УСТАНОВКА ИЗМЕРЕНИЯ И УЧЕТА СЖИЖЕННОГО УГЛЕВОДОРОДНОГО ГАЗА Российский патент 2015 года по МПК G01F1/60 

Изобретение относится к устройствам учета количества сжиженного углеводородного газа (далее СУГ) и может быть использовано в системах слива и налива СУГ в автомобильные цистерны, железнодорожные вагон - цистерны и другие емкости.

Наиболее близким аналогом к предлагаемому изобретению является система учета количества сжиженного углеводородного сырья (№59241 U1, G01F 9/00), содержащая массовый расходомер, клапан, контроллер, снабженная дополнительным массовым расходомером, дополнительным клапаном, расположенными на газоуравнительном коллекторе возврата пароуглеродного сырья.

Недостатками наиболее близкого аналога являются:

1. Погрешность измерения, вызванная присутствием паровой фазы СУГ в жидкой фазе на входе в массовый расходомер.

2. Возможность реверсивного потока СУГ через расходомер сливоналивной линии.

3. Отсутствие предохранительных клапанов на сливоналивной линии установки.

4. Отсутствие запорной арматуры, способной в автоматическом режиме перекрыть сливоналивную линию при аварийном отключении электропитания системы.

5. Отсутствие приборов контроля давления.

6. Отсутствие возможности продувки системы.

Предложена установка измерения и учета сжиженного углеводородного газа, содержащая массовый расходомер, клапан, контроллер, первый вход которого через вычислитель расхода присоединен к массовому расходомеру, а первый управляющий выход к клапану, реверсивный массовый расходомер, присоединенный ко второму входу контроллера, дополнительный клапан, присоединенный ко второму выходу контроллера. Установка в своем составе имеет четыре гидравлические линии: паровозвратную, сливоналивную, сбросную и линию продувки азотом. Сливоналивная линия состоит из фильтра газоотделителя, оснащенного автоматизированной системой сброса пара, обратного клапана, комплекта предохранительных клапанов, массового расходомера, дифференциального клапана, электрорегулирующего клапана и нормально закрытого отсечного клапана. Установка в своем составе имеет узел автоматизации, состоящий из контроллера, вычислителя расхода, датчиков давления, устройства заземления, устройства индикации и внешнего управляющего устройства.

Техническим результатом изобретения является получение автоматизированной установки с функцией дозированного налива, обладающей высокой точностью учета отпущенного количества СУГ, соответствующей необходимым требованиям безопасности при осуществлении сливоналивных операций. Снижение вероятности возникновения ошибки измерения путем исключения возможности прохождения двухфазного потока СУГ через массовый расходомер.

На фиг.1 представлена гидравлическая схема совместно с системой автоматизации установки.

Система учета, состоящая из узла автоматизации и четырех гидравлических линий: паровозвратной, сливоналивной, сбросной и линии продувки азотом. Сливоналивная линия, которая состоит из фильтра-газоотделителя 1, оснащенного автоматизированной системой сброса пара, обратного клапана 2, комплекта предохранительных клапанов 3.1, 3.2, массового расходомера 4, дифференциального клапана 5, электрорегулирующего клапана 6 и нормально-закрытого отсечного клапана 7. Паровозвратная линия состоит из электрорегулирующего клапана 8 и массового расходомера 9. Сбросная линия установки является промежуточным звеном, объединяющим сливоналивную и паровозвратную линию, и служит для присоединения к сбросному коллектору. Линия продувки азотом служит для продувки системы азотом. Узел автоматизации состоит из контроллера, вычислителя расхода и датчиков давления 10.1, 10.2, 10.3. Один из входов контроллера 13 соединен через вычислитель расхода с расходомером 4 сливоналивной линии, второй вход соединен с расходомером 9 паровозвратной линии. Выходы контроллера 13 соединены электроуправляемыми клапанами 6, 8 и 7.

Сжиженные газы при хранении и транспортировании постоянно изменяют свое агрегатное состояние. При отборе из резервуаров кипящей жидкости и транспортировании ее по трубопроводу часть жидкости испаряется из-за потерь давления, образуется двухфазный поток, упругость паров которого зависит от температуры потока, которая ниже температуры в резервуаре. В случае когда давление системы превышает давление насыщенных паров, СУГ переходит в жидкую фазу.

Применение фильтра-газоотделителя 1 оснащенного автоматизированной системой сброса пара совместно с дифференциальным клапаном 5 позволит повысить давление продукта, проходящего по сливоналивной линии, выше давления собственных паров СУГ. Таким образом, среда, проходящая через массовый расходомер, будет представлять собой однофазный жидкостный поток. Учитывая, что массовые расходомеры недостаточно чувствительны при измерении двухфазных жидкостей, показания массового расхода и/или плотности становятся неверными, либо в наихудшем случае приборы вообще перестают работать. Точности измерения расхода таких сред обусловливаются множеством физических и технических причин, главные из которых - различие скоростей течения фаз через первичные преобразователи применяемых расходомеров; неоднородность распределения фаз по сечению потока; значительные флуктуации скоростей, давлений и долей фаз.

