Устройство контроля аварийных сбросов Российский патент 2023 года по МПК G01N21/31 

Изобретение относится к автоматическим средствам контроля оптической плотности жидких сред и может быть использовано в системах устранения аварийных сбросов в случае запроектных аварий.

Много современных предприятий расположены на берегах естественных водоемов - океанов, морей, озер и рек. Часть этих предприятий используют в техпроцессе воду из водоемов, а сточные воды после очистки направляются в эти водоемы. В случае возникновения на таких предприятиях аварийных ситуаций, относящихся к классу «запроектных», возможно попадание вредных веществ в водоемы, среди которых могут быть и углеводороды (масла, нефть, спирты и др.). Количество подобного класса аварий растет, что связано с ростом веществ, хранящихся на специальных складах предприятий и не используемых в основном технологическом процессе.

В основном аварии связаны с разгерметизацией хранилищ, трубопроводов, двигающейся техники с грузами и т.п. При этом характер аварий носит ограничение по времени (залповый сброс), что требует наблюдения за аварийной ситуацией в реальном масштабе времени. Подобного класса аварии могут проходить и на объектах, находящихся в море или реках (морские платформы, двигающиеся объекты и др.).

Залповые сбросы вредных веществ представляют сгустки определенной длительности с различной структурой плотности сгустков. Образованные сгустки могут нарушить работу очистных систем предприятий и попасть в естественные водоемы при сбросе сточных вод. Поэтому актуальна задача обнаружения указанных сгустков в реальном масштабе времени и перенаправление их в отстойники для вредных веществ.

Из уровня техники известна автоматическая станция контроля качества природных и сточных вод (SU 1134547 A1, МПК C02F 1/00, G01N 33/18, G05D 27/00, C02F 103/02, опубл. 15.01.1985). Устройство содержит гидравлический блок подачи воды, блок измерения параметров воды, блок приема и передачи информации, таймер, связанные с блоком управления, дополнительно содержится вычислительный блок, блок памяти, блок сопряжения, коммутируемый канал, а также блок контроля работы гидравлического блока подачи воды и блок измерения. В процессе работы блок измерения с помощью имеющихся датчиков определяет ряд параметров водной среды и передает электрические сигналы с датчиков в вычислительный блок, который производит сбор и обработку данных от блока измерения, осуществляет контроль данных на достоверность и при выявлении фактов превышения предельно допустимых концентраций загрязняющих веществ в воде вырабатывает аварийный сигнал и направляет его на диспетчерский пункт по коммутируемому каналу связи. При этом периодичность контроля качества воды устанавливает таймер, который с заданной периодичностью, например, через каждый час подает электрические импульсы в блок управления, а последний передает управляющие сигналы на все блоки станции.

Недостатком известного устройства является низкая точность контроля качества природных и сточных вод, поскольку оно работает не в реальном масштабе времени, и может пропустить аварийный сброс, а также не позволяет в полном объеме выделить аварийный сброс загрязняющих веществ и направить его в отстойник.

Известен также способ определения содержания нефтепродуктов в воде и устройство для его осуществления (патент RU 2083971, МПК G01N 21/85, опубл. 10.07.1997). Устройство, реализующее способ, содержит источник излучения с оптической системой, емкость для анализа жидкости в виде трубопровода, спектроанализатор, волоконно-оптические световоды с двумя фотоприемниками, электрически связанные с усилителем и блок обработки сигналов на основе ЭВМ. Непрерывный поток анализируемой жидкости просвечивается монохроматическим когерентным источником излучения в диапазоне длин волн от 0,2 до 1,1 мкм. Определение количества нефтепродуктов в воде осуществляется по суммарной интенсивности спектров вынужденного комбинационного рассеивания ряда характерных длин волн функциональных групп нефтепродуктов, причем интенсивность спектра комбинационного рассеивания воды используется как нормализующий фактор, учитывающий изменение мутности жидкости и фон внутри спектроанализатора. В результате обработки с помощью ЭВМ сигналов с фотоприемников определяется количественное содержание нефтепродуктов в воде.

Недостатком устройства является низкая точность контроля загрязняющих веществ в сточных водах в связи с необходимостью получить спектры в диапазоне от 0,2 до 1,1 мкм последовательно с определенным временным шагом, что препятствует более точному выделению загрязняющего вещества.

1. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является устройство селективного контроля аварийных сбросов (патент на изобретение № 2771221 РФ,МПК G01N 21/31, G01N 21/85, G08B 21/12, заявка № 20211106295 от 10.03.2021. Опубл. 28.04.2022. Бюл. № 13).

