СПОСОБ УЧЕТА РАСХОДА ОДОРАНТА НА ОДОРИЗАЦИОННЫХ УСТАНОВКАХ КАПЕЛЬНОГО ТИПА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2015 года по МПК G05D11/00 B01F3/00 

Изобретения относятся к способу и устройству измерения расхода жидких сред, в частности одоранта, и могут быть использованы, например, в газовой промышленности, химической и нефтехимической.

Известен способ определения расхода одоранта согласно патенту РФ 2056919 МПК⁶ B01F 3/04, G05D 27/00, опубликованный 27.03.96. Бюл. 9, выбранный в качестве аналога. Способ заключается в том, что определяют расход газа в единицу времени, для чего помещают на пути прохождения газа расходомерную диафрагму с калиброванным отверстием, создавая тем самым перепад давлений, и по перепаду давлений на сужающем устройстве, а также с учетом параметров диафрагмы и физико-химических свойств газа, определяют расход газа в единицу времени в стандартных условиях. В соответствии с измеренной величиной расхода газа и постоянным заданным значением концентрации одоранта в единице объема природного газа определяют текущее значение расхода одоранта. Заданное постоянное значение концентрации одоранта в единице объема природного газа обычно составляет 16 мг/1 м³ для таких одорантов, как этилмеркаптан и смесь природных меркаптанов (СПМ), и определяется экспериментально органолептическим методом, т.е. по интенсивности запаха одорированного газа.

Недостаток вышеописанного способа заключается в том, что: при определении текущего значения расхода одоранта в виде СПМ используется косвенный метод непрямого измерения расхода одоранта по измеренному расходу газа. В результате не обеспечивается высокая точность поддержания заданной концентрации ароматического вещества (меркаптановой серы) в газе, что может привести как к перерасходу одоранта, так и к недостатку ароматического вещества в газе.

Известно устройство для измерения массового расхода жидкостей и газов, в том числе жидкостей с газовыми и другими включениями (имеющими плотность, отличающуюся от плотности жидкости), согласно патенту РФ №2492427 G01F 1/37 (2006.01), опубликованному 10.09.2013. Массовый расходомер содержит корпус с колеблющимися трубками, на которых расположен узел возбуждения колебаний и узлы адаптеров. При этом в качестве сигнала коррекции используется отношение амплитуды напряжения на адаптерах к амплитуде напряжения возбуждения колебаний. Технический результат - возможность коррекции массового расхода жидкости с газовыми или другими включениями.

Недостаток вышеописанного устройства заключается в том, что устройство дает хорошую степень точности измерения лишь для больших расходов (порядка 85 кг/мин и более), когда как расход одоранта имеет порядок в несколько грамм в минуту (2-3 капли в минуту), при этом истечение одоранта происходит капельное, что усложняет измерение его расхода и сопровождается большими погрешностями.

Известно устройство «Устройство для измерения расхода электропроводящих жидкостей» (патент РФ №2190190, G01F 1/58, опубликованный 27.09.2002). Указанное устройство содержит участок трубы, размещенный между полюсными наконечниками, полюсные наконечники, пару магнитодиодов. Магнитодиоды расположены так, что при отсутствии движения контролируемой жидкости они пронизываются магнитным полем одинаковой индуктивности, а при движении жидкости - поле в местах их расположения меняется в наибольшей степени.

Магнитодиоды включены таким образом, что пары магнитодиодов находятся в смежных плечах, к одной из диагоналей моста подключен блок питания, а ко второй диагонали - последовательно включенные усилитель и регистрирующий прибор. При этом измерительный участок трубопровода выполняется из полимерного материала с высокой трибоэлектрической способностью и внутренним переменным сечением, имеющим форму последовательно соединенных сужающихся и расширяющихся конусов, и снабжается металлическим заземлением.

Недостатком данного устройства является недостаточная степень поляризации жидкости, протекающей через измерительный участок трубопровода и, как следствие, сравнительно низкие точность и чувствительность к малым расходам жидкости. Это объясняется тем, что при ламинарном течении жидкости некоторые внутренние слои не соприкасаются с внутренними стенками трубопровода, так при капельном способе осуществления одоризации природного газа течение как таковое практически отсутствует, а следовательно, точность измеренного вышеуказанным устройством расхода одоранта будет мала.

Из известных способов наиболее близким к предлагаемому является способ вычисления расхода одоранта, заключающийся в том, что измеряют величину расхода газа в газопроводе в единицу времени и определяют с учетом измеренной величины текущее значение расхода одоранта, в качестве которого используют преимущественно смесь природных меркаптанов, включающую меркаптановую серу в качестве ароматического вещества, дополнительно измеряют концентрацию ароматического вещества в одоранте, а текущее значение расхода одоранта определяют с учетом измеренного значения концентрации ароматического вещества в одоранте, измеряют концентрацию ароматического вещества в неодорированном газе, при этом текущее значение расхода одоранта определяется с учетом измеренного значения концентрации ароматического вещества в неодорированном газе, измеряют плотность одоранта, при этом текущее значение расхода одоранта определяют с учетом измеренного значения плотности одоранта, описанный в патенте РФ №2183134, B01F 3/04, опубликованный 10.06.2002, «Способ одоризации газа и устройство для его осуществления», которое и выбрано в качестве прототипа.

