СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СРЕДНЕЙ ТЕМПЕРАТУРЫ ТОПЛИВА В СЕЗОН ПО СТАТИСТИЧЕСКИМ ДАННЫМ АВТОЗАПРАВОЧНОЙ СТАНЦИИ В СИСТЕМЕ РЕАЛИЗАЦИИ АВТОМОБИЛЬНОГО ТОПЛИВА, СПОСОБ И СИСТЕМА РЕАЛИЗАЦИИ АВТОМОБИЛЬНОГО ТОПЛИВА НА АЗС Российский патент 2015 года по МПК B60S5/02 B67D7/22 G01F15/02 

Область техники, к которой относится изобретение

Группа изобретений относится к системам измерения и реализации объема автомобильного топлива и предназначена, в частности, для использования при дозировании объема топлива, реализуемого на АЗС, с корректировкой на основании определяемого распределения температуры топлива в системе АЗС с учетом параметров повторно-кратковременного режима работы топливораздаточной колонки, в котором период отпуска топлива чередуется с периодом простоя.

Уровень техники

Анализ существующего уровня техники в данной области показал следующее. В настоящее время реализация нефтепродуктов (дизельного топлива, бензинов, горючесмазочных материалов (ГСМ)) потребителю регламентируется «Инструкцией о порядке поступления, хранения, отпуска и учета нефти и нефтепродуктов на нефтебазах, наливных пунктах и автозаправочных станциях системы Госкомнефтепродукта СССР» от 15 августа 1985 г., №06/21-8-446. В соответствии с требованиями данной Инструкции с дополнениями и изменениями (письмо №04-21/760 от 30.11.1987 г.) учет нефтепродуктов на нефтебазах и наливных пунктах ведется в единицах массы, а на автозаправочных станциях (АЗС) реализация и учет нефтепродуктов осуществляется в единицах объема (литрах). Однако, известно, что объем большинства физических объектов, включая жидкости, зависит от температуры, причем большинство объектов расширяется при нагревании и сжимается при охлаждении. Это также справедливо для жидкого топлива, в частности автомобильного топлива, такого как бензин или дизельное топливо.

Отпуск нефтепродукта потребителю на автозаправочных станциях должен производится через топливораздаточные колонки (ТРК) в единицах объема, независимо от сезонных колебаний температуры в течение года. Соответственно цена нефтепродуктов должна устанавливаться в рублях за литр вне зависимости от фактической температуры реализуемого топлива. В частности, измерительное устройство ТРК может настраиваться всегда на выдачу объема при температуре t=20°C, по утвержденной МИ 2895-2004 «Колонки топливораздаточные. Методика периодической поверки мерниками со специальными шкалами».

Учет автомобильного топлива при его реализации на АЗС, как правило, осуществляется в единицах объема: литры, галлоны и т.д. Здесь и далее будут рассматриваться метрические единицы измерения, хотя подразумевается, что в рамках настоящего изобретения могут использоваться и неметрические единицы.

Вследствие температурного изменения объема масса и, следовательно, энергоэффективность топлива, отпущенного при разной температуре, будут отличаться, например, масса и энергоэффективность одного литра топлива, отпускаемого при температуре 20°C, будет отличаться от массы и энергоэффективности одного литра топлива, отпускаемого при температуре 5°C.

При изменении температуры на 1°C объем бензинов изменяется приблизительно на 0,11%, а дизтоплива - приблизительно на 0,08% (получено из ГОСТ 3900-85). Это приводит к тому, что энергетическое и массовое содержание в единице объема отпускаемого через ТРК бензина при t=20°C на 2,2% меньше, чем энергетическое и массовое содержание в такой же единице объема отпускаемого через ТРК бензина при его t=0°C.

Для учета этого изменения из уровня техники известен ряд решений, в которых предлагается использовать температурную коррекцию реализуемого объема топлива, приводя объем к стандартизированной температуре, на основании корректирующей температуры топлива.

Известен способ для обнаружения количества топлива во время заправки автомобиля (патент США US 7353703 B2, опубл. 08.04.2008, заявитель: FAFNIR GmbH [DE]), содержащий этапы, на которых измеряют объем топлива, направленного к автомобилю во время заправки; измеряют температуру топлива; корректируют измеренный объем к предопределенным температурным условиям посредством измеренной температуры, причем этап коррекции осуществляется в блоке контроля для системы рециркуляции газов. В одном из аспектов способ характеризуется тем, что во время коррекции измеренный объем умножается на частное от плотности топлива при измеренной температуре и плотности топлива при предопределенной температуре.

Недостатком данного изобретения является то, что используются датчики температуры, находящиеся в непосредственной близости от реализуемого автомобильного топлива, что снижает безопасность использования ТРК, таким образом введение дополнительных датчиков уменьшает надежность и приводит к удорожанию топливораздаточных колонок АЗС.

Известен способ реализации нефтепродуктов потребителю (патент РФ RU 2326011 C2, опубл. 20.01.2008, заявитель: Иванов Георгий Александрович (RU)), согласно которому нефтепродукты отпускают в единицах объема, отличающийся тем, что отпуск производят с учетом фактической температуры нефтепродукта, причем дозу нефтепродукта при температуре 20°C изменяют до объема при фактической температуре посредством определения средней температуры нефтепродукта в заглубленных резервуарах по времени года, и в соответствии с установленной средней температурой регулятором блока измерений изменяют объем отпускаемой топливораздаточной колонкой дозы нефтепродукта.

