СПОСОБ ПРИЕМА И УЧЕТА НЕФТЕПРОДУКТОВ Российский патент 2019 года по МПК G01F3/00 B65D3/00 

Изобретение относится к автоматизированным способам откачки и учета нефтепродуктов или других жидкостей с низким давлением насыщенных паров, сливаемых из железнодорожных цистерн (далее ЖДЦ), автоцистерн и других емкостей, а именно, к динамическим способам измерения массы топлива с наименьшей погрешностью измерения и высокой надежностью выполнения такого измерения именно при полном освобождении цистерн от транспортируемых в них сред.

Известны следующие способы учета нефтепродуктов, соответствующие ГОСТ Р 8.595-2002: Государственная система обеспечения единства измерений. Масса нефти и нефтепродуктов. Общие требования к методикам выполнения измерений. (актуализация текста от 01.01.2018):

- прямой статический метод, при котором масса товара определяется как вычисленная разница по результатам взвешивания порожней и загруженной железнодорожной цистерны на статичных весах до и после погрузки, например, при использовании установок тактового налива на нефтеперерабатывающем заводе;

- прямой динамический метод, при котором масса оценивается непосредственно в процессе погрузки с помощью массомеров установок налива, например, на эстакадах галерейного типа;

- косвенный статический метод, при котором значение массы топлива рассчитывается путем перемножения стандартных значений объема и плотности.

Предельная нормативно допустимая погрешность для указанных методов установлена, например, в России, в 0,25%.

В настоящее время косвенный статический метод является наиболее распространенным, как для операций отгрузки, так и приема топлива. Объем определяется по таблицам приведения с помощью ручных замеров уровня и температуры в мерах вместимости - калиброванных ЖДЦ, а стандартная плотность определяется в лаборатории, в результате анализа проб, отбираемых из ЖДЦ. Эта процедура также осуществляется вручную. В результате, предельно допустимая нормативная погрешность определения массы топлива установлена, например, в России, в 0,65%.

При этом на всех этапах от выполнения измерений до производства расчетов и приемо-сдаточных документов сохраняются риски, обусловленные возможными ошибками различных групп вовлеченного персонала, производящих операции слива, замеры количества на площадке разгрузки, выполнение анализов проб в лаборатории и подготовку журналов, расчетов и отчетности.

Кроме того, погрешность всегда трактуется в пользу продавца и, соответственно, большая погрешность увеличивает убыток покупателя. В результате, покупатель, не имеющий собственной аттестованной системы учета, вынужден оплачивать счета не за фактически поступивший к нему товар, а за данные в уже готовых документах, нередко подготовленных по данным измерений, выполненных вручную.

Технические проблемы, решаемые изобретением, заключаются в следующем:

- в технологическом оборудовании систем измерений (СИ) всегда остаются неопределяемые остатки среды, измеряемые несколькими литрами, а минимум измеряемого количества порции среды в этом случае выражается в тоннах;

- массу указанных остатков можно вычислять через калиброванный объем, уровень и плотность, или определять статическим взвешиванием остатков, или оценивать дополнительную погрешность иным способом, что в метрологическом смысле не всегда целесообразно, поскольку нельзя признать всю принятую партию соответствующей требованиям прямого динамического учета массы. Также, вся система измерений не будет, в этом случае, соответствовать принципу единства применяемого метода для учета всей партии топлива.

- объем жидкости в цистерне не известен заранее. Цистерна может быть наклонена, нефть может застывать на стенках или иметь на дне остатки гигроскопичных мехпримесей и парафинов, не всегда полностью удаляемых при ее разгрузке. Изобретение применяется для учета массы только фактически принятого покупателем количества.

- минимально измеряемое количество топлива в системах, представленных сегодня на рынке выражается целыми тоннами. Это означает, что порция менее тонны, образовавшаяся из-за прерывания процесса учета ЖДЦ, к примеру, из-за засорения фильтра, уже не сможет быть измерена с требуемой погрешностью, что приведет к необходимости признать всю учетную операцию по данной ЖДЦ браком. В случае применения изобретения, минимально измеренное количество снижается на порядок или два, при этом, многократно снижается риск брака при выполнении всей учетной операции по освобождению от продукта цистерны полностью.

- ЖДЦ с неисправным устройством слива не всегда удается разгрузить полностью. Учет остатков также не везде отлажен. Задача точного учета топлива в этом случае особенно усложняется из-за увеличения рисков образования двухфазного потока, образующегося в опускной трубе при разгрузке топлива через верхний люк-лаз. поскольку понижение давления жидкости при ее подъеме вызывает нарушение ее агрегатного состояния, вскипания с образованием парогазовых пузырьков, которые препятствуют нормальной работе и насоса и массомера (расходомера), системы измерения в целом.

При разгрузке исправной цистерны штатным методом через устройство нижнего слива в жаркую погоду из-за большого перепада давления на массомере условного диаметра 80-150 мм поток легко разрывается, нарушая ход штатного измерения. Пузыри газа из паров среды, образующиеся при таком разрыве, серьезно осложняют применение массомеров при падении противодавления в измерительных системах, использующих кориолисовы массомеры с регулирующим клапаном, устанавливаемым сразу за массомером. Даже с учетом применения в измерительных системах (ИС) современных систем управления клапаном и программного обеспечения, позволяющего последовательно применить несколько рабочих циклов измерительной линии (ИЛ) и выполнить измерение количества топлива в несколько приемов, с последующим суммированием принятых из ЖДЦ порций, риск бракованных измерений остается весьма высоким. Этим и объясняется отсутствие массового внедрения массомеров для систем приема топлива, хотя в системах отгрузки топлива они применяются повсеместно.