Основным недостатком указанного способа - нахождение расхода одоранта осуществляется косвенно, при этом возникает высокая погрешность непрямого (косвенного) способа определения расхода одоранта в зависимости от измеренного значения концентрации ароматического вещества в неодорированном газе, в одоранте и в одорированном газе. Плотность замеряют инструментально, что влияет на погрешность нахождения текущего расхода одоранта.

Из известных устройств наиболее близким к предлагаемому является устройство вычисления расхода одоранта, выполненное в виде микроконтроллера - роль которого выполняет блок вычисления расхода одоранта, описанное в патенте РФ №2183134, B01F 3/04, опубликованное 10.06.2002, «Способ одоризации газа и устройство для его осуществления», которое и выбрано в качестве прототипа для всех вариантов предлагаемого устройства.

Устройство для одоризации газа, содержащее емкость для хранения жидкого одоранта, в качестве которого используют преимущественно смесь природных меркаптанов, включающую меркаптановую серу в качестве ароматического вещества, расходомер, установленный на магистрали газопровода, дозатор одоранта, через который емкость для хранения жидкого одоранта соединена с магистралью газопровода, блок измерения плотности одоранта, блок измерения концентрации ароматического вещества в одоранте, блок вычисления расхода одоранта, при этом первый вход блока вычисления расхода одоранта соединен с выходом расходомера, второй вход блока вычисления расхода одоранта соединен с выходом блока измерения концентрации ароматического вещества в одоранте, а выход соединен со входом управления дозатора, соединенный с четвертым входом блока вычисления расхода одоранта. Текущее значение расхода одоранта определяется с учетом измеренного значения концентрации ароматического вещества в неодорированном газе и измеренной плотности одоранта.

Основным недостатком указанного устройства - блока вычисления расхода одоранта (выполненного в виде микроконтроллера) является высокая погрешность непрямого (косвенного) метода определения расхода одоранта в зависимости от измеренного значения концентрации ароматического вещества в неодорированном газе, в одоранте и в одорированном газе. В устройстве по прототипу, плотность предлагается замерять инструментально, что влияет на погрешность расчета текущего расхода одоранта. Инструментальные замеры плотности на блоках одоризации сильно осложнены, что связано с ядовитостью одоранта, в условиях постоянных температурных колебаний инструментальный способ не обеспечивает высокую точность измерений. Происходит значительное изменение схемы одоризационной установки, что недопустимо.

В описанном устройстве отсутствует возможность дистанционной передачи данных, например, на пульт оператора одоризационной установки.

Технической задачей предлагаемых изобретений является повышение точности расчета расхода одоранта при капельном вводе одоранта (одоризации газа) в зависимости от температуры окружающей среды, без изменения технической схемы одоризации, с возможностью дистанционной передачи обработанной информации по мгновенному, среднечасовому, среднесуточному, среднегодовому расходам одоранта.

Решаемая техническая задача в способе учета расхода одоранта на одоризационных установках капельного типа, включающем определение текущего значения расхода одоранта, в качестве которого используют преимущественно смесь природных меркаптанов в качестве ароматического вещества, и определение плотности одоранта, при этом текущее значение расхода одоранта определяют с учетом значения плотности одоранта, достигается тем, что перед определением значения расхода одоранта измеряют температуру окружающей среды t, при этом определяют значения плотности одоранта и коэффициента поверхностного натяжения одоранта в зависимости от измеренного значения температуры окружающей среды, согласно выражениям:

далее определяют массу одной капли одоранта в зависимости от полученного значения плотности одоранта ρ и коэффициента поверхностного натяжения одоранта σ, согласно выражению:

, кг,

далее определяют количество капель одоранта N, упавших за промежуток времени 1 с, 1 мин, 1 час, 1 день, 1 месяц, 1 год, и с учетом найденного значения массы одной капли и плотности одоранта определяют объемный расход и массовый расход одоранта за промежуток времени 1 с, 1 мин, 1 час, 1 день, 1 месяц, 1 год, согласно выражению:

где ρ - плотность одоранта, кг/м³; π - постоянная; σ - коэффициент поверхностного натяжения одоранта, Н/м; t - температура окружающей среды, °C; R - радиус сопла, м; g - ускорение свободного падения, м/с²; N - количество капель одоранта, упавших за промежуток времени 1 с, 1 мин, 1 час, 1 день, 1 месяц, 1 год, шт.; V - объемный расход одоранта за промежуток времени 1 с, 1 мин, 1 час, 1 день, 1 месяц, 1 год, м³.

Решаемая техническая задача в устройстве учета расхода одоранта на одоризационных установках капельного типа, по его первому варианту, содержащем микроконтроллер, достигается тем, что дополнительно содержит: блок фиксации пролета капли, выход которого подключен к входу блока преобразования и нормализации дискретного сигнала, выход которого соединен с первым входом микроконтроллера, выполненного с функцией подсчета времени, выход которого соединен с входом промышленного GSM-модема с поддержкой пакетной передачи данных GPRS, второй вход микроконтроллера с функцией подсчета времени соединен со выходом блока регистрации температуры, причем блок фиксации пролета капли содержит защитный во взрывобезопасном исполнении корпус с креплениями и заизолированными контактами, обкладки цилиндрического конденсатора, размещенные внутри взрывобезопасного корпуса, а выход промышленного GSM-модема с поддержкой пакетной передачи данных GPRS является выходом для подключения к системе центрального пункта управления по беспроводной линии связи.