Недостатком этого способа является то, что учет температуры нефтепродукта осуществляется только в заглубленных резервуарах, и очевидно, что температура нефтепродукта в заглубленном резервуаре может значительно отличаться от температуры нефтепродукта, отпускаемого через ТРК, то есть в этом решении не учитывается изменение температуры нефтепродукта в элементах системы АЗС, например, в трубопроводе, соединяющем заглубленный резервуар и ТРК, что не позволяет обеспечить достаточную точность учета температурного изменения объема реализуемого автомобильного топлива.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому изобретению является система реализации автомобильного топлива на автозаправочной станции (патент РФ на полезную модель №137525, опубл. 20.02.2014), содержащая топливораздаточную колонку (ТРК), выполненную с возможностью измерения и отпуска реализуемого объема топлива; блок обработки данных, выполненный с возможностью определения распределения температуры топлива в системе АЗС и определения на основе упомянутого распределения температуры топлива в системе АЗС температуры на входе в ТРК, которая принимается в качестве корректирующей температуры; блок коррекции, соединенный с ТРК и с блоком обработки данных, выполненный с возможностью осуществлять коррекцию реализуемого объема топлива на основании определенной корректирующей температуры, причем блок обработки данных определяет распределение температуры топлива в системе АЗС на основании, по меньшей мере, следующих предварительно определенных данных: параметров трубопровода, обеспечивающего подачу топлива в ТРК; температуры грунта, в котором находится трубопровод; температуры топлива на входе в трубопровод и параметров топлива.

Недостатком данного решения является то, что в нем не учитывается режим работы ТРК, который на практике всегда является повторно-кратковременным и содержит периоды отпуска топлива, чередующиеся с периодами простоя, что не обеспечивает достаточной точности при определении корректирующей температуры для ТРК.

Краткое изложение сущности изобретения

Настоящее изобретение направлено на преодоление недостатков предшествующего уровня техники и предоставляет способ и систему реализации автомобильного топлива на АЗС в единицах объема, в которой реализуемый объем корректируется с учетом распределения температуры топлива в системе АЗС, с учетом по меньшей мере параметров повторно-кратковременного режима работы ТРК, в котором период отпуска топлива чередуется с периодом простоя. Изобретение предоставляет также способ определения средней температуры топлива в сезон по статистическим данным АЗС в системе реализации автомобильного топлива, учитывающий параметры повторно-кратковременного режима работы ТРК.

Технический результат, на достижение которого направлено заявленное изобретение, заключается в повышении точности отпуска объема реализуемого через ТРК автомобильного топлива при сезонных колебаниях температуры и обеспечении постоянного энергетического и массового содержания топлива при различных сезонных температурах без увеличения взрыво- и пожароопасности ТРК.

В одном предпочтительном варианте воплощения изобретения раскрыта система реализации автомобильного топлива на автозаправочной станции (АЗС), содержащая топливораздаточную колонку (ТРК), выполненную с возможностью измерения и отпуска реализуемого объема топлива; блок обработки данных, выполненный с возможностью определения распределения температуры топлива в системе АЗС; блок коррекции, соединенный с ТРК и с блоком обработки данных и выполненный с возможностью коррекции реализуемого объема топлива на основании корректирующей температуры, причем блок обработки данных выполнен с возможностью определения распределения температуры топлива в системе АЗС на основании, по меньшей мере, следующих предварительно определенных данных: параметров трубопровода, обеспечивающего подачу топлива в ТРК; температуры грунта, в котором находится трубопровод; температуры топлива на входе в трубопровод и параметров топлива, отличающаяся тем, что блок обработки данных выполнен с возможностью определения средней температуры топлива в сезон, которая принимается в качестве корректирующей температуры, на основании упомянутого распределения температуры топлива в системе АЗС с учетом параметров повторно-кратковременного режима работы ТРК, в котором период отпуска топлива чередуется с периодом простоя.

В дополнительном предпочтительном варианте воплощения изобретения раскрыто, что предварительно определенными данными дополнительно являются статистические данные АЗС, включающие в себя усредненную длину трубопровода, среднемесячную температуру топлива на входе в трубопровод, среднемесячную температуру грунта, в котором находится трубопровод.

Согласно другому дополнительному предпочтительному варианту воплощения среднемесячная температура топлива на входе в трубопровод является среднемесячной температурой грунта на глубине залегания резервуара.

Согласно другому дополнительному предпочтительному варианту воплощения параметрами повторно-кратковременного режима работы ТРК являются, по меньшей мере, одно из:

- среднесуточный отпуск топлива;

- период цикла режима, состоящий из периода отпуска, в течение которого топливо движется по трубопроводу, и периода простоя, в течение которого движение топлива по трубопроводу прекращено;

- среднее количество часов активной работы ТРК в сутки;

- средняя производительность ТРК.

Согласно другому дополнительному предпочтительному варианту воплощения, среднесуточным отпуском топлива является проектный суточный отпуск топлива.

Согласно другому дополнительному предпочтительному варианту воплощения блок коррекции выполнен с возможностью работы либо в автоматическом, либо в автоматизированном режиме.

Согласно другому дополнительному предпочтительному варианту воплощения блок обработки данных выполнен с возможностью использования при определении распределения температуры топлива в системе АЗС в качестве параметров топлива, по меньшей мере, одного из: вид топлива; марка топлива; плотность топлива.

Согласно другому дополнительному предпочтительному варианту воплощения блок обработки данных выполнен с возможностью определения распределения температуры топлива в системе АЗС аналитически, посредством моделирования на основании статистических данных, эмпирических данных или их комбинации.

Согласно другому дополнительному предпочтительному варианту воплощения блок обработки данных определяет среднюю температуру топлива в сезон для конкретной марки бензина и на ее основании определяет корректирующую температуру конкретной марки бензина для данного сезона.

Согласно другому дополнительному предпочтительному варианту воплощения блок обработки данных выполнен с возможностью использования при определении распределения температуры топлива в системе АЗС в качестве параметров трубопровода по меньшей мере одного из: длины трубопровода, площади сечения трубопровода, толщины стенок трубопровода, теплопроводности стенок трубопровода, геометрии трубопровода.