Еще одна проблема заключается в том, что если при любом сбое работы измерительной линии на дне цистерны остается менее 1 - 2 тонн продукта, то возобновление автоматизированного измерения обычной системой нецелесообразно и должны применяться те же методы учета остатков, что применяются при «верхнем» сливе через люк-лаз. В этом случае измерение всего принятого количества среды, вероятно, будет признано недостоверным.

Обозначенные выше проблемы решаются в представленном изобретении за счет использования при учете нефти системы измерения из двух параллельных измерительных линий с разной пропускной способностью. При этом первая измерительная линия является ключевой для основного режима разгрузки и учета и имеет первый диапазон расхода, а вторая измерительная линия, представляющая ключевое решение в завершающе – зачищающей стадии (далее - «завершающей стадии») имеет второй диапазон расхода и значение метрологического параметра - "минимально возможное измеряемое количество среды" на один или два порядка ниже первой. При этом первая и вторая измерительные линии не являются взаимозаменяемыми, поскольку уменьшение минимально возможного измеряемого количество среды технологически связано с необходимостью уменьшения пропускной способности каждой измерительной линии, а также особенностью топлив, вследствие того, что при меньших диаметрах наблюдается снижение рисков, связанных с образованием пузырьков парогазовой фракции в потоке среды до уровня, позволяющего надежно измерять ее остаточное количество.

Техническим результатом патентуемого решения является:

- реализация динамических массовых измерений с минимальной погрешностью;

- обеспечение недостижимого в других системах уровня надежности учета массы нефтепродуктов, принятых из цистерны при ее полной разгрузке, как за счет уменьшения минимального измеряемого количества продукта, так и за счет снижения скорости сбора нефтепродуктов на завершающей стадии.

Предлагаемый метод не только повышает точность, но и обеспечивает возможность непрерывной откачки остатков. На завершающей стадии топливо стекает со стенок цистерны и трубопроводов в картер и не содержит существенной газовой фракции. При откачке из картера с малым расходом через измерительную линию малого диаметра, пузыри газовой фракции в критичном количестве не образуются, и завершающая стадия, состоящая из одного или нескольких циклов, выполняется в штатном режиме наиболее надежным образом.

Таким образом, заявленный технический результат обеспечивается за счет двухстадийного способа откачки и учета топлива, включающего основную и завершающую стадии. Стадии различаются способом отбора среды из емкости: в основной стадии среда отбирается насосом из трубопровода, подсоединенного к ёмкости, и закачивается под давлением в первую измерительную линию. Эта первая или основная измерительная линия обустроена в трубопроводной системе основного диаметра и оснащена на входе массомером с первым диапазоном расхода. По достижении установленных значений с приборов, которыми оснащена первая линия, автоматическая система управления (АСУ) производит остановку насоса первой линии и обеспечивает срабатывание ее приводной запорной арматуры, завершая этим цикл измерения основной стадии. Далее, АСУ переключает систему на режим завершающей стадии. А в завершающей стадии поток среды собирается из цистерны и внутренних полостей самой системы измерения, только самотеком поступая в картер системы, из нижней точки которого подается насосом малой производительности во вторую измерительную линию, производительность которой и значение минимально возможного измеряемого количества среды на один-два порядка меньше, чем основной линии. Вторая измерительная линия оснащена массомером со вторым диапазоном расхода и осуществляет отбор и измерение остатков среды в, по меньшей мере, в один прием, по команде автоматической системы управления производит следующий, а после достижения заданного в автоматической системе управления количества приемов отбора среды и ее измерения, работа линии и всей системы прекращается.

Обе измерительные линии оснащены приборами измерения массы среды в динамике (потоке), датчиками температуры, давления, регулирующими клапанами для кондиционирования потока, образующими для этого противодавление ("обратное давление") среды и вычислительным устройством, рассчитывающим массу измеренной среды.

Таким образом, принцип изобретения состоит в последовательном использовании обеих линий, что обеспечивает гораздо более надежное измерение массы всей партии с заданной минимальной погрешностью. Первая линия завершает работу после откачки основной массы среды из цистерны, трубопроводы этой первой линии полностью отключается от внешних трубопроводов. После этого включается вторая линия, которая отбирает поступающую самотеком в картер системы среду практически полностью. Вторая линия определяет для всей системы важную характеристику, называемую минимумом возможного измеряемого количества, низкое значение этой характеристики значительно повышает возможность возобновления метрологически значимых измерений и выполнения его в несколько приемов. Это снижает риск измерения всего количества среды при выполнении полной разгрузки цистерны. Рекомендованные значения первой линии: ДУ 50- 125мм (DN 2"-5"), второй ДУ 6 - 20мм (DN 1/4" - 4/5”) в случае разгрузки железнодорожных цистерн. Для разгрузки танкеров и специальных емкостей (в т.ч. сжиженный природный газ, LNG/LPG) - первая линия ДУ 100 - 400мм (DN 4" - 16") , вторая ДУ 6 - 50мм (DN 1/4 - 2"). Изобретение подходит для любых типов расходомеров, в частности кориолисовых, ультразвуковых, струйных, турбинных, прямого объёмного вытеснения и магнитоиндуктивных.