Решаемая техническая задача в устройстве учета расхода одоранта на одоризационных установках капельного типа, по его второму варианту, содержащем микроконтроллер, достигается тем, что дополнительно содержит: блок фиксации пролета капли, выход которого подключен к входу блока преобразования и нормализации дискретного сигнала, выход которого соединен с первым входом микроконтроллера, выполненного с функцией подсчета времени, выход которого соединен с входом промышленного GSM-модема с поддержкой пакетной передачи данных GPRS, второй вход микроконтроллера с функцией подсчета времени соединен со выходом блока регистрации температуры, причем блок фиксации пролета капли содержит защитный во взрывобезопасном исполнении корпус с креплениями и заизолированными контактами, чувствительный элемент-конденсатор размещен внутри взрывобезопасного корпуса, а выход промышленного GSM-модема с поддержкой пакетной передачи данных GPRS является выходом для подключения к системе центрального пункта управления по беспроводной линии связи.

Решаемая техническая задача в устройстве учета расхода одоранта на одоризационных установках капельного типа, по его третьему варианту, содержащем микроконтроллер - роль которого выполняет блок вычисления расхода одоранта, достигается тем, что дополнительно содержит: блок фиксации пролета капли, выход которого подключен к входу блока преобразования и нормализации дискретного сигнала, выход которого соединен с первым входом микроконтроллера, выполненного с функцией подсчета времени, выход которого соединен с входом промышленного GSM-модема с поддержкой пакетной передачи данных GPRS, второй вход микроконтроллера с функцией подсчета времени соединен с выходом блока регистрации температуры, причем блок фиксации пролета капли содержит защитный во взрывобезопасном исполнении корпус с креплениями и заизолированными контактами, излучатель и фотоприемник, размещенные на одной оптической оси, диаметрально, внутри взрывобезопасного корпуса, а выход промышленного GSM-модема с поддержкой пакетной передачи данных GPRS является выходом для подключения к системе центрального пункта управления по беспроводной линии связи.

На фиг.1 представлена блок-схема устройства для осуществления способа учета расхода одоранта на одоризационных установках капельного типа (по всем трем вариантам устройства).

На фиг.2 представлен блок фиксации пролета капли - его конкретная реализация с соплом игольчатого клапана капельницы, служащим для подачи каплей одоранта для осуществления способа учета расхода одоранта на одоризационных установках капельного типа, по первому варианту устройства, учета расхода одоранта на одоризационных установках капельного типа.

На фиг.3 представлен блок фиксации пролета капли - его конкретная реализация с соплом игольчатого клапана капельницы, служащим для подачи каплей одоранта для осуществления способа учета расхода одоранта на одоризационных установках капельного типа, по второму варианту устройства, учета расхода одоранта на одоризационных установках капельного типа.

На фиг.4 представлен чувствительный элемент - его конкретная реализация, по второму варианту устройства, учета расхода одоранта на одоризационных установках капельного типа.

На фиг.5 представлен блок фиксации пролета капли - его конкретная реализация с соплом игольчатого клапана капельницы, служащим для подачи каплей одоранта для осуществления способа учета расхода одоранта на одоризационных установках капельного типа, по третьему варианту устройства, учета расхода одоранта на одоризационных установках капельного типа.

На фиг.6 представлен алгоритм работы микроконтроллера с функцией подсчета времени (по всем трем вариантам устройства).

Устройство учета расхода одоранта на одоризационных установках капельного типа по его всем трем вариантам (фиг.1) содержит последовательно соединенные блоки: блок фиксации пролета капли 1, выход которого соединен с входом блока преобразования и нормализации дискретного сигнала 2, выход которого соединен с первым входом в микроконтроллер с функцией подсчета времени 3, выход которого соединен с входом в промышленный GSM модем 4 и блок регистрации температуры 5, выход которого соединен со вторым входом в микроконтроллер с функцией подсчета времени 3. Выход промышленного GSM модема 4 - является выходом для подключения к системе центрального пункта управления по беспроводной линии связи.

На фиг.2 изображен блок фиксации пролета капли 1, по первому варианту устройства, учета расхода одоранта на одоризационных установках капельного типа, с соплом игольчатого клапана капельницы 6, служащим для подачи каплей одоранта 7, состоящий из защитного во взрывобезопасном исполнении корпуса 8, трубки, по которой движется одорант 9, креплений 10, заизолированных контактов 11, обкладок цилиндрического конденсатора 12.

Блок фиксации пролета капли 1 крепится после сопла капельницы 6 после смотрового окна, внутри защитного корпуса 8, изготовленного во взрывобезопасном исполнении, непосредственно на самой трубке 9, по которой перемещается одорант самотеком под действием сил тяжести. Крепления 10 и контакты 11 хорошо заизолированы мастикой или смолой.

Обкладки цилиндрического конденсатора 12 крепятся к трубе 9 через электроизоляционные пластины и удерживаются в пространстве креплениями 10 и подключены к сети электромагнитного колебательного контура, имеющего период колебания менее 0,1 мс через заизолированные контакты 11. Обкладки цилиндрического конденсатора 12 могут быть снабжены элементами электроизоляции или же сами содержать нанесенное изоляционное покрытие.