В другом предпочтительном варианте воплощения изобретения раскрыт способ реализации автомобильного топлива на автозаправочной станции, включающий в себя этапы, на которых

- определяют распределение температуры топлива в системе реализации топлива при помощи блока обработки данных и на основании, по меньшей мере, предварительно определенных данных: параметров трубопровода, обеспечивающего подачу топлива в ТРК; температуры грунта, в котором находится трубопровод; температуры топлива на входе в трубопровод и параметров топлива;

- на основе определенного распределения температуры топлива в системе реализации топлива определяют температуру на входе в топливораздаточную колонку (ТРК),

- определяют корректирующую температуру топлива на основе определенной температуры на входе в топливораздаточную колонку;

- измеряют посредством ТРК реализуемый объем топлива;

- на основе корректирующей температуры корректируют посредством блока коррекции, соединенного с ТРК, реализуемый объем топлива;

- отпускают скорректированный объем топлива;

отличающийся тем, что

на этапе определения корректирующей температуры определяют среднюю температуру топлива в сезон путем усреднения температур на входе в топливораздаточную колонку за сезон, которая принимается в качестве корректирующей температуры, на основании упомянутого распределения температуры топлива в системе АЗС с учетом параметров повторно-кратковременного режима работы ТРК.

Согласно другому дополнительному предпочтительному варианту воплощения этап коррекции выполняют либо в автоматическом, либо в автоматизированном режиме.

В другом предпочтительном варианте воплощения изобретения раскрыт способ определения средней температуры топлива в сезон по статистическим данным автозаправочной станции в системе реализации автомобильного топлива, включающий в себя этапы, на которых:

- определяют распределение температуры топлива в системе реализации топлива при помощи блока обработки данных и на основании, по меньшей мере, следующих статистических данных АЗС: параметров трубопровода, обеспечивающего подачу топлива в топливораздаточную колонку (ТРК); температуры грунта, в котором находится трубопровод; температуры топлива на входе в трубопровод и параметров топлива;

отличающийся тем, что

- на основе определенного распределения температуры топлива в системе реализации топлива определяют среднюю температуру топлива в сезон, которую принимают в качестве корректирующей температуры; на этапе определения средней температуры топлива в сезон, которая принимается в качестве корректирующей температуры, учитывают параметры повторно-кратковременного режима работы ТРК.

Согласно другому дополнительному предпочтительному варианту воплощения на этапе определения средней температуры топлива в сезон определяют среднюю температуру топлива в сезон для конкретной марки бензина и на ее основании определяют корректирующую температуру конкретной марки бензина для данного сезона.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 - упрощенный вид системы реализации автомобильного топлива на АЗС.

Фиг. 2 - блок-схема системы реализации автомобильного топлива на АЗС.

Описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения

Плотность разных марок бензина (например, без ограничения, АИ80, АИ92, АИ95, АИ98 и т.д.), измеренная при температуре 15°C, меняется от 0,725 г/см³ до 0,78 г/см³, (ГОСТ Р 51105-97), как показано, например, ниже в таблице 1 изменения плотности бензинов для различных температур (получена из таблицы перевода плотности по ГОСТ 3900-85).

Если подсчитать, насколько с уменьшением температуры в среднем меняется плотность самого легкого бензина (K₁=0,0008925 г/см³ на 1°C), и сравнить с тем, насколько в среднем меняется плотность самого тяжелого бензина (K₂=0,000785 г/см³ на 1°C), то можно увидеть, что коэффициент температурной коррекции K для бензинов разной плотности значительно отличается (на 12%). Таким образом, неучет плотности конкретной марки бензина приводит к появлению дополнительной погрешности измерения объема.

Таблица 1. Изменение плотности бензинов для различных температур Температура измерения, °C Измеренная плотность, г/см³ легкий бензин тяжелый бензин -20 0,6643 0,7486 -15 0,6689 0,7528 -10 0,6735 0,7569

-5 0,678 0,7609 0 0,6825 0,7649 5 0,687 0,7687 10 0,6914 0,7726 15 0,6957 0,7763 20 0,7 0,78

Легко вычислить относительную погрешность δ измерения объема бензина (дополнительную погрешность измерения, появляющуюся, если не учитывается марка бензина), если для всех видов топлива используется усредненный коэффициент температурной коррекции K′=(K₁+K₂)/2=0,00083875, для этого используем известную формулу для относительной погрешности:

где ρ - истинная плотность, ρ′ - измеренная плотность, ρ₂₀ - табличная плотность измеряемого нефтепродукта при 20°C, ΔT - разница температур между 20°C и температурой измерения, K - температурная поправка для измеряемого нефтепродукта.

Таким образом, если измерять объем самого легкого автомобильного бензина, используя усредненную температурную поправку K′, то получим погрешность

$$\delta =\frac{\Delta T\cdot \left(K-K^{\text{'}}\right)}{{\rho }_{20}+\Delta T\cdot K^{\text{'}}}=\frac{\Delta T\cdot \left(\mathrm{0,0008925}-\mathrm{0,00083875}\right)}{\mathrm{0,70}+\Delta T\cdot \mathrm{0,00083875}}=\frac{\Delta T\cdot \mathrm{0,00005375}}{\mathrm{0,70}+\Delta T\cdot \mathrm{0,00083875}}$$

Вычисленная по этой формуле погрешность для разных температур представлена в таблице 2 ниже.

Из таблицы 2 видно, что, если измерение объема бензина осуществляется без учета плотности марки бензина, то в зимнее время при измерении на открытом воздухе возникает систематическая погрешность измерения, которая в большинстве случаев оказывается выше допустимой погрешности мерника М2р-10-СШКМ, равной ±0,1% (ГОСТ 8.400-80).

Таблица 2. Погрешности измерения объема при различных температурах ΔT, °C δ, % 0 0 1 0,008 10 0,076

20 0,15 30 0,222 40 0,29

Из приведенного выше очевидно, что для обеспечения требуемой точности измерений объема необходимо осуществлять температурную коррекцию объема реализуемого на АЗС бензина с учетом марки бензина.