За счет того, что вторая линия имеет трубопроводы малого диаметра, снижается вероятность появления в них парогазовых пузырьков, приводящих к сбою в работе массомера, что известно из производственного опыта. В результате, применение второй линии обеспечивает возможность производить метрологически значимые замеры для каждого из нескольких циклов измерений, которые могут быть необходимы для измерения всей среды из поступившей под разгрузку цистерны. Если метрологическая значимость и достоверность каждого измерения подтверждена вычислительным устройством системы, то суммирование этим же устройством всех замеров образует массу среды, учтенной должным образом при ее приеме в результате полного освобождения цистерны от среды, в том числе самотеком на завершающей стадии.

Другими словами, после осуществления отбора из емкости и измерения основного объема среды в первой измерительной линии с установленной погрешностью (основной режим), производится завершение отбора среды и измерение ее остатков в один или несколько приемов с помощью второй измерительной линии (завершающий режим), который также зачищает трубопроводы и полости самой измерительной системы, подготавливая ее, таким образом, к приему следующей, поступающей под разгрузку цистерны. Объем отобранной и измеренной среды вычисляется суммированием всех измеренных и метрологически значимых порций среды, общая погрешность системы из двух линий определяется, в основном, погрешностью первой линии в основном режиме. Полный отбор остатков среды из картера и замер этого количества второй линией позволяет снизить минимально возможное измеряемое количество не менее, чем на два порядка, по сравнению с уровнем техники.

Помимо этого, еще один важный эффект этого изобретения в том, что многократно возрастает вероятность измерения всей партии возобновлением измерения при сбое, с последующим суммированием, когда каждое слагаемое должно быть больше, чем минимально возможное измеряемое количество, поскольку только тогда сумма образует метрологически значимый результат. Это особенно важно для разгрузки ЖДЦ и автоцистерн.

Управление работой компонентами системы осуществляется автоматической системой управления (далее АСУ).

В частном случае реализации команда АСУ на необходимость перехода в завершающую стадию, а также на окончание очередного приема отбора и измерения продукта в завершающей стадии, возникает при разрыве струи потока жидкости из-за образования пузырей парогазовой фракции, регистрируемых щупом, преобразователь сигнала которого настроен на определение отсутствия жидкой среды - незаполненному средой сечению трубопровода на всасе насоса соответствующей линии.

В частном случае реализации команда АСУ на необходимость перехода в завершающую стадию, а также на окончание очередного приема отбора и измерения продукта в завершающей стадии, возникает при показаниях действующего в данный момент массомера, соответствующих наличию пузырей в среде выше нормы.

В частном случае реализации команда АСУ на необходимость перехода в завершающую стадию, а также на окончание очередного приема отбора и измерения продукта в завершающей стадии, возникает по появлению диагностической ошибки по уставке токовой нагрузки в цепи питания возбудителя соответствующего массомера.

В частном случае момент подачи команды АСУ на необходимость перехода в завершающую стадию, определяется требованием не превышать определенное значение токовой нагрузки на катушке возбуждения сенсора массомера основной линии, заданное в автоматические системы управления.

Сигнал АСУ на окончание итераций приема в завершающем режиме и, таким образом, на завершение процесса приема продукта до выполнения максимального количества приемов, возникает при совокупности факторов или превышении заданного критического значения по одному из вышеуказанных факторов.

Основная и завершающая измерительные линии не являются взаимозаменяемыми, поскольку имеют разные расходы среды, реализованные применением разных технологических трубопроводов разной пропускной способности. Обе измерительные линии системы (далее, маркированные по компонентам и в описании как А и В) идентичны по конструкции, принципу работы, составу оборудования и относительной погрешности измерений. Линии А и Б отличаются только рабочим диапазоном. Соответственно, производительность линии А в 50 - 100 раз превышает производительность линии В, а абсолютные значения нормативной погрешности и минимума измеряемого количества для линии Б в 50 -100 раз меньше. Понижение минимума измеряемого количества, определяемое для всей системы по характеристикам линии Б, значительно понижает риски невыполнения (брака) учета массы всей поступившей среды в процессе полной разгрузки емкости.

В частном случае реализации изобретения, слив осуществляют через нижний сливной прибор ЖДЦ.

В частном случае реализации изобретения на основной и завершающей стадиях применяют кориолисовые расходомеры, при этом в завершающей стадии применяют расходомер с пропускной способностью на один - два порядка меньше пропускной способности расходомера, применяемого на основной стадии.

В частном случае реализации изобретения ЖДЦ разгружают через верхний люк (лаз). При этом также применяют стандартное для всех подобных систем устройство, обеспечивающее кондиционирование среды посредством обработки потока среды под давлением газоотделителями, гарантирующими фазовое состояние жидкости. Эффективное кондиционирование потока исключает возможность образования в нем газовой фракции, и при этом его регулирование осуществляется таким образом, что замер массы с помощью кориолисового массомера обеспечивается со значениями погрешности, близкой к повторяемости.