На фиг.3 изображен блок фиксации пролета капли 1, по второму варианту устройства, учета расхода одоранта на одоризационных установках капельного типа, с соплом игольчатого клапана капельницы 6, служащим для подачи каплей одоранта 7, состоящий из защитного во взрывобезопасном исполнении корпуса 8, трубки, по которой движется одорант 9, креплений 10, закодированных контактов 11, чувствительного элемента 13.

На фиг.4 изображен чувствительный элемент 13, по второму варианту устройства, учета расхода одоранта на одоризационных установках капельного типа, состоящий из двух электродов 14, двух тонких металлических пластин 15, соединительных каналов 16, мягкого изоляционного покрытия 17, электрических выводов 18.

Чувствительный элемент-конденсатор 13 крепится непосредственно в трубе 9 через электроизоляционные уплотнения под небольшим углом 15-60 градусов и удерживается в пространстве креплениями 10 и подключен к сети электромагнитного колебательного контура посредством выводов 18, имеющего период колебания менее 0,1 мс через закодированные контакты 11, пространство между электродом 14 и тонкой металлической пластиной (вторым электродом) 15 (пара которых образует батарею параллельно соединенных конденсаторов) заполнено подвижным электронепроводящим гелем и за счет соединительных каналов 16, способного свободно перемещаться во внутреннем пространстве чувствительного элемента-конденсатора.

На фиг.5 изображен блок фиксации пролета капли 1, по третьему варианту устройства, учета расхода одоранта на одоризационных установках капельного типа, с соплом игольчатого клапана капельницы 6, служащим для подачи каплей одоранта 7, состоящий из защитного во взрывобезопасном исполнении корпуса 8, трубки, по которой движется одорант 9, креплений 10, закодированных контактов 11, излучателя 19, фотоприемника 20.

Излучатель 19 и фотоприемник 20 крепятся к смотровому окну 9 через электроизоляционные пластины и удерживаются в пространстве креплениями 10 и подключены к сети через заизолированные контакты 11. Излучатель 19 и фотоприемник 20 могут быть снабжены элементами электроизоляции или же сами содержать нанесенное изоляционное покрытие.

Рассмотрим осуществление предложенного способа учета расхода одоранта на одоризационных установках капельного типа и работу устройства, позволяющего осуществить предлагаемый способ по первому, второму и третьему вариантам.

Производят монтаж устройства учета расхода одоранта на одоризационных установках капельного типа на трубный элемент, внутри которого происходит истечение одоранта, затем включают питание устройства и загружают в микроконтроллер с функцией подсчета времени 3 программу обработки информации согласно алгоритму, представленному на фиг.6, производят ввод параметров постоянных для каждого типа одоризационной установки: радиус сопла игольчатого клапана R, значение ускорения свободного падения g посредством программы, заложенной в алгоритме, представленном на фиг.6. Затем измеряют температуру окружающей среды при помощи блока регистрации температуры 5. По измеренному значению температуры согласно выражению (1) производят расчет коэффициента поверхностного натяжения одоранта для диапазона температур - 60°C - +60°C:

Далее по измеренному значению температуры согласно выражению (2) определяют плотность одоранта:

Далее определяют согласно выражения (3) массу одной капли одоранта:

Затем определяют количество пролетевших капель N в интервал времени (1 с, 1 мин, 1 час, 1 месяц, 1 год) посредством блока фиксации пролета капли 1. По определенному количеству пролетевших капель N в интервал времени (1 с, 1 мин, 1 час, 1 месяц, 1 год) согласно выражению (4) определяют объемный расход одоранта за интервал времени (1 с, 1 мин, 1 час, 1 месяц, 1 год):

где ρ - плотность одоранта, кг/м³; π - постоянная; σ - коэффициент поверхностного натяжения одоранта, Н/м; t - температура окружающей среды, °C; R - радиус сопла, м; g - ускорение свободного падения, м/с²; N - количество капель одоранта, упавших за промежуток времени 1 с, 1 мин, 1 час, 1 день, 1 месяц, 1 год, шт; V - объемный расход одоранта за промежуток времени 1 с, 1 мин, 1 час, 1 день, 1 месяц, 1 год, м³.

Далее согласно найденному значению плотности одоранта согласно выражению (2) определяют массовый расход одоранта. Далее вся информация накапливается на внутренней памяти микроконтроллера с функцией подсчета времени 3 и может передаваться посредством промышленного GSM-модема 4 с поддержкой пакетной передачи данных GPRS в систему центрального пункта управления.

Рассмотрим работу устройства для учета расхода одоранта согласно первому варианту, в частности работу блока фиксации пролета капли 1, позволяющего осуществить предлагаемый способ.