Общий объем смеси фаз

V_c=V_Ж+V_П,

где V_Ж - объем жидкой фазы СУГ,

V_П - объем паровой фазы СУГ.

Общая масса смеси фаз

m_С=m_Ж+m_П или m_С=V_Ж·ρ_Ж+V_П·ρ_П,

где m_Ж - масса жидкой фазы СУГ,

m_П - масса паровой фазы СУГ,

ρ_Ж - плотность жидкой фазы СУГ,

ρ_П - плотность паровой фазы СУГ.

Связь между истинными долями жидкой и паровой фаз определяется уравнением

$${\varphi }_{П}^{О}=1-{\varphi }_{Ж}^{О};$$ $${\varphi }_{П}^{М}=1-{\varphi }_{Ж}^{М},$$

где $${\varphi }_{П}^{О}$$ и $${\varphi }_{П}^{М}$$ - соответственно объемная и массовая доля паровой фазы СУГ,

$${\varphi }_{Ж}^{О}$$ и $${\varphi }_{Ж}^{М}$$ - соответственно объемная и массовая доля жидкой фазы СУГ.

Связь между расходными долями жидкой и паровой фаз определяется уравнением

$${\delta }_{П}^{О}=1-{\delta }_{Ж}^{О};$$ $${\delta }_{П}^{М}=1-{\delta }_{Ж}^{М}.$$

Расходная объемная доля смеси зависит от средних скоростей паровой и жидкой фаз СУГ

$${\delta }_{Ж}^{О}=\frac{{\varphi }_{Ж}^{О}\cdot {\upsilon }_{Ж}}{{\upsilon }_{С}};$$ $${\delta }_{П}^{О}=\frac{{\varphi }_{П}^{О}\cdot {\upsilon }_{П}}{{\upsilon }_{С}}$$ ,

где $${\delta }_{Ж}^{О}$$ - расходная объемная доля жидкой фазы СУГ,

$${\delta }_{п}^{О}$$ - расходная объемная доля паровой фазы СУГ,

$${\upsilon }_{ж}$$ - скорость жидкой фазы СУГ,

$${\upsilon }_{п}$$ - скорость паровой фазы СУГ,

$${\upsilon }_{С}$$ - скорость смеси фаз СУГ.

Расходная массовая доля смеси также зависит от средних скоростей паровой и жидкой фаз СУГ

где $${\delta }_{ж}^{м}$$ - расходная массовая доля жидкой фазы СУГ,

$${\delta }_{П}^{М}$$ - расходная массовая доля паровой фазы СУГ.

Так как $${\upsilon }_{п}>{\upsilon }_{с}>{\upsilon }_{ж}$$ , то расходные доли $${\delta }_{ж}^{о}$$ и $${\delta }_{ж}^{м}$$ жидкой фазы меньше истинных $${\varphi }_{ж}^{о}$$ и $${\varphi }_{ж}^{м}$$ , а паровой фазы, наоборот, больше истинных, т.е. $${\delta }_{п}^{о}>{\varphi }_{п}^{о}$$ и $${\delta }_{п}^{м}>{\varphi }_{п}^{м}$$ .

Истинная плотность смеси

$${\rho }_{с}={\rho }_{ж}-{\varphi }_{п}^{о}\left({\rho }_{ж}-{\rho }_{п}\right),$$

а расходная плотность смеси

$${\rho }_{ср}={\rho }_{ж}-{\delta }_{п}^{о}\left({\rho }_{ж}-{\rho }_{п}\right).$$

Вычитая последнее уравнение из предыдущего, получим:

$${\rho }_{с}-{\rho }_{ср}=\frac{{\delta }_{п}^{о}-{\varphi }_{п}^{о}}{{\rho }_{ж}-{\rho }_{п}}$$ .

Откуда следует, что расходная плотность меньше истинной, так как $${\delta }_{п}^{о}>{\varphi }_{п}^{о}$$ .

Из-за негомогенности структуры потока доли отдельных фаз СУГ меняются на протяжении всего трубопровода.

Следовательно, измерения расхода двухфазного потока СУГ влечет за собой дополнительную погрешность. Производители расходомеров также исследуют влияние наличия разнофазности потока на появление ошибки измерения. Выявлены эффекты, вызывающие дополнительные ошибки измерения, такие как «Пузырьковый» эффект, эффект резонатора и эффект неоднородности распределения пузырьков.

Применение обратного клапана 2 на выходе из фильтра газоотделителя 1 позволит оставлять сливоналивную линию постоянно заполненной и исключит возможность образования реверсивного потока сливоналивной линии.

Применение предохранительных клапанов 3.1 и 3.2 на сливоналивной линии обеспечит безопасность использования установки. И при превышении давления выше давления настройки предохранительных клапанов сбросит его в сбросную линию.

Применение датчиков давления в установке позволит определить степень загрязнения фильтрующих элементов фильтра газоотделителя, предназначенных для фильтрации СУГ до входа в расходомер с необходимой чистотой фильтрации. Также датчики давления позволят контролировать рабочее давление установки между запорными элементами.

