УРОВНЕМЕР ДЛЯ РАБОТАЮЩЕЙ В НЕПРЕРЫВНОМ РЕЖИМЕ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО ПЕРЕЛИВА ВЯЗКОЙ ЖИДКОСТИ, НАХОДЯЩЕЙСЯ ПОД ВЫСОКИМ ДАВЛЕНИЕМ Российский патент 2017 года по МПК G01F23/30 G05D9/04 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к аналитическому приборостроению и может найти применение в лабораторных или пилотных установках моделирования процессов крекинга, гидрокрекинга, гидроочистки нефтепродуктов.

Уровень техники

Известны поплавковые уровнемеры фирмы WIKA на базе герметичных сферических или цилиндрических поплавков, заполненных газом, находящимся под давлением, близким к давлению в резервуаре, в котором измеряется уровень жидкости. Поплавки имеют относительно большой вес и габаритные размеры, так как требуется, с одной стороны, обеспечить их прочность, с другой - плавучесть. Обычно они погружены в жидкость не менее чем на 50% своей высоты, что приводит к ограничению диапазона плотностей жидкостей, в которых они плавают, что неприемлемо для сепараторов высокого давления, работающих с углеводородами - такими как пропан, бутан, гексан, и в то же время с битумами и парафинами в зависимости от стадии процессов крекинга. Кроме того, наличие в конструкции поплавков коаксиальной втулки, взаимодействующей с трубчатой направляющей, с датчиками положения внутри, вдоль которой движется поплавок, значительно затрудняет эксплуатацию такого поплавка в вязких жидкостях, так как из-за их большого поверхностного натяжения поплавок прилипает к направляющей. Вследствие этого как минимум появляется гистерезис при изменении направления движения поплавка, а чаще его полному прилипанию к направляющей и прекращению работы уровнемера. Максимальное рабочее давление этих уровнемеров не более 10 МПа, что явно недостаточно для использования в сепараторах высокого давления. Известен также уровнемер для резервуаров, находящихся под высоким давлением, с поплавком, выполненным в виде тонкостенного корпуса с открытым дном, в отверстие которого введена соединительная трубка, связывающая внутреннюю полость поплавка с наджидкостным пространством А.с. №732677, G01F 23/06 от 05.05.80. Недостатком данного уровнемера является то, что его идеология и конструкция адаптированы под байпасные указатели уровня, регистрирующие верхнее и нижнее значение уровня жидкости, которые абсолютно непригодны для работы с вязкими жидкостями, такими как нефть, которая имеет большое усилие поверхностного натяжения, приводящее к прилипанию поплавка к корпусу резервуара особенно в крайних положениях. Осаждение на поверхности поплавка тяжелых компонентов, таких как битумы и кокс, приводит к потере плавучести и необходимости периодической промывки элементов конструкции уровнемера, что требует периодической разборки и сборки с заменой уплотнительных элементов и испытаний на герметичность устройства, работающего под большим давлением. Основным недостатком байпасного поплавкового уровнемера является его большой объем, обусловленный необходимостью за счет размеров гарантировать плавучесть поплавка, что неприемлемо для сепараторов высокого давления, объем которых, обычно, не превышает один литр.

Раскрытие изобретения

Целью предлагаемого изобретения является:

- исключение влияния на работу уровнемера поверхностного натяжения рабочих жидкостей;

- исключение прилипания поплавка к элементам конструкции сепаратора;

- исключение изменения веса поплавка и, как следствие, его плавучести за счет осаждения на его поверхности компонентов вязкой жидкости;

- исключение накопления на внутренней поверхности поплавка конденсата рабочей жидкости;

- расширение диапазона рабочих давлений;

- расширение диапазона плотностей рабочих жидкостей;

- исключение необходимости частой промывки сепаратора;

- обеспечение длительной непрерывной работы установки без технического обслуживания.