Производят монтаж устройства учета расхода одоранта на одоризационных установках капельного типа на трубный элемент, внутри которого происходит истечение одоранта сразу после смотрового окна капельницы. Капельница размещена в соответствии со стандартной схемой (И.Я. Котляр, В.М. Пиляк «Эксплуатация магистральных газопроводов», Издательство «НЕДРА» Ленинград, 1971 г., С.23-25). Включают питание устройства и загружают в микроконтроллер с функцией подсчета времени 3 программу обработки информации согласно алгоритму, представленному на фиг.6, производят ввод параметров постоянных для каждого типа одоризационной установки: радиус сопла игольчатого клапана R, значение ускорения свободного падения g посредством программы, заложенной в алгоритме, представленном на фиг.6. Капля одоранта, отделившись от сопла игольчатого клапана блока одоризации капельного типа, попадает в блок фиксации капли 1, в котором происходит фиксация пролетевшей капли и генерация сигнала для дальнейшей его цифровой обработки в блоке преобразования и нормализации дискретного сигнала 2 со встроенной гальваноразвязкой (например, ADAM-3112 (Advantech) или SCMD-MIDC5F (Dataforth)), в котором происходит преобразование неунифицированного дискретного сигнала 4~32 В (DC) в унифицированный дискретный сигнал, а также гальваническое разделение взрывоопасной и взрывобезопасной зон. Обработанный и усиленный сигнал из блока преобразования и нормализации дискретного сигнала 2 поступает в микроконтроллер с функцией подсчета времени 3, со встроенными часами, как минимум с одним дискретным входом, со встроенным интерфейсом Ethernet, время выполнения одной логической операции блока 3 не более 1 мкс (например, SIMATIC S7-1200 или SIMATIC S7-300 (Siemens)), в котором в соответствии с заложенным программным алгоритмом, учитывающим изменение функции плотности одоранта от температуры, представленном на фиг. 6 и введенным начальным данным, а также данным, поступающим через цифровые каналы блока преобразования и нормализации дискретного сигнала 2 и блока регистрации температуры 5, производится расчет массового и объемного расхода одоранта (секундного, часового, дневного, недельного, месячного, годового) с накоплением и последующим хранением этих данных. Далее обработанная информация микроконтроллером с функцией подсчета времени 3 передается на вход блока промышленный GSM-модем 4 с поддержкой пакетной передачи данных GPRS Multislot Class 12 (например, Cinterion ТС65 Terminal), который осуществляет надежную и защищенную передачу данных на центральный пункт управления по беспроводной линии связи и слотом для флешкарт. Блок регистрации температуры 5 содержит датчик температуры и сигнальный модуль (например, SM 1231 RTD или SM 1231 ТС), производит измерение температуры одоранта и аналоговоцифровое преобразование и передачу через цифровой канал на вход в микроконтроллер с функцией подсчета времени 3.

Регулирование расхода одоранта на одоризационных установках капельного типа осуществляют вручную при помощи регулировки игольчатого клапана, через который одорант поступает капельно на одоризацию в газопровод. Капля одоранта 7, отделившаяся от сопла капельницы 6, падает вниз под действием силы тяжести, при этом индуктивное поле катушки колебательного контура создает индукционное магнитное поле определенной частоты. Как только капля одоранта пролетит мимо устройства фиксации капли (между обкладками цилиндрического конденсатора), емкость конденсатора изменяется (т.к. капля, обладающая собственным коэффициентом диэлектрической проницаемости, отличным от коэффициента диэлектрической проницаемости воздушной среды), что приводит к изменению собственных колебаний в электромагнитном контуре. При этом подается сигнал на вход в блок преобразования и нормализации дискретного сигнала 2, тем самым происходит учет пролетевшей капли, и он фиксируется блоком фиксации капли. При этом после пролета капли контур вновь имеет прежние значения емкости и период колебаний восстанавливается. В случае, если в течение нескольких минут (время ожидания может настраивается, например, в течение 1-5 минут) прекращается подача одоранта или наоборот имеет место струйное течение одоранта, то в этом случае частота колебаний в контуре либо не изменяется, либо не восстанавливается до прежнего значения и подается аварийный сигнал при помощи встроенного блока промышленного GSM модема 4 на пульт диспетчера или генерируется звуковой сигнал.

Рассмотрим работу устройства для учета расхода одоранта согласно второго варианта, в частности работу блока фиксации пролета капли 1, позволяющего осуществить предлагаемый способ.

Производят монтаж устройства учета расхода одоранта на одоризационных установках капельного типа на трубный элемент, внутри которого происходит истечение одоранта сразу после смотрового окна капельницы. Капельница размещена в соответствии со стандартной схемой (И.Я. Котляр, В.М. Пиляк «Эксплуатация магистральных газопроводов», Издательство «НЕДРА» Ленинград, 1971 г., С.23-25). Включают питание устройства и загружают в микроконтроллер с функцией подсчета времени 3 программу обработки информации согласно алгоритму, представленному на фиг.6, производят ввод параметров, постоянных для каждого типа одоризационной установки: радиус сопла игольчатого клапана R, значение ускорения свободного падения g посредством программы, заложенной в алгоритме, представленном на фиг.6. Капля одоранта, отделившись от сопла игольчатого клапана блока одоризации капельного типа, попадает в блок фиксации капли 1, в котором происходит фиксация пролетевшей капли и генерация сигнала для дальнейшей его цифровой обработки в блоке преобразования и нормализации дискретного сигнала 2 со встроенной гальваноразвязкой (например, ADAM-3112 (Advantech) или SCMD-MIDC5F (Dataforth)), в котором происходит преобразование неунифицированного дискретного сигнала 4~32 В (DC) в унифицированный дискретный сигнал, а также гальваническое разделение взрывоопасной и взрывобезопасной зон. Обработанный и усиленный сигнал из блока преобразования и нормализации дискретного сигнала 2 поступает в микроконтроллер с функцией подсчета времени 3, со встроенными часами, как минимум с одним дискретным входом, со встроенным интерфейсом Ethernet, время выполнения одной логической операции блока 3 не более 1 мкс (например, SIMATIC S7-1200 или SIMATIC S7-300 (Siemens)), в котором в соответствии с заложенным программным алгоритмом, учитывающим изменение функции плотности одоранта от температуры, представленном на фиг.6, и введенным начальным данным, а также данным, поступающим через цифровые каналы блока преобразования и нормализации дискретного сигнала 2 и блока регистрации температуры 5, производится расчет массового и объемного расхода одоранта (секундного, часового, дневного, недельного, месячного, годового) с накоплением и последующим хранением этих данных. Далее обработанная информация микроконтроллером с функцией подсчета времени 3 передается на вход блока промышленный GSM-модем 4 с поддержкой пакетной передачи данных GPRS Multistat Class 12 (например, Cinterion ТС65 Terminal), который осуществляет надежную и защищенную передачу данных на центральный пункт управления по беспроводной линии связи и слотом для флешкарт. Блок регистрации температуры 5 содержит датчик температуры и сигнальный модуль (например, SM 1231 RTD или SM 1231 ТС), производит измерение температуры одоранта и аналоговоцифровое преобразование и передачу через цифровой канал на вход в микроконтроллер с функцией подсчета времени 3.