Возможность перекрытия сливоналивной линии при аварийном отключении электропитания системы осуществляется установкой нормально-закрытого отсечного клапана после электрорегулирующего клапана.

Работа системы осуществляется следующим образом.

Производится последовательное подключение к накопительным штуцерам цистерны или к технологическим трубопроводам.

Оператор на внешнем управляющем устройстве 12 (далее АРМ) производит набор дозы и дает разрешение на отпуск продукта по выбранному посту. Контроллер 13 обрабатывает полученную информацию с АРМ оператора 12. Производит контроль сигналов о готовности к наливу с устройства заземления 14 и выдает команду на плавное открытие клапана 8, расположенного на линии паровозврата, с целью уравнивания давления заполняемой емкости с линией паровозврата. Контроль выравнивания давления производится по показаниям массового расходомера 9. После достижения показаний расхода на массовом расходомере 9 ниже заданного программой установки контроллером 13 подается сигнал на открытие клапанов 6 и 7, и осуществляется налив сжиженного углеводородного газа по трубопроводу сливоналивной линии.

При наполнении фильтра-газоотделителя 1 через клапан 11, установленный в крышке фильтра-газоотделителя, происходит отвод паров СУГ, образованных во время потока жидкости, прежде чем они достигнут расходомера 4, и по достижению заданного уровня наполнения клапан 11 перекрывается. Дифференциальный клапан 5, установленный после массового расходомера 4, перекрывает систему с усилием, превышающим давление паров СУГ, для этого рабочая полость клапана 5 связана с линией паровозврата. При достижении давления в системе выше давления настройки клапана 5 происходит открытие его проточной части. Учитывая свойства СУГ, по сливоналивной линии происходит движение однофазной жидкости.

При этом часть продукта, попавшая в наполняемую емкость, испаряется и через линию паровозврата выводится в расходную емкость. Датчики давления 10.1, 10.2, 10.3 осуществляют контроль давления в системе.

Контроллер 13 производит обработку поступающей информации об отпускаемой массе сжиженного углеводородного газа с массового расходомера 4 сливоналивной линии и о возвращенной массе паровой фазы СУГ с массового расходомера 9 линии паровозврата. Производит вычет из массы отпущенного СУГ массу возвращенного в расходную емкость СУГ через линию паровозврата и выводит ее на устройство индикации 15 и АРМ оператора налива СУГ 12. При достижении определенного значения, близкого к заданной оператором массе СУГ, контроллер 13 выдает команду клапану 6 на уменьшение скорости налива продукта, а при достижении заданной массы подает команду на полное закрытие клапанов 6 и 7 и выдает сигнал на АРМ оператора налива 12.

Нормально закрытый отсечной клапан 7 предназначен для перекрывания потока СУГ по сливоналивной линии в автоматическом режиме, при аварийном отключении электропитания системы.

Линия продувки азотом позволяет в ручном режиме осуществить продувку систему азотом.

Приведенные контрольные измерения с помощью образцового мерника показали, что точность учета налива СУГ находится в пределах 0-0,15% от отпущенной массы.

Установка измерения и учета сжиженного углеводородного газа относится к устройствам учета количества сжиженного углеводородного газа (далее СУГ) и может быть использована в системах слива и налива СУГ в автомобильные цистерны, железнодорожные вагон-цистерны и другие емкости. Установка измерения и учета сжиженного углеводородного газа содержит массовый расходомер, клапан, контроллер, первый вход которого через вычислитель расхода присоединен к массовому расходомеру, а первый управляющий выход к клапану, реверсивный массовый расходомер, присоединенный ко второму входу контроллера, дополнительный клапан, присоединенный ко второму выходу контроллера. Установка в своем составе имеет четыре гидравлические линии: паровозвратную, сливоналивную, сбросную и линию продувки азотом. Сливоналивная линия состоит из фильтра газоотделителя, оснащенного автоматизированной системой сброса пара, обратного клапана, комплекта предохранительных клапанов, массового расходомера, дифференциального клапана, электрорегулирующего клапана и нормально закрытого отсечного клапана. Установка в своем составе имеет узел автоматизации, состоящий из контроллера, вычислителя расхода, датчиков давления, устройства заземления, устройства индикации и внешнего управляющего устройства. Технический результат - создание высокоточной автоматизированной установки с функцией дозированного налива. 1 ил.

Установка измерения и учета сжиженного углеводородного газа, содержащая контроллер, первый вход которого через вычислитель расхода присоединен к массовому расходомеру сливоналивной линии, а первый управляющий выход к клапану сливоналивной линии, снабженная на паровозвратной линии дополнительным клапаном, присоединенным ко второму выходу, отличающаяся тем, что сливоналивная линия состоит из фильтра газоотделителя, оснащенного автоматизированной системой сброса пара, обратного клапана, комплекта предохранительных клапанов, массового расходомера, дифференциального клапана, электрорегулирующего клапана и нормально закрытого отсечного клапана, а также имеющая в своем составе паровозвратную линию, линию продувки азотом и узел автоматизации, состоящий из контроллера, вычислителя расхода, датчиков давления, устройства заземления, устройства индикации и внешнего управляющего устройства.