Указанная цель достигается тем, что уровнемер включает помещенный в резервуар тонкостенный поплавок с открытым дном, в отверстие которого введена трубка, последняя выполнена из немагнитного материала, верхний конец ее заглушен, а нижний герметично закреплен на дне резервуара так, что ее внутренний объем связан с атмосферой. Внутри трубки помещены связанные с блоком автоматики датчики «Холла», взаимодействующие с закрепленным на поплавке надетым на трубку кольцевым постоянным магнитом, при этом высота поплавка и длина трубки выбраны таким образом, что поплавок в своем нижнем положении повисает на заглушенном конце трубки, не имея возможности опуститься на дно резервуара. На теле резервуара закреплены направляющие, обеспечивающие вертикальное положение поплавка, при этом элементы направляющих, контактирующие с поверхностью поплавка, имеют сферическую форму. В состав блока автоматики включены измерители скорости налива и слива жидкости, а также управляемый таймер, связанный со снабженными автоматическим приводом наливным и сливным клапанами, закрепленными на входном (верхнем) и выходном (нижнем) штуцерах резервуара. Внутри резервуара напротив выхода входного штуцера закреплен отражатель, исключающий контакт выходящей из штуцера парогазовой смеси с наружной поверхностью поплавка.

Описание чертежей

На фиг. 1 изображен уровнемер для работающей в непрерывном режиме системы автоматического перелива вязкой жидкости из находящегося под высоким (≥10 МПа) давлением сепаратора установки крекинга нефти.

Осуществление изобретения

Устройство состоит из снабженного герметичной крышкой 1 толстостенного цилиндрического резервуара 2 с коническим дном, в котором коаксиально и герметично закреплена трубка 3 из немагнитного материала, верхний конец которой герметично заглушен имеющей форму сферы заглушкой 4. Внутренний объем трубки 3 связан с атмосферой, и в нем расположены два датчика 5 и 6 «Холла», один в верхней части трубки 3, другой в нижней соответственно. На трубку 4 надет кольцевой постоянный магнит 7 из ниобия, представляющий собой шайбу толщиной 0,5 мм и взаимодействующий с датчиками 5 и 6, фиксирующими его положение, при своем движении вдоль трубки 3 в виде пропорционального электрического сигнала. Магнит 7 коаксиально закреплен на тонкостенном цилиндрическом поплавке 8 с открытым дном. Перемещаясь вдоль трубки 3 в соответствии с уровнем жидкости в резервуаре 2, поплавок своей внешней поверхностью взаимодействует с концами направляющих 9, имеющих сферическую форму, то есть обеспечивают исключающий прилипание точечный контакт с поплавком 8 и его вертикальное положение. В верхней части резервуара 2 расположены два штуцера 10 и 11, один для подвода парогазовой смеси, другой для отвода газа соответственно. На штуцере 10 для подвода парогазовой смеси закреплен вентиль 12 с автоматическим приводом, который в свою очередь связан с управляемым таймером 13 в блоке управления 14. На дне резервуара 2 закреплен трубопровод 15 с вентилем 16, снабженным автоматическим приводом, который в свою очередь связан с управляемым таймером 13 блока управления 14. Блок управления 14 содержит измеритель скорости налива 17 и слива 18, связанные через микроконтроллер с управляемым таймером 13. Внутри резервуара 2 напротив выхода входного штуцера 10 закреплен отражатель 19, исключающий контакт потока выходящей из штуцера 10 парогазовой смеси с наружной поверхностью поплавка 8.