Плотность разных марок дизельного топлива (например, без ограничения, Л, З, А и т.д.), измеренная при температуре 20°C, также меняется от 0,83 г/см³ до 0,86 г/см³, (ГОСТ 305-82), при этом изменение плотности дизельного топлива при различных температурах может быть оценено согласно таблице перевода плотности по ГОСТ 3900-85. Если провести оценку коэффициентов температурной коррекции для дизельного топлива, аналогичную описанной выше для разных марок бензина, можно показать, что коэффициент температурной коррекции, соответствующий изменению плотности при изменении температуры топлива на 1°C для самого легкого дизельного топлива, равен K_1Д=0,0007025 г/см³, а для самого тяжелого - K_2Д=0,000675 г/см³. Другими словами, коэффициент температурной коррекции K_Д для дизельного топлива разной плотности значительно отличается (на 3,9%). Это отличие приводит к появлению дополнительной погрешности измерения объема, если не учитывается плотность конкретной марки дизельного топлива. Отсюда видно, что аналогично бензинам для обеспечения требуемой точности реализации объема дизельного топлива также необходимо осуществлять температурную коррекцию с учетом марки дизельного топлива.

Упрощенный вид системы реализации автомобильного топлива на АЗС представлен на фиг. 1. Согласно фиг. 1 АЗС содержит топливораздаточную колонку (ТРК) 1, которая соединена с подземным резервуаром 3 посредством трубопровода 4. Следует отметить, что объекты на фиг. 1 изображены без соблюдения масштаба.

На точность отпуска объема топлива, реализуемого посредством ТРК, существенное влияние оказывает распределение температуры топлива в системе АЗС, которое зависит от температуры топлива в подземном резервуаре, параметров трубопровода, соединяющего подземный резервуар и ТРК, температуры грунта на глубине залегания трубопровода, а также параметров топлива, включающих в себя, например, вид топлива, марку топлива, плотность топлива. Поэтому все эти параметры должны учитываться при корректировке объема топлива, реализуемого на АЗС.

Оценим влияние подземного резервуара на распределение температуры топлива в системе АЗС. Рассмотрим для простоты случай, когда подземный резервуар первоначально пуст и имеет температуру, равную температуре грунта на глубине его залегания. При заполнении подземного резервуара топливом, имеющим температуру, отличную от температуры подземного резервуара, начинается процесс теплопереноса, и через какое-то время температура грунта, подземного резервуара и топлива станет одинаковой и очень близкой к температуре грунта, так как тепловая энергия грунта несоизмеримо больше тепловой энергии подземного резервуара и топлива в подземном резервуаре.

На длительность выравнивания оказывают влияние, по меньшей мере, такие факторы, как емкость подземного резервуара, начальная температура и теплоемкость топлива, закачиваемого в подземный резервуар, теплопроводность стенок подземного резервуара, теплопроводность грунта, распределение температуры по глубине грунта.

Кроме того, в случае большого объема подземного резервуара появляется ощутимая разница температур топлива по объему подземного резервуара, которая тоже влияет на температуру отпускаемого топлива.

Учет всех этих многочисленных параметров достаточно сложен и вместе с тем не дает ожидаемого повышения точности отпуска топлива по следующей причине: подземный резервуар связан с ТРК посредством имеющего малое сечение трубопровода, а следовательно, топливо при движении по трубопроводу от подземного резервуара к ТРК значительно больше меняет свою температуру под воздействием температуры грунта, чем когда оно находится в подземном резервуаре.

То есть температура топлива в подземном резервуаре непосредственно влияет только на температуру топлива на входе в трубопровод, и достаточно учитывать ее только в этом аспекте.

Кроме того, на температуру топлива на входе в ТРК влияние оказывает также режим работы самой ТРК, который на практике всегда является повторно-кратковременным. Здесь под повторно-кратковременным режимом понимается режим, в котором периоды отпуска топлива чередуются с периодами простоя, причем во время отпуска температура топлива на выходе ТРК не успевает достичь температуры топлива в резервуаре, а во время простоя температура топлива на выходе ТРК не успевает достичь температуры грунта на глубине залегания трубопровода.

Таким образом, кроме вышеуказанных параметров и параметров топлива, на температуру отпускаемого топлива существенное влияние оказывают параметры режима работы ТРК.

Температуру топлива на входе в трубопровод можно определить как посредством датчика, что является наиболее точным способом, так и приняв равной температуре грунта на глубине залегания резервуара или приняв равной температуре топлива, которую оно имело при заливке в подземный резервуар. Второй вариант целесообразно применять, когда топливо находится в подземном резервуаре значительное время, третий вариант - когда топливо недавно залито в подземный резервуар.

Зная температуру топлива на входе в трубопровод, параметры трубопровода, параметры топлива и температуру грунта на глубине залегания трубопровода, а также параметры повторно-кратковременного режима работы ТРК, такие как, например, среднесуточный отпуск топлива, период цикла режима, состоящий из периода отпуска, в течение которого топливо движется по трубопроводу, и периода простоя, в течение которого топливо не движется по трубопроводу, среднее количество часов активной работы ТРК в сутки, средняя производительность ТРК, можно решить задачу распределения температуры топлива по трубопроводу и на ее основе найти температуру топлива на выходе из трубопровода, которая равна температуре топлива на входе в ТРК. Полученную таким образом температуру на входе в ТРК можно усреднить за заданный сезон для определения средней температуры топлива в сезон, которая в последующем может быть использована в качестве корректирующей температуры.

Следует отметить, что в качестве исходных данных для решения задачи могут быть взяты статистические данные АЗС, включающие в себя усредненную длину трубопровода, среднемесячную температуру грунта на глубине залегания резервуара, среднемесячную температуру грунта, в котором находится трубопровод, а также проектный суточный отпуск топлива.

В качестве неограничительного примера проектные данные среднесуточного отпуска топлива могут быть представлены в табличном формате в относительных единицах либо в м³ по каждой марке топлива.

Усредненные длины трубопровода по маркам топлива могут быть получены в результате усреднения длин трубопроводов для каждой марки топлива, а также по проектным данным АЗС.

В качестве неограничительного примера в таблице 3 приведены учитываемые параметры моторных топлив, взятые при температуре 20°C.

В качестве неограничительного примера в таблице 4 приведены параметры трубопровода KPS 75/63 (пр-во Швеция).