Устройство содержит канал движения контролируемой среды, например, трубопроводс установленным в нем оптоэлектронным датчиком, который соединен с блоком обработки и управления, отводы с элементами блокировки движения контролируемой среды, соединенные с блоком обработки и управления, оптоэлектронный датчик, содержит n излучателей с разной длиной волны излучения, соединенных с помощью световодов в общий световод, и фотоприемник, соединенный с блоком обработки и управления, выполненном с возможностью хранения значений оптических плотностей компонентов среды, при этом излучатели оптоэлектронного датчика для управления ими соединены с блоком обработки и управления.

Недостатком устройства является низкая точность определения вида загрязнений, поскольку для идентификации каждого загрязняющего вещества используется излучение только одной частотызондирующего излучения.Кроме того, определение спектральных составляющих аварийного сброса происходит последовательно для каждой частоты излучения источников оптического излучения, то есть не в реальном масштабе времени, что снижает точность выделения сгустка в аварийном сбросе.

Задачей изобретения является повышение точности определения и выделения загрязняющих веществ в аварийных сбросах в сточных водах за счет управления заслонками в реальном масштабе времени, что повышает оперативность принятия решения об открытии соответствующей заслонки.

Технический результат от использования изобретения в системе мониторинга промышленного предприятия, имеющего склады хранения вредных веществ, заключается в снижении уровня загрязнения сточных вод и промышленных стоков от аварийных сбросов запроектных аварий.

Поставленная задача достигается тем, что в устройстве контроля аварийных сбросов, содержащем канал движения контролируемой среды, n источников лазерного излучения с разной длиной волны излучения, соединенных с помощью световодов в общий световод через сумматор n излучений, и фотоприемник, установленный в канале движения контролируемой среды, на выходе которого расположена заслонка,отводы с заслонками, соединенными с блоком управления, выход сумматора n излучений, соединен с формирователем оптического излучения, расположенным в канале движения контролируемой среды, причем источники лазерного излучения, выполнены с модуляцией излучения, а фотоприемник соединен с блоком демодуляторов излучений, настроенных на выбранные частоты источников лазерного излучения, блок демодуляторов излучений соединен с блоком обработки результатов измерений спектра веществ, который соединен с одним из входов блока сравнения спектров, второй вход которого подключен к выходу блока памяти для эталонов спектра, а выход блока сравнения спектров подключен к блоку управления заслонками, выходы которого соединены с заслонками для каждого из веществ, при этом отводы через заслонки соединены с отстойниками.

На фигуре 1 приведена структурная схема устройства контроля аварийных сбросов.

Устройство содержит канал движения контролируемой среды 1, например, трубопровод, источники лазерного излучения 2с разной длиной волны излучения от f₁ до f_n, выполненные с модуляцией излучения f_i, сумматор n излучений 3 от источников лазерногоизлучения 2, общий световод 4, подключенный к выходу сумматора n излучений 3, формирователь оптического излучения 5, позволяющий сформировать оптическое излучение в параллельный пучок, что повышает точность определения загрязняющих веществ в выбранном участке потока водной среды,фотоприемник 6, блок демодуляторов излучений 7 с частотами от f₁ до f_n, вход которого соединен с фотоприемником 6, а выход подключен к блоку обработки результатов измерений спектра веществ 8, выход блока 8 подключен к одному из входов блока сравнения спектров 9, ко второму входу которого подключен блок памяти для эталонов спектра 10, выход блока 9 соединен с блоком управления заслонками 11, а выходы блока 11 соединены с заслонками(задвижками) 13, одна из которых установлена на выходе канала движения контролируемой среды, а остальные установлены на выходах отводов 12, которые предназначены для отвода каждого из возможных загрязняющих веществ через заслонки 13 в соответствующий отстойник 14, причем отводы 12 установлены на трубопроводе 1после места установки оптоэлектронного датчика (формирователя оптического излучения 5 и фотоприемника 6).

Источники лазерного излучения2с модуляцией излучения на частотах f₁ …f_n. можно выполнить, например, с использованием генераторов синусоидальных колебаний, модулирующих ток источников лазерного излучения с частотами от f₁ до f_n, а формирователь оптического излучения 5 можно выполнить, например, на основе объектива.

Устройство контроля аварийных сбросов работает следующим образом.

В процессе мониторинга оптической плотности водной среды в трубопроводе 1 оптические излучения, модулированные на частотах f₁ …f_n, от источников лазерного излучения 2, пройдя общий световод 4 и формирователь оптического излучения 5,зондируют контролируемую водную среду и попадают на фотоприемник 6, и после преобразования в электрические сигналы поступают в блок демодуляторов излучений 7, причем каждый из демодуляторов настроен на заданную частоту f_i.В результате на выходе демодуляторов формируются сигналы пропорциональные амплитудам спектральных составляющих веществ, соответствующих частотам от f₁ до f_n.Блок обработки результатов измерений спектра веществ 8 вычисляет значения составляющих спектра веществ на каждой из установленных частот источников лазерного излучения. Далее, в блоке сравнения спектров 9 производится сравнение амплитуд текущих спектральных составляющих веществ контролируемой водной среды с эталонными значениями составляющих спектра возможных загрязняющих веществ, хранящихся в блоке памяти для эталонов спектра 10. В нормальном состоянии, когда оптическая плотность контролируемой водной среды не превышает допустимого порогового значения, обусловленного аварийным сбросом, открыта задвижка 13, установленная после расположения отводов 12 на выходе канала движения контролируемой среды 1, соединенном с общим фильтром системы фильтрации, а остальные задвижки 13 на отводах 12 закрыты.