Регулирование расхода одоранта на одоризационных установках капельного типа осуществляют вручную при помощи регулировки игольчатого клапана, через который одорант поступает капельно на одоризацию в газопровод. Капля одоранта 7, отделившаяся от сопла капельницы 6, падает вниз под действием силы тяжести, попадает на чувствительный элемент 13, соединенный с трубкой 9 таким образом, что его ось составляет небольшой угол (например, 15-60 градусов) с горизонтальной осью. При попадании капли одоранта на мягкое изоляционное покрытие 17, вследствие наличия массы у капли, тонкая металлическая пластина 15 под действием веса капли прогибается, при этом за счет наличия подвижного геля в пространстве между чувствительными металлическими пластинами 15 и электродами 14, благодаря наличию соединительных каналов 16, происходит изменение расстояний между чувствительными металлическими пластинами 15 и электродами 14 (выполняющими роль обкладок двух параллельно соединенных конденсаторов), приводящее в итоге к изменению суммарной емкости чувствительного элемента-конденсатора 13. Электроемкость конденсаторов чувствительного элемента-конденсатора 13 меняется не одинаково, электроемкость конденсатора, образованная первой тонкой металлической пластиной 15, куда попадает капля в результате падения, и первым электродом 14, растет (вследствие деформации и вытеснения подвижного геля расстояние между первой тонкой металлической пластиной 15 и первым электродом 14 уменьшается). Вытесняемый в результате упругой деформации гель, через соединительные каналы 16, поступает в нижнюю часть чувствительного элемента-конденсатора 13, где осуществляет давление на вторую тонкую металлическую пластину 15 второго конденсатора, при этом расстояние между второй тонкой металлической пластиной 15 и вторым электродом 14 растет, что приводит, к уменьшению его емкости. При этом происходит изменение собственных колебаний в электромагнитном контуре подключенном через электрические выводы 18. При этом подается сигнал на вход в блок преобразования и нормализации дискретного сигнала 2, тем самым происходит учет пролетевшей капли, и он фиксируется блоком фиксации капли. При этом после пролета капли контур вновь имеет прежние значения емкости и период колебаний восстанавливается. В случае, если в течение нескольких минут (время ожидания может настраивается, например, в течение 1-5 минут) прекращается подача одоранта или наоборот имеет место струйное течение одоранта, то в этом случае частота колебаний в контуре либо не изменяется, либо не восстанавливается до прежнего значения и подается аварийный сигнал при помощи встроенного блока промышленного GSM модема 4 на пульт диспетчера или генерируется звуковой сигнал.

Рассмотрим работу устройства для учета расхода одоранта согласно третьему варианту, в частности работу блока фиксации пролета капли 1, позволяющего осуществить предлагаемый способ.

Производят монтаж устройства учета расхода одоранта на одоризационных установках капельного типа на смотровое окно 9, внутри которого происходит истечение одоранта. Смотровое окно размещено в соответствии со стандартной схемой (И.Я. Котляр, В.М. Пиляк «Эксплуатация магистральных газопроводов», Издательство «НЕДРА» Ленинград, 1971 г., С.23-25). Включают питание устройства и загружают в микроконтроллер с функцией подсчета времени 3 программу обработки информации согласно алгоритму, представленному на фиг.6, производят ввод параметров, постоянных для каждого типа одоризационной установки: радиус сопла игольчатого клапана R, значение ускорения свободного падения g посредством программы, заложенной в алгоритме, представленном на фиг.6. Капля одоранта, отделившись от сопла игольчатого клапана блока одоризации капельного типа, попадает в блок фиксации капли 1, в котором происходит фиксация пролетевшей капли и генерация сигнала для дальнейшей его цифровой обработки в блоке преобразования и нормализации дискретного сигнала 2 со встроенной гальваноразвязкой (например, ADAM-3112 (Advantech) или SCMD-MIDC5F (Dataforth)), в котором происходит преобразование неунифицированного дискретного сигнала 4~32 В (DC) в унифицированный дискретный сигнал, а также гальваническое разделение взрывоопасной и взрывобезопасной зон. Обработанный и усиленный сигнал из блока преобразования и нормализации дискретного сигнала 2 поступает в микроконтроллер с функцией подсчета времени 3, со встроенными часами, как минимум с одним дискретным входом, со встроенным интерфейсом Ethernet, время выполнения одной логической операции блока 3 не более 1 мкс (например, SIMATIC S7-1200 или SIMATIC S7-300 (Siemens)), в котором в соответствии с заложенным программным алгоритмом, учитывающим изменение функции плотности одоранта от температуры, представленном на фиг. 6, и введенным начальным данным, а также данным, поступающим через цифровые каналы блока преобразования и нормализации дискретного сигнала 2 и блока регистрации температуры 5, производится расчет массового и объемного расхода одоранта (секундного, часового, дневного, недельного, месячного, годового) с накоплением и последующем хранением этих данных. Далее обработанная информация микроконтроллером с функцией подсчета времени 3 передается на вход блока промышленный GSM-модем 4 с поддержкой пакетной передачи данных GPRS Multislot Class 12 (например, Cinterion ТС65 Terminal), который осуществляет надежную и защищенную передачу данных на центральный пункт управления по беспроводной линии связи и слотом для флешкарт. Блок регистрации температуры 5 содержит датчик температуры и сигнальный модуль (например, SM 1231 RTD или SM 1231 ТС), производит измерение температуры одоранта и аналоговоцифровое преобразование и передачу через цифровой канал на вход в микроконтроллер с функцией подсчета времени 3.