Укладка трубопроводов может быть выполнена как в предусмотренных для этого бетонных каналах, так и непосредственно в грунт.

При определении параметров повторно-кратковременного режима работы ТРК принимают во внимание следующее.

Движение моторного топлива по трубопроводу происходит циклически. Время цикла t_ц складывается из времени, когда моторное топливо движется по трубопроводу, t_дв и времени, когда оно стоит, t_ст в трубопроводе:

t_ц=t_дв+t_ст.

В течение часа может быть несколько таких циклов. Например, если, согласно проектному среднесуточному отпуску, за сутки перекачивается 3 м³ моторного топлива, то при условии: средняя норма заправки N_cp=30 литров; среднее количество часов активной работы ТРК в сутки 10 ч - время цикла составит t_ц=360 с. Исходя из Q_max=50 л/мин и Q_min=5 л/мин - максимальная и минимальная производительность топливораздаточной колонки (значения взяты для типовой колонки), может быть определена средняя производительность колонки следующим образом:

$$Q_{ср}=\frac{Q_{\max }+Q_{\min }}{2}=\frac{50+5}{2}=\mathrm{27,5}л/мин=\mathrm{27,5}\cdot {10}^{-3}{м}^3/мин.$$

Отсюда можно определить время движения топлива по трубопроводу t_дв, как:

$$t_{дв}=N_{ср}/Q_{ср}=30/\mathrm{27,5}=\mathrm{1,091}мин=\mathrm{65,5}с.$$

Тогда время, когда топливо стоит в трубопроводе t_ст, соответственно будет:

$$t_{ст}=t_{ц}-t_{дв}=360-\mathrm{65,5}=\mathrm{294,5}с.$$

В этом случае скорость движения моторного топлива по трубопроводу во время t_дв определяется следующим образом:

$$w=\frac{Q_{ср}}{S\cdot 60}$$ ,

где S - площадь поперечного сечения трубопровода.

Для целей решения задачи определения распределения температуры в системе АЗС, в качестве примера может быть использована следующая математическая модель процесса теплообмена при подаче топлива по трубопроводу из резервуара хранения к топливораздаточной колонке:

- ламинарный режим, вязкостное течение

.

где Pe - число Пекле;

d, l - диаметр и длина трубопровода, м;

µ_с, µ_ж - коэффициент динамической вязкость жидкости при средней температуре жидкости в трубе и средней температуре поверхности стенки, Па·с;

ε_l - поправка на гидродинамический начальный участок:

;

- турбулентный режим

где Re_жd - число Рейнольдса;

Рr_ж, Рr_с - число Прандтля при средней температуре жидкости в трубе и средней температуре поверхности стенки;

- переходная область;

,

где Re - число Рейнольдса при средней температуре жидкости;

Рr - число Прандтля при средней температуре жидкости.

- средняя температура в режиме простоя:

$$\overline{T}\left(\tau \right)=T_C+\left(T_0-T_C\right)\cdot \overline{\theta }$$ , где $$\overline{\theta }=B_1{e}^{-{\mu }_1^2{F}_O}$$

где T_C, Т₀ - температуры окружающей среды и температура цилиндра в начальный момент времени, C;

$$\overline{\theta }$$ - относительная избыточная температура;

µ₁=2,4048;

$$B_1=\frac{4}{{\mu }_1^2}$$ ;

Fo - число Фурье.

Таким образом, на основании входных данных, в частности, указанных выше предварительно заданных параметров, статистических данных АЗС, а также параметров повторно-кратковременного режима работы ТРК решается задача определения распределения температуры топлива в системе АЗС. Средняя температура каждого моторного топлива в сезон определяется на основании усреднения полученных таким образом среднемесячных температур каждого моторного топлива на выходе ТРК. Усреднения определенных среднемесячных температур каждого моторного топлива на выходе ТРК проводятся по месяцам, включенным в зимне-весенний и летне-осенний сезоны соответственно. В качестве неограничивающего примера для указанных сезонов могут использоваться следующие периоды: зима-весна (начало 1-15 ноября, окончание 1-15 мая); лето-осень (начало 1-15 мая, окончание 1-15 ноября).

Часть данных, например температурные данные, для решения задачи могут быть получены с соответствующих датчиков, в то время как другая часть может быть взята из паспортных данных соответствующих элементов системы, часть данных может представлять собой статистические данные, например статистические данные, получаемые от АЗС. Статистические данные могут быть получены также от органов, ведущих соответствующую статистику.

Особенно необходимо отметить, что нет необходимости решать задачу определения распределения температуры топлива в системе АЗС полностью, достаточно решить ее лишь для точки АЗС, соответствующей точке входа в ТРК. Значение температуры топлива в этой точке будет равно температуре, которая и должна учитываться для коррекции реализуемого посредством ТРК объема топлива.

Блок обработки, определяющий распределение температуры топлива в системе АЗС, может быть любым аппаратным или программно-аппаратным средством, которое имеет возможность на основании входных параметров решить теплофизическую задачу определения распределения температуры в системе, в частном случае, определения распределения температуры топлива в системе АЗС и определения на основании этого распределения корректирующей температуры, равной температуре топлива на выходе трубопровода. Блок обработки работает на основе алгоритма (методики), который может быть разработан в соответствии с существующими стандартами, нормативами, методическими указаниями, ГОСТами и прочим, а также может дополнять их.

Такое решение позволяет повысить точность измерения реализуемого объема и одновременно избежать использования датчиков во взрывоопасных блоках системы АЗС или уменьшить их количество (датчики могут использоваться лишь в одном подземном резервуаре, а не в каждой ТРК АЗС). Точное и строгое решение задачи распределения температуры топлива в АЗС обеспечит наиболее точное определение температуры на входе в ТРК - корректирующей температуры.