Устройство работает следующим образом

В исходном состоянии поплавок находится в крайнем нижнем положении, то есть висит на трубке 3, при этом вентиль 16 на выходе резервуара 2 (сепаратора) закрыт, а вентиль 12 на входе открыт. Датчик «Холла» 5, фиксирующий положение закрепленного на поплавке 8 кольцевого магнита 7 относительно его крайнего нижнего положения, расположен внутри трубки 3 напротив магнита 7; и при перемещении магнита 7 (всплытии поплавка) покажет величину его отклонения от крайнего нижнего положения. Из реактора через вентиль 12 и штуцер 10 в резервуар 2 (сепаратор) поступает поток парогазовой смеси, встречая на своем пути отражатель 19, расположенный в зазоре между стенкой ресивера 2 и поплавком 8. Жидкая фракция осаждается на отражателе 19 или на внутренней стенке резервуара 2 и стекает по ней на его дно, а газовая фракция через штуцер 11 сбрасывается через систему автоматического поддержания давления в установке, реализованную на регуляторе давления «до себя». Вязкая жидкость, стекая на дно ресивера 2, не контактирует с поверхностью поплавка 8, не смачивая и не осаждаясь на его поверхности, то есть не увеличивая его вес. Поплавок всплывает, когда жидкость в резервуаре 2 достигнет уровня, при котором поплавок 8 на 10÷15% (в зависимости от вязкости жидкости) погружается в жидкость. По мере подъема уровня жидкости в резервуаре 2 поплавок 8 также поднимается вместе с движущимися вдоль трубки 3 кольцевым магнитом 7. Датчики «Холла» 5 и 6, расположенные в нижней и верхней части трубки 3, взаимодействуют с магнитом и формируют сигналы о положении поплавка 8, поступающие в блок управления 14, где, в первую очередь, сравниваются между собой, что повышает в два раза достоверность и точность измерения уровня жидкости в резервуаре 2. Сигналы с датчиков 5 и 6 поступают также на измерители скорости 17 и 18 налива и слива жидкости, которые вычисляют значения производных функций изменяющихся сигналов датчиков 5 и 6. Величина значения в каждый текущий момент времени должна быть одинаковой, но иметь различный знак. Сравнение величин производной также увеличивает достоверность определения как скорости слива и налива, так и положения поплавка 8. При достижении заданного оператором уровня управляемый таймер формирует два последовательных сигнала, первый - на закрытие вентиля 12 и отключение насоса подающего жидкость в реактор, второй - на открытие вентиля 13. За счет находящегося в верхней части резервуара 2 газа, сжатого до высокого (≥10 МПа) давления, жидкость как пружиной выдавливается через вентиль 13 в сепаратор низкого давления, при этом нельзя допускать, чтобы жидкость слилась полностью, так как из резервуара 2 (сепаратора) выйдет весь газ и будет невозможно подсчитать материальный баланс, а также произойдет пневмоудар, формируемый выходящим под большим давлением газом. Пневмоударом могут быть выведены из строя измерительные приборы, подключенные к входу сепаратора низкого давления (например, счетчик газа, хроматограф и так далее), а также разрушен сам сепаратор низкого давления, кроме того, упадет давление в установке, что в свою очередь не позволит корректно продолжать эксперимент, так как при отсутствии давления открытие вентиля 12 приведет к мгновенному закипанию жидкости в реакторе, и парогазовая смесь будет выброшена в сепаратор высокого давления вместе с катализатором, в присутствии которого она не успела прореагировать.