Регулирование расхода одоранта на одоризационных установках капельного типа осуществляют вручную при помощи регулировки игольчатого клапана, через который одорант поступает капельно на одоризацию в газопровод. Капля одоранта 7, отделившаяся от сопла капельницы 6, падает вниз под действием силы тяжести, при этом излучатель 19 (например, оптический датчик положения на прямом луче (Тип Т)) генерирует лазерный луч, а фотоприемник 20 (например, оптический датчик положения на прямом луче (Тип Т)) фиксирует его, при этом ширина прямого луча определяется как минимальный размер регистрируемой капли одоранта. Как только капля одоранта пролетит мимо устройства фиксации капли (между излучателем 19, и фотоприемником 20), что ослабит интенсивность лазерного луча (или вовсе прерывает его), и приемник 20 не фиксирует сигнал лазера. При этом подается сигнал на вход в блок преобразования и нормализации дискретного сигнала 2, тем самым происходит учет пролетевшей капли, и он фиксируется блоком фиксации капли. При этом после пролета капли фотоприемник 20 вновь фиксирует сигнал лазерного луча. В случае, если в течение нескольких минут (время ожидания может настраивается, например, в течение 1-5 минут) прекращается подача одоранта или наоборот имеет место струйное течение одоранта, то в этом случае прерывание (ослабление) лазерного луча будет длительным (например, в течение 1-5 мин), или прерывания (ослабления) не происходит длительный промежуток времени (например, в течение 1-5 мин), то подается аварийный сигнал при помощи встроенного блока промышленного GSM модема 4 на пульт диспетчера или генерируется звуковой сигнал.

При этом по сравнению с прототипом по патенту РФ №2183134, B01F 3/04, опубликованного 10.06.2002, «Способ одоризации газа и устройство для его осуществления», в предложенном способе учета расхода одоранта на одоризационных установках капельного типа и устройство для его осуществления по трем вариантам, осуществляется прямой учет расхода одоранта (фактический), что повышает точность расчета, а микроконтроллер с функцией подсчета времени 3 позволяет рассчитывать массовый и объемный расход одоранта за секунду, минуту, час, сутки, месяц и год, в зависимости от рассчитанных значений теплофизических функций плотности и коэффициента поверхностного натяжения одоранта, зависящих от температуры, измеряемой блоком 5, согласно алгоритму, представленному на фиг.6. При этом не используется отдельное устройство измерения плотности одоранта, что не приводит к изменению схемы одорирования газа и повышает точность ее расчета, исключая фактор ошибки измерения. Наличие блока промышленного GSM модема 4, позволяющего передавать информацию дистанционно или накапливать ее в строенной внутренней памяти микроконтроллера с функцией подсчета времени 3, решает проблему дистанционной обработки и передачи данных на пульт оператора одоризационной установки или диспетчеров.

Изобретения относятся к способу и устройству измерения расхода жидких сред, в частности одоранта, и могут быть использованы, например, в газовой промышленности, химической и нефтехимической. Техническим результатом является повышение точности расчета расхода одоранта. В предложенном способе перед определением значения расхода одоранта измеряют температуру окружающей среды, при этом определяют значения плотности одоранта и коэффициента поверхностного натяжения одоранта в зависимости от измеренного значения температуры окружающей среды, далее определяют массу одной капли одоранта в зависимости от полученного значения плотности одоранта и коэффициента поверхностного натяжения одоранта. Далее определяют количество капель одоранта, упавших за заданный промежуток времени, и с учетом найденного значения массы одной капли и плотности одоранта определяют объемный расход и массовый расход одоранта. 4 н.п. ф-лы, 6 ил.