В целях упрощения методики определения корректирующей температуры могут быть приняты одно или более из следующих допущений:

- за температуру грунта, в котором находится трубопровод, принимается средняя температура между температурой грунта на глубине первого конца трубопровода и температурой грунта на глубине второго конца трубопровода;

- за геометрию трубопровода принимается либо прямой трубопровод, либо трубопровод с одним Г-образным изгибом, или какое-либо другое очевидное упрощение геометрии трубопровода, упрощающее расчет распределения температуры в системе АЗС;

- в параметрах топлива может учитываться только один параметр топлива, например марка топлива.

Следует отметить, что определение распределения температуры топлива в системе АЗС может осуществляться не при каждом отпуске топлива, а через определенный период времени, например день, неделя, месяц, квартал, полугодие или другой подходящий период времени, предпочтительно сезон. В таком случае, один или более параметров, используемых при определении распределения температуры в системе АЗС, может быть усреднен за соответствующий период времени. При определении распределения температуры в системе АЗС могут использоваться статистические данные. Распределение температуры топлива в системе АЗС может определяться с использованием данных, предоставленных региональными управлениями по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды, либо с использованием статистических данных, полученных непосредственно на АЗС. Также необходимые данные могут быть получены с соответствующих датчиков, установленных в системе АЗС. Распределение температуры топлива может вычисляться как заблаговременно, так и непосредственно перед или во время отпуска топлива.

Согласно другому варианту осуществления изобретения блок коррекции может работать либо в автоматическом, либо в автоматизированном режиме. Другими словами, блок коррекции может автоматически формировать управляющее воздействие на блок измерения объема топлива в ТРК на основании вычисленной корректирующей температуры в системе АЗС либо такая коррекция может выполняться блоком коррекции при участии уполномоченного лица.

Разные марки бензина имеют разную плотность, разную зависимость изменения объема от температуры, разную теплоемкость, поэтому бензины двух разных марок, находящиеся в подземном резервуаре, пройдя через трубопровод, при прочих равных условиях будут иметь разную температуру на входе в ТРК, что учитывается в предлагаемой системе реализации топлива на АЗС.

На точность отпуска реализуемого объема топлива может оказать влияние температура окружающего воздуха, так как, хотя она и очень близка к температуре верхнего слоя грунта в месте, в котором находится АЗС, и может быть учтена при определении распределения температуры топлива системы АЗС, но в некоторых случаях температура окружающего воздуха может значительно отличаться от температуры верхнего слоя грунта (при резкой смене погоды, при сильном нагреве солнечными лучами и т.п.), и тогда для повышения точности отпуска топлива ее необходимо учитывать.

Реализуемый объем топлива (производительность ТРК) и режим работы ТРК при реализации топлива влияют на то, насколько изменится температура топлива на выходе трубопровода по сравнению с температурой топлива на его входе, так как, исходя из очевидных соображений, основанных на законах физики, понятно, что чем большая доза топлива протекает по трубопроводу, тем меньше влияние трубопровода на температуру дозы топлива, и чем чаще и/или быстрее протекает топливо по трубопроводу, тем меньше влияние трубопровода на температуру топлива.

Как уже было отмечено выше, для определения корректирующей температуры топлива в системе АЗС может использоваться заявленный способ определения средней температуры топлива в сезон по статистическим данным АЗС, согласно которому определяют распределение температуры топлива в системе реализации топлива, при помощи блока обработки данных и на основании, по меньшей мере, следующих статистических данных АЗС: параметров трубопровода, обеспечивающего подачу топлива в топливораздаточную колонку (ТРК); температуры грунта, в котором находится трубопровод; температуры топлива на входе в трубопровод и параметров топлива; и на основе определенного распределения температуры топлива в системе реализации топлива определяют среднюю температуру топлива в сезон, которую принимают в качестве корректирующей температуры; причем на этапе определения средней температуры топлива в сезон, которая принимается в качестве корректирующей температуры, учитывают параметры повторно-кратковременного режима работы ТРК.

Согласно данному аспекту изобретения, используют усредненное (среднее) значение температуры топлива в системе АЗС за определенный период времени, предпочтительно сезон. То есть год делится на сезоны, определяется корректирующая температура в системе АЗС, средняя за сезон, и далее топливо отпускается с учетом этой корректирующей температуры, средней за сезон. Соответственно выбранному периоду времени усредняются и все параметры, учитываемые при определении распределения температуры в системе АЗС, которые меняются в течение времени усреднения.

Предложенное решение может быть использовано в существующей методике МИ 2895-2004 «Колонки топливораздаточные. Методика поверки», которая распространяется на топливораздаточные колонки, соответствующие требованиям ГОСТ 9018 и настроенные на отпуск доз по средней температуре топлива в сезон и устанавливает методику их периодической поверки.

То есть на основании фактических данных по температуре топлива в резервуарах и с учетом описанных выше дополнительных параметров определяется распределение температуры в системе АЗС и находится средняя температура топлива каждой марки за сезон, которая принимается за корректирующую температуру.

На фиг. 2 ТРК 1 содержит блок 5 измерения реализуемого объема топлива и блок 2 отпуска скорректированного объема топлива, которые конструктивно могут быть выполнены в виде единого блока.

Система работает следующим образом: блок 6 обработки данных определяет распределение температуры топлива в системе АЗС на основании заложенной в него модели, алгоритма или теоретического, эмпирического или полуэмпирического аналитического выражения и с использованием предварительно определенных данных. Методика определения распределения температуры топлива в системе АЗС не влияет на сущность изобретения. Блок 6 обработки данных может выдавать среднюю температуру топлива в сезон в точке на входе в ТРК 1, это значение принимается за корректирующую температуру, на основании которой блок 7 коррекции реализуемого посредством ТРК 1 объема топлива осуществляет коррекцию реализуемого объема топлива. Далее через блок 2 отпуска скорректированного объема топлива ТРК 1 отпускает скорректированный объем топлива.

Методика определения распределения температуры топлива в системе АЗС может быть полностью автоматизирована и реализована в виде программного продукта, записанного на машиночитаемый носитель информации, либо в виде вычислительного средства (устройства), осуществляющего команды для определения распределения температуры топлива в системе АЗС.