Для достижения минимального уровня погрешности учета массы всего топлива, необходимо минимизировать погрешность определения по каждой из суммируемых партий. Необходимый резерв погрешности создается с помощью оптимизации режима работы для каждого из массомеров путем кондиционирования потока. В результате, ожидаемая инструментальная погрешность на измерение массы каждой партии приближается к повторяемости массомера и составляет примерно 0,07%-0,15%, в зависимости от его модели.

Масса каждой партии или порции среды, подлежащей учету, должна превышать «разрешающую способность» или «чувствительность» измерительной системы, которую в метрологии также называют минимальным количеством среды, которое можно измерить данным измерительным устройством, или минимумом возможно измеряемого количества, минимумом порции среды, достаточной для выполнения измерения, минимально возможного измеряемого количества среды, и т.п. Иначе говоря, если любая порция среды в составе последовательных поступающих через линию учета продукта окажется меньше, чем ее минимально возможноe измеряемое количество, то она не может быть включена в суммирование для учета. В результате, вся учетная операция по данной ЖДЦ должна быть признана производственным браком по причине несоответствия метрологическим требованиям.

Заявленный инструментальный минимум измеряемого количества системы для осуществления предлагаемого способа определен в 25 килограммов и установлен с расчетом на прием топлива партиями в два и более приемов, с практическим расчетом на осуществление разгрузки и учета массы в пределах 2-х часов, отведенных соответствующими нормами, применяемыми в России для разгрузки цистерн.

Важным свойством работы предложенной системы является возможность переключения потока среды на измерительную линию В, поскольку перебои в работе измерительной линии А могут быть вызваны как снижением остатка жидкости в емкости до критичного уровня, когда через сформировавшуюся в придонном остатке среды воронку начинает поступать значительное количество воздуха, так и засорением фильтров, сбоем работы газоотделителя и другими причинами.

В этих случаях использование линии с низкой пропускной способностью не только обеспечивает низкие абсолютные значения погрешности измерений для каждой партий, но и на новом уровне повышает вероятность успешного выполнения метрологически значимого измерения всего объема среды, принятой из цистерны в результате ее полной разгрузки. Принцип действия измерительной системы, состоящей из двух измерительных линий: линии приема основного количества из цистерны (по функции грузовой) большого диаметра и линии, завершающей прием среды (по функции зачистной), на порядок-два меньшей производительности, позволяет выдерживать ожидаемое нормативное время разгрузки, активно выбирая грузовым насосом основную (80 – 97%) часть груза со штатной производительностью. Выключение грузового насоса позволяет избавиться от негативных явлений в конце активной фазы разгрузки: образования воронок по достижении низкого уровня среды и образования избыточного количества пузырей в трубопроводах.

После включения зачистного насоса, подключенного в нижней точке картера системы (куда самотеком поступают остатки топлива из цистерны, соединительных трубопроводов, газоотделителей, фильтров и внутренних поверхностей грузовой линии, и т.п.), поступившая самотеком и, поэтому, не содержащая пузырьков газа среда этим же насосом подается на вторую измерительную линию, характеризующуюся малыми значениями абсолютной погрешности и минимально возможным измеряемым количеством среды.

Учет с применением обычных систем того же назначения состоит из получения суммы порций топлива между сбоями (пузырями или засорением фильтров или другими обстоятельствами), прерывающими процесс измерения, известным по показаниям приборов измерительной линии или вторичным преобразователям самих массомеров. Обычная система имеет единственную линию измерения, то есть включает только технологическое решение, примененное, в нашем случае, для первой измерительной линии, используемой на основной стадии работы системы, предлагаемой в настоящем изобретении. Соответственно, обычная система характеризуется высоким значением минимально возможного измеряемого количества.

Так, если в измерительной линии основной стадии в силу ее технологических особенностей (в частности, диаметра и длины участков примененных трубопроводов) остается, после завершения измерений, 5 кг среды, то при требуемой погрешности измерения не более 0,25% и согласно отношению 100%: 0,25% = 400, минимум возможно измеряемого количества такой системы составляет 2 тонны (5кг х 400).

Это значит, что если непрерывная работа измерительной линии была прервана по любой причине, а в емкости осталось, например, 1,5 тонны среды, то возобновлять измерение с применением измерительной линии основной стадии нецелесообразно, поскольку погрешность данной партии превысит 0,25%. Соответственно всю среду, поступившую из цистерны учесть уже невозможно, но и вернуть именно эту среду в уже принятом количестве из коллектора невозможно. Практически это означает, цистерну необходимо принять сначала с применением ручных замеров, регистрируя ее количество с погрешностью 0,65%, а затем включать измерительную систему в надежде, что в результате все содержимое цистерны будет разгружено полностью и успешно измерено с погрешностью 0,25%. Дублирование операции с участием персонала является непрактичным.

Применение предлагаемого решения, освобождающего грузовую линию от остатков среды и осуществляющего измерения предложенным способом, существенно снижает минимум возможно измеряемого количества для всей измерительной системы.

В предлагаемом решении, во второй зачистной линии может оставаться не более 50 грамм, что, по вышеуказанной формуле, дает 0,050 кг х 400 = 20 кг. Этот минимум измеряемого количества позволяет выполнять измерения любого количества жидкости выше 20-25 кг и рассчитывать его, как значимое слагаемое при расчете всего принятого груза. Риски метрологического брака при выполнении общего учета, а также брака временных норм собственно разгрузки многократно снижаются за счет того, что многократно возрастает вероятность измерения всего принимаемого из емкости количества суммированием всех измеренных партий, принятых по обеим измерительным линиям без брака, где каждое слагаемое больше, чем минимально возможно измеряемое количество среды и сумма образует достоверный результат. Это особенно важно при учете количества топлива, принимаемого при разгрузке ЖДЦ и автоцистерн.