1. Способ учета расхода одоранта на одоризационных установках капельного типа, включающий определение текущего значения расхода одоранта, в качестве которого используют преимущественно смесь природных меркаптанов в качестве ароматического вещества, и определение плотности одоранта, при этом текущее значение расхода одоранта определяют с учетом значения плотности одоранта, отличающийся тем, что перед определением значения расхода одоранта измеряют температуру окружающей среды t, при этом определяют значения плотности одоранта и коэффициента поверхностного натяжения одоранта в зависимости от измеренного значения температуры окружающей среды, согласно выражениям:
$$\begin{array}{c}\rho =1.335228\cdot {10}^{-16}\cdot t^6+2.226\cdot {10}^{-13}\cdot t^5+3.51277\cdot {10}^{-9}\cdot t^4+\\ +6.5438\cdot {10}^{-7}\cdot t^3+1.604\cdot {10}^{-5}\cdot t^2+0.094813\cdot t+72.05854\end{array},кг/{м}^3$$ ,
σ=(-4·10^-6·t³·0.0003·t²-0.1355·t+25.701)/1000 Н/м,
далее определяют массу одной капли одоранта в зависимости от полученного значения плотности одоранта ρ и коэффициента поверхностного натяжения одоранта σ, согласно выражению:
$$m=\frac{2\pi R\cdot \sigma }{g}$$ , кг,
далее определяют количество капель одоранта N, упавших за промежуток времени 1 с, 1 мин, 1 час, 1 день, 1 месяц, 1 год, и с учетом найденного значения массы одной капли и плотности одоранта определяют объемный расход и массовый расход одоранта за промежуток времени 1 с, 1 мин, 1 час, 1 день, 1 месяц, 1 год, согласно выражению:
$$V=N\frac{2\pi R\cdot (-4\cdot {10}^{-6}\cdot t^3+0.003\cdot t^2-0.1355\cdot t+25.701)}{1000\cdot g\left(\begin{array}{c}1.335228\cdot {10}^{-16}\cdot t^6+2.226\cdot {10}^{-13}\cdot t^5+3.51277\cdot {10}^{-9}\cdot t^4+\\ +6.5438\cdot {10}^{-7}\cdot t^3+1.604\cdot {10}^{-5}\cdot t^2+0.094813\cdot t+72.05854\end{array}\right)}$$ ,
где ρ - плотность одоранта, кг/м³;
π - постоянная;
σ - коэффициент поверхностного натяжения одоранта, Н/м;
t - температура окружающей среды, °C;
R - радиус сопла, м;
g - ускорение свободного падения, м/с²;
N - количество капель одоранта, упавших за промежуток времени 1 с, 1 мин, 1 час, 1 день, 1 месяц, 1 год, шт.;
V - объемный расход одоранта за промежуток времени 1 с, 1 мин, 1 час, 1 день, 1 месяц, 1 год, м³.

2. Устройство учета расхода одоранта на одоризационных установках капельного типа, содержащее микроконтроллер, роль которого выполняет блок вычисления расхода одоранта, отличающееся тем, что дополнительно содержит: блок фиксации пролета капли, выход которого подключен к входу блока преобразования и нормализации дискретного сигнала, выход которого соединен с первым входом микроконтроллера, выполненного с функцией подсчета времени, выход которого соединен с входом промышленного GSM-модема с поддержкой пакетной передачи данных GPRS, второй вход микроконтроллера с функцией подсчета времени соединен с выходом блока регистрации температуры, причем блок фиксации пролета капли содержит защитный во взрывобезопасном исполнении корпус с креплениями и заизолированными контактами, обкладки цилиндрического конденсатора, размещенные внутри взрывобезопасного корпуса, а выход промышленного GSM-модема с поддержкой пакетной передачи данных GPRS является выходом для подключения к системе центрального пункта управления по беспроводной линии связи.

3. Устройство учета расхода одоранта на одоризационных установках капельного типа, содержащее микроконтроллер, роль которого выполняет блок вычисления расхода одоранта, отличающееся тем, что дополнительно содержит: блок фиксации пролета капли, выход которого подключен к входу блока преобразования и нормализации дискретного сигнала, выход которого соединен с первым входом микроконтроллера, выполненного с функцией подсчета времени, выход которого соединен с входом промышленного GSM-модема с поддержкой пакетной передачи данных GPRS, второй вход микроконтроллера с функцией подсчета времени соединен с выходом блока регистрации температуры, причем блок фиксации пролета капли содержит защитный во взрывобезопасном исполнении корпус с креплениями и заизолированными контактами, чувствительный элемент-конденсатор, размещенный внутри взрывобезопасного корпуса под углом к его вертикальной оси, с возможностью свободного стекания капли, а выход промышленного GSM-модема с поддержкой пакетной передачи данных GPRS является выходом для подключения к системе центрального пункта управления по беспроводной линии связи.

4. Устройство учета расхода одоранта на одоризационных установках капельного типа, содержащее микроконтроллер, роль которого выполняет блок вычисления расхода одоранта, отличающееся тем, что дополнительно содержит: блок фиксации пролета капли, выход которого подключен к входу блока преобразования и нормализации дискретного сигнала, выход которого соединен с первым входом микроконтроллера, выполненного с функцией подсчета времени, выход которого соединен с входом промышленного GSM-модема с поддержкой пакетной передачи данных GPRS, второй вход микроконтроллера с функцией подсчета времени соединен с выходом блока регистрации температуры, причем блок фиксации пролета капли содержит защитный во взрывобезопасном исполнении корпус с креплениями и заизолированными контактами, излучатель и фотоприемник, размещенные на одной оптической оси, диаметрально, внутри взрывобезопасного корпуса, а выход промышленного GSM-модема с поддержкой пакетной передачи данных GPRS является выходом для подключения к системе центрального пункта управления по беспроводной линии связи.