В заявке не указано конкретное программное и аппаратное обеспечение для реализации соответствующих объектов формулы изобретения, но специалисту в области техники должно быть понятно, что сущность изобретения не ограничена конкретной программной или аппаратной реализацией, и поэтому для осуществления изобретения могут быть использованы любые программные и аппаратные средства, известные в уровне техники. Так, аппаратные средства могут быть реализованы в одной или нескольких специализированных интегральных схемах, цифровых сигнальных процессорах, устройствах цифровой обработки сигналов, программируемых логических устройствах, программируемых пользователем вентильных матрицах, процессорах, контроллерах, микроконтроллерах, микропроцессорах, электронных устройствах, других электронных модулях, выполненных с возможностью осуществлять описанные в данном документе функции, компьютер либо комбинации вышеозначенного.

Машиночитаемый носитель может быть любым известным носителем данных, примеры машиночитаемых носителей данных включают в себя постоянное запоминающее устройство, оперативное запоминающее устройство, регистр, кэш-память, полупроводниковые запоминающие устройства, магнитные носители, такие как внутренние жесткие диски и съемные диски, магнитооптические носители и оптические носители, такие как диски CD-ROM и цифровые универсальные диски (DVD), а также любые другие известные в уровне техники носители данных.

В описании изобретения элементы, приведенные в единственном числе, не должны пониматься как используемые только в единичном экземпляре, а должны пониматься как используемые в виде одного или более элементов, если специально не указано иное.

Описанные варианты осуществления не являются предпочтительными и не описаны в целях ограничения объема изобретения, специалисту в области техники будут очевидны многочисленные другие варианты осуществления в рамках сущности изобретения, которые также должны рассматриваться как попадающие в объем изобретения.

Изобретение относится к системам измерения и реализации объема автомобильного топлива предназначено, в частности, для использования при дозировании объема топлива, реализуемого на АЗС. Система реализации автомобильного топлива на автозаправочной станции (АЗС) содержит топливораздаточную колонку (ТРК), выполненную с возможностью измерения и отпуска реализуемого объема топлива, блок обработки данных, выполненный с возможностью определения распределения температуры топлива в системе АЗС, блок коррекции, соединенный с ТРК и с блоком обработки данных и выполненный с возможностью коррекции реализуемого объема топлива на основании определенной корректирующей температуры. Блок обработки данных определяет распределение температуры топлива в системе АЗС на основании, по меньшей мере, следующих предварительно определенных данных: параметров трубопровода, обеспечивающего подачу топлива в ТРК, температуры грунта, в котором находится трубопровод, температуры топлива на входе в трубопровод и параметров топлива. Блок обработки данных определяет среднюю температуру топлива в сезон, которая принимается в качестве корректирующей температуры, на основе упомянутого распределения температуры топлива в системе АЗС с учетом параметров повторно-кратковременного режима работы ТРК. Достигается повышение точности отпуска объема реализуемого через ТРК автомобильного топлива при сезонных колебаниях температуры.3 н. и 25 з.п. ф-лы, 2 ил., 4 табл.

1. Способ определения средней температуры топлива в сезон по статистическим данным автозаправочной станции (АЗС) в системе реализации автомобильного топлива, включающий в себя этапы, на которых:
- определяют распределение температуры топлива в системе реализации топлива при помощи блока обработки данных и на основании, по меньшей мере, следующих статистических данных АЗС: параметров трубопровода, обеспечивающего подачу топлива в топливораздаточную колонку (ТРК); температуры грунта, в котором находится трубопровод; температуры топлива на входе в трубопровод и параметров топлива, отличающийся тем, что
на основе определенного распределения температуры топлива в системе реализации топлива определяют среднюю температуру топлива в сезон, которую принимают в качестве корректирующей температуры;
на этапе определения средней температуры топлива в сезон, которая принимается в качестве корректирующей температуры, учитывают параметры повторно-кратковременного режима работы ТРК.

2. Способ по п.1, в котором статистические данные АЗС дополнительно включают в себя усредненную длину трубопровода, среднемесячную температуру топлива на входе в трубопровод, среднемесячную температуру грунта, в котором находится трубопровод.

3. Способ по п.2, в котором среднемесячная температура топлива на входе в трубопровод является среднемесячной температурой грунта на глубине залегания резервуара.

4. Способ по п.1, в котором параметрами повторно-кратковременного режима работы ТРК являются, по меньшей мере, одно из:
- среднесуточный отпуск топлива;
- период цикла режима, состоящий из периода отпуска, в течение которого топливо движется по трубопроводу, и периода простоя, в течение которого движение топлива по трубопроводу прекращено;
- среднее количество часов активной работы ТРК в сутки;
- средняя производительность ТРК.

5. Способ по п.4, в котором среднесуточным отпуском топлива является проектный суточный отпуск топлива.

6. Способ по п.1, в котором корректирующую температуру используют для коррекции реализуемого объема топлива.

7. Способ по п.1, в котором на этапе определения распределения температуры топлива в системе АЗС используют в качестве параметров топлива, по меньшей мере, один из:
- вид топлива;
- марка топлива;
- плотность топлива.

8. Способ по любому из пп.1-7, в котором на этапе определения распределения температуры топлива в системе АЗС выполняют моделирование на основании статистических данных, эмпирических данных или их комбинации.

9. Способ по п.1, в котором на этапе определения средней температуры топлива в сезон определяют среднюю температуру топлива в сезон для конкретной марки бензина и на ее основании определяют корректирующую температуру конкретной марки бензина для данного сезона.

10. Способ по п.1, в котором на этапе определения распределения температуры топлива в качестве параметров трубопровода используют, по меньшей мере, одно из: длины трубопровода, площади сечения трубопровода, толщины стенок трубопровода, теплопроводности стенок трубопровода, геометрии трубопровода.