Методика выполнения измерений и проверок оборудования не требует никакого нового оборудования, поскольку подобна той, что применяется для широко распространенных дозирующих систем налива при отгрузке топлива, соответственно, описанный здесь способ также может использоваться и для учета при наливе. Единообразие принципов измерений на приеме и отпуске товара, применение схожих методик поверки унифицирует состав поверочного оборудования, упрощает эксплуатацию и вопросы подготовки персонала.

Далее решение поясняется ссылками на фигуры, на которых приведено следующее.

Фиг. 1 - Схема осуществления способа на основной стадии.

Фиг. 2 - Схема осуществления способа на завершающей стадии.

Технологический процесс слива организуется в два цикла:

1. Основной линией А 3 (компоненты с маркировкой "А") с трубопроводом слива среды 2 с первым диаметром (рекомендованные параметры первого трубопровода 2: ДУ 50- 125 мм (DN 2"-5"), осуществляющий слив и учет 95-99,9 % груза;

2. Линией завершающего цикла В 10 (компоненты с маркировкой В) с трубопроводом слива среды 11 со вторым диаметром (рекомендованные параметры второго трубопровода 11: ДУ 6 - 20 мм (DN 1/4" - 4/5") с поддерживаемой стабильностью, обладающей порядка в 50÷100 раз меньшей производительностью и осуществляющей слив и учет остатков груза, включая остатки среды в цистерне по завершении работы основного насоса 4 устройства слива нижнего (УСН) и рукавов слива, трубопроводов подачи среды в систему измерения и остатков продукта во внутренних объемах измерительной системы.

Обе измерительные линии оснащены приборами измерения массы среды в динамике (потоке) 5, вычислителями измеренной среды должным образом и в соответствии принятой национальной методикой. Обе линии оснащены одинаковыми по принципу работы датчиками, обеспечивающими измерение температуры 6, давления 7 и имеют регуляторы расхода 8. Весь объем отобранной и измеренной среды вычисляется простым суммированием всех измеренных порций среды. Это возможно за счет того, что минимально возможное измеряемое количество во второй линии 10 минимум на два порядка меньше, чем минимально возможное измеряемое количество основной (первой) линии 3.

Последовательность работы системы в штатном режиме:

После получения разрешения на начало сливной операции среды из цистерны 1, сливщик-наливщик подключает к цистерне сливное устройство, соединенное с измерительной системой и запускает грузовой насос 4 основной системы А. После набора соответствующего давления происходит автоматическое открытие задвижки с одновременным фиксированием времени начала отсчета сливаемого продукта через массомер. Требуемый расход среды обеспечивается насосом, а параметры потока, обеспечивающие стабильность процесса ее измерения, поддерживаются регулятором давления и расхода 8.

Таким образом, принимается почти весь объем среды из цистерны 1, после этого поступает команда от АСУ на остановку работы насоса 4 грузовой (основной) линии.

Работа основной системы на этом закончена.

Начинается работа системы завершающего цикла: автоматически открываются задвижки на всасе насоса 12 для слива остатков из оборудования. Насос запускается и происходит учет остатков через массомер малого расхода.

В системе завершающего цикла осуществляют отбор и учет остатков, по меньшей мере, в один прием, по команде автоматической системы управления после достижения заданного в автоматической системе управления количества приемов продукта работа линии и всей системы прекращается.

При отсутствии жидкости в трубопроводе после завершения всех измерений подается сигнал оператору и в систему управления на останов всей системы и переход ее в режим ожидания.

Команда АСУ на переход из основной в завершающую стадию, а также на окончание завершающей стадии возникает в следующих случаях:

- при разрыве струи потока, регистрируемом при показаниях на щупе, соответствующих пустому трубопроводу на всасе насоса соответствующей линии;

- при показаниях действующего в данный момент массомера, соответствующих наличию парогазовых пузырей в среде выше нормы;

- по появлению диагностической ошибки по уставке нагрузки соответствующего массомера.

- требованием не превышать определенное значение токовой нагрузки на катушке возбуждения сенсора массомера основной линии, заданное в АСУ.

Сигнал АСУ на окончание попыток приемов продукта в завершающем режиме и, таким образом, на завершение процесса приема продукта до выполнения максимального количества приемов, возникает при совокупности факторов или превышении заданного критического значения по одному из вышеуказанных факторов. После этого вся система автоматически переходит в режим ожидания, который длится до подключения очередной цистерны, поступившей под разгрузку и запуска системы оператором слива – налива.

Учет нефтепродуктов ведется в единицах массы. Измерение массы прямым динамическим методом в полностью автоматическом режиме является наиболее распространенным методом учета при отпуске топлива В2В. Поэтому, среди прочих требований к системе учета топлива, ключевым является единообразие методов измерений. Работа массомера в конце разгрузки ЖДЦ может прерываться, и если любая порция топлива окажется меньше, чем минимум измеряемого количества, что часто происходит в традиционных системах, то измерение ее массы окажется метрологически недостоверным. В результате, вся учетная операция по данной ЖДЦ автоматически будет признана браком.

