ΔH₂=f(V_j±Δσ),

где H_j - уровень жидкости в резервуаре после выполнения j-го цикла залива дозы жидкости, м;

ΔН₁, - поправка к уровню, связанная с изменением угла наклона резервуара, м;

где К - коэффициент типа резервуара в зависимости от его геометрических характеристик, м (паспортные данные);

α_j - угол наклона резервуара после выполнения j-го цикла залива дозы жидкости, град (показания датчика);

d - диаметр резервуара, м (паспортные данные);

ΔН₂ - поправка к уровню, связанная с деформацией резервуара от гидростатического давления столба заливаемой в резервуар жидкости, м,

где P_rj - гидростатическое давление столба жидкости, измеренное после выполнения j-го цикла залива дозы жидкости, Па (показания датчика);

- плотность жидкости при замеренной температуре, кг/м³ (показания датчика);

g - ускорение свободного падения, м/с² (справочные данные);

V_j - объем жидкости после выполнения j-го цикла залива дозы жидкости, м³ (показания счетчика жидкости);

Δσ - абсолютная погрешность счетчика жидкости, измеренная перед началом градуировки, м³,

при этом поправку ΔН₁ учитывают при выполнении условия:

α₀-α_j>0,5±Δα_пр,

где α₀ - угол наклона резервуара перед началом процесса градуировки, град;

α_j - угол наклона резервуара после выполнения у-го цикла залива дозы жидкости, град;

Δα_пр - абсолютная погрешность датчика измерения угла наклона, град (паспортные данные),

а поправку ΔН₂ - при выполнении условия:

где H_j - уровень жидкости в резервуаре после выполнения j-го цикла залива дозы жидкости, м;

H_j+1 - уровень жидкости в резервуаре после выполнения последующего цикла залива дозы жидкости, м;

Δσ_H - абсолютная погрешность измерителя уровня, м;

V_j - объем жидкости после выполнения j-го цикла залива дозы жидкости, м³;

K - объем жидкости после выполнения последующего цикла залива дозы жидкости, м³;

К - коэффициент типа резервуара в зависимости от его геометрических размеров (например, коэффициент К для резервуара Р-20=2,2);

31,25 и 2,24 - постоянные коэффициенты, полученные экспериментальным путем,

отличающийся тем, что перед началом градуировки измеряют отсчетный уровень жидкости в резервуаре, а в качестве измерителя уровня используют буек заданной массы и площади, соединенный с датчиком веса, которым фиксируют среднее значение из пяти показаний датчика веса без буйка, среднее значение из пяти показаний датчика веса с буйком без жидкости и текущее значение показаний датчика веса с опущенным в жидкость буйком после каждого цикла залива дозы жидкости, а уровень жидкости в резервуаре после выполнения j-го цикла залива дозы V_j±Δσ жидкости определяют по следующей зависимости:

Н₀ - отсчетный уровень жидкости в резервуаре (расстояние от днища резервуара до нижнего края буйка);

m - масса буйка;

ρ - плотность жидкости;

S - площадь поперечного сечения буйка;

U - текущее значение показаний датчика при измерении уровня с опущенным в жидкость буйком;

U_Б - среднее значение показаний датчика веса с буйком (без жидкости);

U₀ - среднее значение показаний датчика веса без буйка;

H_j - уровень жидкости в резервуаре после выполнения j-го цикла залива дозы жидкости.