11. Система реализации автомобильного топлива на автозаправочной станции (АЗС), содержащая:
топливораздаточную колонку (ТРК), выполненную с возможностью измерения и отпуска реализуемого объема топлива;
блок обработки данных, выполненный с возможностью определения распределения температуры топлива в системе АЗС;
блок коррекции, соединенный с ТРК и с блоком обработки данных и выполненный с возможностью коррекции реализуемого объема топлива на основании корректирующей температуры, причем блок обработки данных выполнен с возможностью определения распределения температуры топлива в системе АЗС на основании, по меньшей мере, следующих предварительно определенных данных: параметров трубопровода, обеспечивающего подачу топлива в ТРК; температуры грунта, в котором находится трубопровод; температуры топлива на входе в трубопровод и параметров топлива, отличающаяся тем, что блок обработки данных выполнен с возможностью определения средней температуры топлива в сезон, которая принимается в качестве корректирующей температуры, на основании упомянутого распределения температуры топлива в системе АЗС с учетом параметров повторно-кратковременного режима работы ТРК.

12. Система по п.11, в которой предварительно определенными данными дополнительно являются статистические данные АЗС, включающие в себя усредненную длину трубопровода, среднемесячную температуру топлива на входе в трубопровод, среднемесячную температуру грунта, в котором находится трубопровод.

13. Система по п.12, в которой среднемесячная температура топлива на входе в трубопровод является среднемесячной температурой грунта на глубине залегания резервуара.

14. Система по п.11, в которой параметрами повторно-кратковременного режима работы ТРК являются, по меньшей мере, одно из:
- среднесуточный отпуск топлива;
- проектный суточный отпуск топлива;
- период цикла режима, состоящий из периода отпуска, в течение которого топливо движется по трубопроводу, и периода простоя, в течение которого движение топлива по трубопроводу прекращено;
- среднее количество часов активной работы ТРК в сутки;
- средняя производительность ТРК.

15. Система по п.11, в которой блок коррекции выполнен с возможностью работы либо в автоматическом, либо в автоматизированном режиме.

16. Система по п.11, в которой блок обработки данных выполнен с возможностью использования при определении распределения температуры топлива в системе АЗС в качестве параметров топлива, по меньшей мере, одного из:
- вид топлива;
- марка топлива;
- плотность топлива.

17. Система по любому из пп.11-16, в которой блок обработки данных выполнен с возможностью определения распределения температуры топлива в системе АЗС аналитически, посредством моделирования на основании статистических данных, эмпирических данных или их комбинации.

18. Система по п.11, в которой блок обработки данных выполнен с возможностью определения средней температуры топлива в сезон для конкретной марки бензина и на ее основании определения корректирующей температуры конкретной марки бензина для данного сезона.

19. Система по п.11, в которой блок обработки данных выполнен с возможностью использования при определении распределения температуры топлива в системе АЗС в качестве параметров трубопровода, по меньшей мере, одного из: длины трубопровода, площади сечения трубопровода, толщины стенок трубопровода, теплопроводности стенок трубопровода, геометрии трубопровода.

20. Способ реализации автомобильного топлива на автозаправочной станции (АЗС), включающий в себя этапы, на которых:
определяют распределение температуры топлива в системе реализации топлива при помощи блока обработки данных и на основании, по меньшей мере, предварительно определенных данных: параметров трубопровода, обеспечивающего подачу топлива в ТРК; температуры грунта, в котором находится трубопровод; температуры топлива на входе в трубопровод и параметров топлива;
- на основе определенного распределения температуры топлива в системе реализации топлива определяют температуру на входе в топливораздаточную колонку (ТРК),
- определяют корректирующую температуру топлива на основе определенной температуры на входе в топливораздаточную колонку;
- измеряют посредством ТРК реализуемый объем топлива;
- на основе корректирующей температуры корректируют посредством блока коррекции, соединенного с ТРК, реализуемый объем топлива;
- отпускают скорректированный объем топлива, отличающийся тем, что
на этапе определения корректирующей температуры определяют среднюю температуру топлива в сезон путем усреднения температур на входе в топливораздаточную колонку за сезон, которая принимается в качестве корректирующей температуры, на основании упомянутого распределения температуры топлива в системе АЗС с учетом параметров повторно-кратковременного режима работы ТРК.

21. Способ по п.20, в которой предварительно определенными данными дополнительно являются статистические данные АЗС, включающие в себя усредненную длину трубопровода, среднемесячную температуру топлива на входе в трубопровод, среднемесячную температуру грунта, в котором находится трубопровод.

22. Способ по п.21, в котором среднемесячная температура топлива на входе в трубопровод является среднемесячной температурой грунта на глубине залегания резервуара.

23. Способ по п.20, в котором параметрами повторно-кратковременного режима работы ТРК являются, по меньшей мере, одно из:
- среднесуточный отпуск топлива;
- проектный суточный отпуск топлива;
- период цикла режима, состоящий из периода отпуска, в течение которого топливо движется по трубопроводу, и периода простоя, в течение которого движение топлива по трубопроводу прекращено;
- среднее количество часов активной работы ТРК в сутки;
- средняя производительность ТРК.

24. Способ по п.20, в котором этап коррекции выполняют либо в автоматическом, либо в автоматизированном режиме.

25. Способ по п.20, в котором на этапе определения распределения температуры топлива в системе АЗС используют в качестве параметров топлива, по меньшей мере, один из:
- вид топлива;
- марка топлива;
- плотность топлива.

26. Способ по любому из пп.20-25, в котором на этапе определения распределения температуры топлива в системе АЗС выполняют моделирование на основании статистических данных, эмпирических данных или их комбинации.

27. Способ по п.20, в котором на этапе определения корректирующей температуры топлива в сезон определяют среднюю температуру топлива в сезон для конкретной марки бензина и на ее основании определяют корректирующую температуру конкретной марки бензина для данного сезона.

28. Способ по п.20, в котором на этапе определения распределения температуры топлива в качестве параметров трубопровода используют, по меньшей мере, одно из: длины трубопровода, площади сечения трубопровода, толщины стенок трубопровода, теплопроводности стенок трубопровода, геометрии трубопровода.