Для получения измерений с наименьшей погрешностью, токовая нагрузка на катушку возбуждения сенсора массомера не должна быть слишком высокой. При значении этого параметра выше уставки в АСУ (например, по значению в регистре drug in 70%) срабатывает программный комплекс оптимизации откачки или перехода в следующий, завершающий режим. В любом случае, переход из основного (А) в завершающий режим (В) произойдет при отборе более 95-99,9% топлива, поступившего из ЖДЦ.

Массомер ИЛ завершающего режима В, имеющий на два порядка меньшую производительность, работает при всех других аналогичных параметрах. При этом меньший диаметр трубопровода 11 второй измерительной линии 10 позволяет выполнять измерения с наименьшей погрешностью в более гибком режиме работы, поскольку риск образования пузырьков газа в таких тонких трубках невелик.

В завершающем режиме в картер 9 системы стекает среда из всей технологической цепочки, задействованной в основном режиме. Выполняется учет остатков, поступивших с донных остатков цистерны 1, сливных приборов, фильтров, газоотделителя, насоса, массомера линии А и всех внутренних объемов системы. На завершающем этапе эти остатки откачиваются из картера системы, и учитываются, как это требуется.

В результате применения описанной технологии учета с применением принципа масштабирования измерений, значение минимума возможно измеряемого количества стало ниже на два порядка, соответственно снизилась вероятность брака при выполнения полного учета поступившей среды при штатном опорожнении цистерны, при соблюдении отраслевых норм.

На завершающем этапе В канал выделенного плотномера ИЛ А отключается одновременно с отключением основного расходомера А и работает в режиме массомера в измерительной линии В завершающего цикла. Измерительные каналы массы и плотности в цикле В не дублируются, масса от общего объема является небольшой, что несущественно для расчета общей погрешности по всей учетной операции.

По окончании рабочего цикла в СОИ производится окончательный расчет учтенного продукта. Далее срабатывает программный комплекс перехода в режим ожидания и его исполнение в автоматическом режиме.

Учет общей массы принятого топлива определяется вычислителем системы путем сложения массы всех партий среды, принятой на основном и завершающем этапах.

В качестве примера рассмотрим измерение массы среды в емкости вместимостью 70 тонн. Допустим, насосом производительностью 80 м³/час емкость разгружена за полтора часа, эмпирически определенная основная относительная погрешность первой измерительной линии - 0,11%, что дает при измерении массы в 100 тонн абсолютное значение неопределенности 0,11 тонны.

Теоретически, величина неопределенности, трактуемая в пользу покупателя может быть только нормативной в 0,25% или 250 кг по результатам удачного измерения всего количества продукта при полном опорожнении цистерны.

Допустим, что в реальном случае, из-за засорения фильтров гигроскопичными парафинами («шугой») пришлось прервать откачку продукта и остановить измерение, когда в грузовой, то есть первой измерительной линии, осталось 1 тонна среды. С учетом вышесказанного, обычная измерительная система, способная измерить минимально 2 тонны в таком случае, далее уже неприменима.

В представленном изобретении при наличии второй измерительной линии, оснащенной насосом, обеспечивающим прокачку остатков с производительностью 2,5 м³/час и в 8 раз меньшим условным проходным диаметром и обладающей той же относительной погрешностью выполнения измерений в 0,11%, совмещенная система из двух линий позволит измерить:

во-первых, только остатки с той же эмпирической погрешностью в 1,1 кг (0,0011 тонны). Даже если фильтр будет засоряться несколько раз, жидкая фаза будет полностью отобрана и измерена в несколько приемов (количество приемов влияет на продолжительность разгрузки, для зачистки остатков в 1 тонну надо 20 минут), и засчитаются все те партии, которые превышают по приведенному объему величину 20 кг (0,002 тонны). Значение 20-25 кг является здесь минимально возможным измеряемым количеством второй линии и рассчитывается путем умножения неснижаемого остатка среды величиной 0,05кг на отношение 100%:0,25%=400 (отношение нормативно допустимой погрешности 0,25% к объему партии принятой за 100%). В свою очередь, неснижаемый остаток среды в системе не более 0,05 кг, принятый для этого расчета, учитывает среду во внутреннем объеме трубопровода второй, зачищающей линии объемом V = 0,00004 м³, при Ду 10 мм, при длине трубопровода этой линии L = 0,6 м.

во-вторых, абсолютная погрешность второй линии даст небольшую погрешность не более 2,5 кг на тонну остатков, при том, что на все 70 тонн в цистерне допустимая погрешность не должна превышать 175 кг и эта последняя величина определяет погрешность всей системы;

в-третьих, учитывая то, что за 1 час на основном этапе откачивается практически весь объем, а остатки, условно принятые здесь в одну тонну даже с учетом восстановления работы фильтра откачиваются еще за 25 - 35 минут, то даже при засорении фильтров более одного раза, производительность системы позволит уложиться в 2 часа, которые обычно отводятся на такую разгрузку.

Важно отметить, что за счет гравитации вся система полностью освобождается от среды, и вся замеряется отбором из нижней точки картера. При этом важная метрологическая характеристика - минимально возможное для измерения количество определяется второй системой, и ее погрешность в абсолютном выражении при прочих равных условиях пропорциональна квадрату отношения сечению трубопровода первой линии к сечению второй. В частном случае приведенного выше примера системы отношение 175 : 2,5 = 70 : 1, т.е. минимум возможно измеренного количества оказывается почти на два порядка ниже при том, что Ду80 и Ду10 отличаются только на порядок.