Сигналом к прекращению слива мог быть сигнал о достижении уровня поплавка 8, при котором он повис на трубке 3, но при этом нижняя часть поплавка 8, составляющая 10÷15% его высоты, останется погруженной в жидкость, что при многократных наливах и сливах приведет к отложению на погруженной части поплавка 8 тяжелых компонентов смеси, а, самое главное, жидкость постепенно будет заполнять его внутренний объем за счет конденсирующихся на внутренней стенке поплавка 8 компонентов жидкости, которые в свою очередь также увеличивают вес поплавка. Дело в том, что точка росы, то есть температура, при которой происходит формирование конденсата при 100% влажности (которая имеет место внутри сепаратора), равна температуре жидкости, и поэтому избавиться от формирования конденсата на внутренней поверхности поплавка 8 невозможно. Для исключения этого эффекта слив жидкости при достижении поплавком 8 уровня, при котором он повис на трубке 3, не прекращается, а продолжается до тех пор, пока уровень жидкости не опустится ниже, чем нижний край открытого дна поплавка 8. Вследствие этого вся жидкость вытечет из внутреннего объема поплавка, а с нижней части поверхности поплавка 8 стечет большая часть смачивавшей ее жидкости, вернув поплавку 8 первоначальный вес и плавучесть. Повторение этой процедуры при каждом сливе гарантирует непрерывную работу системы автослива в течение длительного времени без технического обслуживания (промывки). Для автоматического осуществления данной процедуры после поступления сигнала с датчиков 5 и 6 о достижении при сливе уровня жидкости, соответствующего повисанию поплавка 8 на трубке 3, и используя информацию о геометрических размерах поплавка 8, объеме резервуара 2 под поплавком 8 и вычисленной измерителями 17 и 18 скорости слива жидкости, управляемый таймер 13 формирует временной интервал, по истечении которого закроется вентиль 16 на выходе резервуара 2, и полного слива жидкости не произойдет, и в резервуаре 2 сохранится рабочее давление, но при этом сформируются условия для самоочистки поплавка 8, то есть уровень жидкости опустится ниже края открытого дна поплавка 8, обеспечив слив рабочей жидкости с поверхности поплавка и из внутренней его части. После закрытия вентиля 16 открывается вентиль 12 и включается насос, подающий жидкость в реактор, то есть возобновляется поступление рабочей жидкости в резервуар 2.

Изобретение относится к аналитическому приборостроению и может найти применение в лабораторных или пилотных установках моделирования процессов крекинга, гидрокрекинга и гидроочистки нефтепродуктов. Уровнемер состоит из помещенного в резервуар тонкостенного поплавка с открытым дном, в отверстие которого введена выполненная из немагнитного материала трубка, находящийся внутри поплавка конец которой заглушен, а нижний ее конец герметично закреплен на дне резервуара так, что внутренний объем трубки связан с атмосферой, а внутрь трубки помещены связанные с блоком автоматики датчики «Холла», взаимодействующие с закрепленным на поплавке надетым на трубку кольцевым постоянным магнитом. Высота поплавка и длина трубки выбраны таким образом, что поплавок в своем нижнем положении повисает на заглушенном конце трубки, не имея возможности опуститься на дно резервуара. На теле резервуара закреплены направляющие, обеспечивающие вертикальное положение поплавка, при этом элементы направляющих, контактирующие с поверхностью поплавка, имеют сферическую форму. Техническим результатом является повышение достоверности и точности измерения уровня. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Уровнемер для работающей в непрерывном режиме системы автоматического перелива вязкой жидкости из находящегося под высоким давлением сепаратора установки крекинга нефти, включающий помещенный в резервуар тонкостенный поплавок с открытым дном, в отверстие которого введена трубка, отличающийся тем, что находящийся внутри поплавка верхний конец выполненной из немагнитного материала трубки заглушен, а нижний ее конец герметично закреплен на дне резервуара так, что внутренний объем трубки связан с атмосферой, а внутрь трубки помещены связанные с блоком автоматики датчики «Холла», взаимодействующие с закрепленным на поплавке надетым на трубку кольцевым постоянным магнитом, при этом высота поплавка и длина трубки выбраны таким образом, что поплавок в своем нижнем положении повисает на заглушенном конце трубки, не имея возможности опуститься на дно резервуара.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что на теле резервуара закреплены направляющие, обеспечивающие вертикальное положение поплавка, при этом элементы направляющих, контактирующие с поверхностью поплавка, имеют сферическую форму.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в состав блока автоматики включены измерители скорости налива и слива жидкости, а также управляемый таймер, связанный со снабженными автоматическим приводом наливным и сливным клапанами резервуара, закрепленными соответственно на входном и выходном штуцерах резервуара.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что внутри резервуара напротив выхода входного штуцера закреплен отражатель, исключающий контакт потока выходящей из штуцера парогазовой смеси с наружной поверхностью поплавка.