При наличии в водной среде возможного загрязнения в блоке 9 определяется спектр вещества, содержащегося в аварийном сбросе в реальном масштабе времени. В результате на выходе блока управления заслонками 11 формируется сигнал на закрытие заслонки 13 на выходе трубопровода 1, и сигнал на открытие соответствующей заслонки 13 на отводе 12 для перемещения обнаруженного аварийного сброса в отстойник 14 для данного вещества.

После окончания прохождения сгустка загрязняющего вещества оптическая плотность водной среды возвращается к исходному уровню. В результате с блока 11 подаются управляющие сигналы на открытие заслонки 13 на трубопроводе 1, соединенном с общим фильтром системы фильтрации, и закрытие заслонок 13 на отводах 11.

Таким образом, введение в устройство канала с модуляцией-демодуляцией оптического излучения на частотах f₁ до f_n позволяет в отличие от прототипа определять спектр загрязняющего вещества в аварийном сбросе и формировать команду на его устранение в реальном масштабе времени, что способствует более полному и точному выделению загрязняющего вещества и направлению его в отстойник, тем самымповышая качество контроля водной среды. В конечном итоге использование устройствав системе мониторинга промышленного предприятия, имеющего на своей территории склады хранения вредных веществ,ведет к снижению уровня загрязнения сточных вод и промышленных стоковот аварийных сбросов запроектных аварий.

Литература

1. SU 1134547 A1 СССР, МПКC02F 1/00, G01N 33/18, G05D 27/00, C02F 103/02. Автоматическая станция контроля качества природных и сточных вод. Заявка №3542717; заявл. 25.01.1983; опубл. 15.01.1995, Бюл. №2.

2. Патент RU 2083971, МПК G01N 21/85. Способ определения содержания нефтепродуктов в воде и устройство для его осуществления. Заявка 94 94038621; заявл. 14.10.1994; опубл. 10.07.1997.

3. Патент на изобретение № 2771221 РФ, МПК G01N 21/31, G01N 21/85, G08B 21/12, заявка № 20211106295 от 10.03.2021. Опубл. 28.04.2022. Бюл. № 13).

Изобретение относится к автоматическим средствам контроля оптической плотности жидких и газообразных сред и может быть использовано в системах фильтрации сточных вод и промышленных стоков. Устройство контроля аварийных сбросов содержит n источников лазерного излучения с разной длиной волны излучения, связанных с помощью световодов с сумматором n излучений, соединенным с общим световодом, и фотоприемник, установленный в канале движения контролируемой среды, на выходе которого расположена заслонка, отводы с заслонками, соединенными с блоком управления. Выход сумматора n излучений соединен с формирователем оптического излучения, расположенным в канале движения контролируемой среды, причем источники лазерного излучения выполнены с модуляцией излучения, а фотоприемник соединен с блоком демодуляторов излучений, настроенных на выбранные частоты источников лазерного излучения, блок демодуляторов излучений соединен с блоком обработки результатов измерений спектра веществ, который соединен с одним из входов блока сравнения спектров, второй вход которого подключен к выходу блока памяти для эталонов спектра, а выход блока сравнения спектров подключен к блоку управления заслонками, выходы которого соединены с заслонками для каждого из веществ, при этом отводы через заслонки соединены с отстойниками. Техническим результатом является возможность снижения уровня загрязнения сточных вод и промышленных стоков при аварийных сбросах. 1 ил.

Устройство контроля аварийных сбросов, содержащее n источников лазерного излучения с разной длиной волны излучения, связанных с помощью световодов с сумматором n излучений, соединенным с общим световодом, и фотоприемник, установленный в канале движения контролируемой среды, на выходе которого расположена заслонка, отводы с заслонками, соединенными с блоком управления, отличающееся тем, что выход сумматора n излучений соединен с формирователем оптического излучения, расположенным в канале движения контролируемой среды, причем источники лазерного излучения выполнены с модуляцией излучения, а фотоприемник соединен с блоком демодуляторов излучений, настроенных на выбранные частоты источников лазерного излучения, блок демодуляторов излучений соединен с блоком обработки результатов измерений спектра веществ, который соединен с одним из входов блока сравнения спектров, второй вход которого подключен к выходу блока памяти для эталонов спектра, а выход блока сравнения спектров подключен к блоку управления заслонками, выходы которого соединены с заслонками для каждого из веществ, при этом отводы через заслонки соединены с отстойниками.