Отметим, что превышение массы минимально измеряемого количества при измерении есть одно из определяющих условий, позволяющих признать цикл измерения партии состоявшимся с нормативной погрешностью, а также, условием суммирования таких результатов для расчета всей массы принятого из ёмкости количества.

На практике в ЖДЦ поступает 63 тонны бензина. При разгрузке традиционными системами (только первая линия) первый пузырь в воронке может появиться, например, после откачки 59 тонн, если регулирование системы одной измерительной линией с Ду 80 не справляется с регулированием потока, либо засорился фильтр и измерение прервано. В этом случае, можно запустить такую систему еще раз, поскольку остаток в 4 тонны пока не превысил минимально возможное измеряемое количество в 2 тонны. Однако, если сбой произойдет еще раз, то, при нормальном распределении вероятности событий, в половине случаев остаток будет менее 2 тонн, то есть уже станет «не измеряемым» такой линией. В результате, при браке в измерении одной партии, вся сумма партий принятого из одной цистерны топлива должна быть признана неучтенной.

Обратно в цистерны из коллектора 13 точно такое же количество топлива уже не налить, поскольку среда уходит в приемный коллектор 13 невозвратно.

В предлагаемой системе эту проблему решает вторая линия, обладающая много меньшим минимумом измеряемого количества и позволяющая измерить вышеуказанный остаток 3 тонны с погрешностью, существенно ниже той, что достижима в существующих сегодня системах.

Таким образом, главное в этом изобретении то, что, снизив на два порядка минимум измеряемого количества, мы на два порядка снижаем риск бракованного измерения.

В результате, от измерения «метрами» мы, как бы, переходим к «сантиметрам» и именно это определяет значение изобретения в практическом применении.

В первую очередь – это ведет к повышению безопасности эксплуатации сливной железнодорожной эстакады, поскольку за счет предложенной автоматизации учетных операций, которые сегодня повсеместно проводятся вручную, количество человеко-часов нахождения персонала в опасной зоне существенно снизится. При этом, предложенная система отличается от других систем тем, что практически полностью выводит топливо из зоны присутствия персонала, что является весьма важным фактором безопасности объекта.

Во вторую очередь, в результате применения предлагаемых систем возможно выйти на качественно другой уровень надежности высокоточных автоматизированных систем разгрузки топлива, поскольку количество бракованных замеров снижается минимум на два порядка по сравнению с сегодняшним уровнем техники.

В целом, предложенная логика построения системы с двумя линиями, различающимися по функции и производительности, приведет в результате к массовому внедрению безопасных, надежных и высокоточных систем, с высокой степенью доступности и готовности на местах эксплуатации.

Изобретение относится к автоматизированным способам откачки и учета нефтепродуктов или других жидкостей с низким давлением насыщенных паров, сливаемых из железнодорожных (далее ЖДЦ) автоцистерн и других емкостей, а именно к динамическим способам измерения массы топлив с наименьшей погрешностью измерения и высокой надежностью выполнения такого измерения именно при полном освобождении цистерн от транспортируемых в них сред. Отличительной особенностью заявленного решения является двухстадийный способ откачки и учета топлива, включающий основную и завершающую стадии. Стадии различаются способом отбора среды из ёмкости: в основной стадии среда отбирается насосом из трубопровода, подсоединенного к ёмкости, и закачивается под давлением в первую измерительную линию. Эта первая (или основная) измерительная линия обустроена в трубопроводной системе основного диаметра и оснащена на входе массомером с первым диапазоном расхода. По достижении установленных значений с приборов автоматическая система управления производит остановку насоса первой линии и срабатывание ее приводной запорной арматуры, завершая этим основной цикл измерения, и переключает систему на режим завершающей стадии. В завершающей стадии поток среды собирается из цистерны и внутренних полостей самой системы измерения только самотеком, поступая в картер системы, из нижней точки которого подается насосом во вторую измерительную линию, производительность которой и минимально возможное измеряемое количество среды на один или два порядка ниже, чем у первой линии, и оснащенную массомером со вторым диапазоном расхода. Технический результат - реализация динамических массовых измерений с минимальной погрешностью, а также обеспечение недостижимого в других системах уровня надежности учета массы нефтепродуктов, принятых из цистерны при ее полной разгрузке, как за счет уменьшения минимального измеряемого количества продукта, так и за счет снижения скорости сбора нефтепродуктов на завершающей стадии. 16 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ измерения количества топлива и жидкостей с низким давлением насыщенных паров в процессе откачки, включающий основную и завершающую стадии, основная стадия включает этапы, на которых запускают первый насос, посредством которого среду из емкости откачивают и нагнетают в первую измерительную линию, оснащенную массомером с первым диапазоном расхода, по команде автоматической системы управления производят остановку насоса первой линии и система автоматически переключается на режим завершающей стадии, в которой остаток среды собирается из цистерны и внутренних полостей самой системы измерения только самотеком в картер системы, из нижней точки которого среду посредством второго насоса отбирают во вторую измерительную линию, производительность которой и минимально возможное измеряемое количество среды на один-два порядка меньше, чем основной линии, и оснащенную массомером со вторым диапазоном расхода, осуществляют отбор и измерение остатков среды в, по меньшей мере, один прием, после достижения заданного в автоматической системе управления количества приемов отбора и измерения продукта работа линии и всей системы прекращается, вычисление метрологически значимого результата измерения массы всего количества поступившей из емкости среды производится вычислительным устройством системы путем сложения массы всех партий среды, принятой на основном и завершающем этапах.

2. Способ измерения количества топлива по п. 1, характеризующийся тем, что команда автоматической системы управления на необходимость перехода в завершающую стадию, а также на окончание очередного приема отбора и измерения в завершающей стадии возникает при разрыве струи потока, регистрируемом при показаниях на щупе, соответствующих пустому трубопроводу на всасе насоса соответствующей линии.

3. Способ измерения количества топлива по п. 1, характеризующийся тем, что команда автоматической системы управления на необходимость перехода в завершающую стадию, а также на окончание очередного приема отбора и измерения в завершающей стадии возникает при засорении фильтра, определяемого по превышению установленных предельных значений дифференциального датчика давления на фильтре.

4. Способ измерения количества топлива по п. 1, характеризующийся тем, что команда автоматической системы управления на необходимость перехода в завершающую стадию, а также на окончание очередного приема отбора и измерения в завершающей стадии возникает при показаниях действующего в данный момент массомера, соответствующих наличию пузырей в среде выше нормы.

5. Способ измерения количества топлива по п. 1, характеризующийся тем, что команда автоматической системы управления на необходимость перехода в завершающую стадию, а также на окончание очередного приема отбора и измерения в завершающей стадии, возникает по появлению диагностической ошибки по уставке токовой нагрузки в цепи питания возбудителя соответствующего массомера.

6. Способ измерения количества топлива по п. 1, характеризующийся тем, что момент подачи команды автоматической системы управления на необходимость перехода в завершающую стадию определяется требованием не превышать определенное значение токовой нагрузки на катушке возбуждения сенсора массомера основной линии, заданное в автоматической системе управления.

7. Способ измерения количества топлива по пп. 1-6, характеризующийся тем, что сигнал АСУ на окончание попыток приема и измерения в завершающем режиме и, таким образом, на завершение процесса приема продукта до выполнения максимального количества приемов возникает при совокупности факторов или превышении заданного критического значения по одному из факторов, представляющих собой разрыв струи потока, засорение фильтра, показания действующего в данный момент массомера, соответствующие наличию пузырей в среде выше нормы, появление диагностической ошибки по уставке токовой нагрузки в цепи питания возбудителя соответствующего массомера, превышение определенного значения токовой нагрузки на катушке возбуждения сенсора массомера основной линии, заданное в автоматической системе управления.

8. Способ измерения количества топлива по п. 1, характеризующийся тем, что в завершающем режиме в картер системы стекает среда из цистерны, подводящих среду к системе откачки и измерения трубопроводов и полостей основной измерительной линии.

9. Способ измерения количества топлива по п. 1, характеризующийся тем, что в завершающем режиме в картер системы выполняется слив, откачка и учет остатков, поступивших со дна цистерны, из сливных приборов, фильтров, со дна газоотделителя, из насосов, массомера основной линии и внутренних объемов системы.

10. Способ измерения количества топлива по п. 9, характеризующийся тем, что слив осуществляют через нижний сливной прибор цистерны или нижней точки днища емкости.

11. Способ измерения количества топлива по п. 1 или 9, характеризующийся тем, что в процессе откачки с помощью основной и (или) завершающей линий осуществляется кондиционирование потока и поддержание режима работы обоих расходомеров в режиме, выбранном согласно паспортным данным примененного типа расходомера, соответствующим наименьшей погрешности измерений.

12. Способ измерения количества топлива по п. 10, характеризующийся тем, что кондиционирование потока в процессе откачки с помощью основной и/или завершающей линий осуществляется с помощью типового регулирующего клапана, создающего обратное давление (противодавление) среды.

13. Способ измерения количества топлива по п. 1 или 9, характеризующийся тем, что в процессе откачки с помощью основной и/или завершающей измерительной линии осуществляется кондиционирование потока посредством обработки потока среды под давлением газоотделителями, обеспечивающими фазовое состояние жидкости.

14. Способ измерения количества топлива по п. 1, характеризующийся тем, что на основной и завершающей стадиях применяют кориолисовые расходомеры, при этом в завершающей стадии применяют расходомер с пропускной способностью на один-два порядка меньше пропускной способности расходомера, применяемого на основной стадии.

15. Способ измерения количества топлива по пп. 2-14, характеризующийся тем, что на основной и завершающей стадиях, применяют расходомеры, выбранные из группы, включающей ультразвуковые, струйные, турбинные, прямого объёмного вытеснения и магнитоиндукционные расходомеры, при этом в завершающей стадии применяют расходомер с пропускной способностью на один-два порядка меньше пропускной способности расходомера, применяемого на основной стадии.

16. Способ измерения количества топлива по п. 1, характеризующийся тем, что основная и завершающая измерительные линии имеют разные диапазоны расхода и реализованную технологическим путем разную пропускную способность.

17. Способ измерения количества топлива по п. 1, характеризующийся тем, что основная и завершающая измерительные линии осуществляют откачку дозированной величины продукта, при этом значение данной величины определяется оператором.