СИСТЕМА МОНИТОРИНГА КРИОГЕННЫХ ТРАНСПОРТНЫХ ЦИСТЕРН Российский патент 2023 года по МПК F17C13/00 H04W4/02 

Заявленное изобретение относится к системам мониторинга на транспорте и может быть использовано для отслеживания в режиме реального времени состояния транспортных средств для перевозки криогенных продуктов (кислорода, азота, сжиженного природного газа (СПГ), водорода и др.).

Для повышения транспортной безопасности при перевозке опасных грузов различными видами транспорта активно внедряются системы мониторинга состояния оборудования для перевозки. Значительные потери криопродукта, вследствие теплопритоков через вакуумную изоляцию цистерн, а также высокий уровень риска возникновения аварийной ситуации при транспортировке приводят к необходимости использования специальных технических средств для предупреждения утечек паров криогенной жидкости. В частности, существенную роль может сыграть не только получение информации в режиме реального времени о наличии утечки, но и прогноз по времени начала утечки продукта через предохранительные устройства, зависящий от результатов оценивания темпов роста давления в цистерне. В свою очередь, темп роста давления в цистерне во время стоянки транспортного средства существенно выше, чем во время транспортировки, что связано с влиянием температурной стратификации, возникающей за счет явления естественной конвекции жидкости и газа в цистерне.

Из уровня техники известны специальные системы мониторинга транспортных средств для перевозки криогенных продуктов (патент на изобретение CN 107255989 А), позволяющие в режиме реального времени отслеживать состояние транспортного средства с цистерной, осуществляющего перевозку криопродукта. В частности, имеется возможность получать информацию о местонахождении транспортного средства, предупреждения об утечке жидкости через запорную арматуру по показаниям от датчика температуры, а также предупреждать водителя о возникновении аварийной ситуации. В системах мониторинга предусмотрена передача данных о состоянии криогенной цистерны на удаленный сервер, а также на АРМ (автоматизированное рабочее место) оператора диспетчерского центра для контроля процесса транспортировки, откуда, при необходимости, осуществляется связь с водителем транспортного средства.

Недостатком известных систем мониторинга транспортных емкостей для перевозки криопродуктов является невозможность получения информации в режиме реального времени по важному параметру эксплуатации цистерны: прогнозируемому времени начала утечки через предохранительные клапаны. При этом, пользуясь только показаниями манометра или датчика давления, не представляется возможным оценить темпы роста давления в цистерне, как водителю транспортного средства, так и оператору диспетчерского центра, осуществляющему мониторинг состояния транспортных средств. Во время продолжительной транспортировки, когда длительное время отсутствует отбор из цистерны жидкого продукта, это может привести к потерям из-за автоматического сброса излишков газа через предохранительные клапаны цистерны. В случае перевозки горючих жидкостей, таких как СПГ, водород, этилен, это дополнительно создает взрывопожароопасную ситуацию.

Технической задачей заявленного изобретения является обеспечение удаленного мониторинга состояния криогенных цистерн, в том числе, с возможностью, на основе полученных данных, вычислять резервное время до возникновения утечки криогенного продукта через предохранительные устройства во время движения и стоянки транспортного средства.

Решение технической задачи обеспечивается тем, что каждая цистерна оборудуется датчиком перепада давления между газовой и жидкостной фазами, к которому подводятся две импульсные линии выведенные из верхней и нижней частей внутреннего сосуда, датчиком давления газовой фазы, к которому подводится импульсная линия, выведенная из газовой фазы внутреннего сосуда, датчики подключаются к модулю беспроводной передачи данных, причем модули беспроводной передачи данных всех криогенных цистерн, состояние которых необходимо отслеживать в режиме реального времени, осуществляют передачу информации на удаленный сервер и в диспетчерский центр, отличающаяся тем, что к модулю приема-передачи данных подключен вычислительный модуль, где осуществляется расчет текущих значений характеристик процесса хранения криопродукта в цистерне и расчет прогнозируемого времени начала утечки криогенного продукта, который производится в зависимости от текущих показаний датчиков и текущей навигационной информации, при котором искомая величина времени до начала утечки определяется по формуле:

τ_ут=0 93⋅K_стрτ_тр

где K_стр - коэффициент, учитывающий степень температурного расслоения в стационарном режиме хранения продукта, зависящий от геометрических и эксплуатационных характеристик цистерны;

τ_тр - теоретическое время до начала утечки продукта через предохранительные клапаны, (ч), которое определяется по формуле:

τ_тр=τ_i(L_i,p_i),

где τ_i автоматически присваивают из массива данных для соответствующих мгновенных значений уровня жидкости L_i и давления p_i, а значения L_i и p_i определяются в соответствии с показаниями датчиков давления и перепада давления между газовой и жидкостной фазами.

Для упрощения реализации подключение датчиков к модулю беспроводной передачи данных может осуществляться по проводному интерфейсу.

Для упрощения эксплуатации подключение датчиков к модулю беспроводной передачи данных может осуществляться по беспроводному интерфейсу.

Для упрощения реализации модуль приема-передачи данных на удаленном сервере может быть подключен к вычислительному модулю по проводному интерфейсу.

Для упрощения эксплуатации модуль приема-передачи данных на удаленном сервере может быть подключен к вычислительному модулю по беспроводному интерфейсу.

Технический результат, достигаемый заявленной совокупностью признаков, заключается в повышении безопасности эксплуатации криогенных цистерн. Технический результат достигается за счет превентивного информирования о процессе хранения криопродукта как во время движения транспортного средства, так и во время стоянки. В частности, за счет недопущения утечек появляется возможность предотвратить образование в воздухе взрывоопасных смесей, если идет речь о хранении таких криогенных продуктов, как СПГ, этилен или водород.

Компоненты заявленного изобретения известны из уровня техники:

датчик давления газовой фазы может быть выполнен заодно с датчиком перепада давления в рамках комплексного решения (URL: https://npkvip.ru/product/intellektyalnye-datchiki-davleniya/malogabaritnyy-differentsialnyy-datchik-davleniya, дата обращения 10.12.2022);

модуль беспроводной передачи данных на транспортном средстве и модуль приема-передачи данных на сервере могут быть реализованы в рамках комплексного решения на базе GPS/ГЛОНАСС трекера (URL: https://www.elibrary.ru/download/elibrary_45742440_58555123.pdf, дата обращения 10.12.2022);

Функционирование заявленного изобретения иллюстрируется фигурой, на которой обозначены:

1 - криогенная цистерна;

2 - датчик перепада давления между газовой и жидкостной фазами цистерны;

3 - датчик давления в цистерне;

4 - модуль беспроводной передачи данных;

5 - модуль приема-передачи данных на удаленном сервере;

6 - вычислительный модуль;

7 - АРМ оператора диспетчерского центра.

Криогенная цистерна 1 оборудуется датчиком давления 3, к которому подводится импульсная линия, выведенная из газовой фазы внутреннего сосуда, датчиком перепада давления между газовой и жидкостной фазами 2, к которому подводятся две импульсные линии, выведенные, соответственно, из верхней и нижней частей внутреннего сосуда транспортной цистерны. Навигационная информация о транспортном средстве, а также информация от датчика давления, от датчика перепада давления между газовой и жидкостной фазами поступает в модуль беспроводной передачи данных 4. От модуля беспроводной передачи данных осуществляется передача информации на удаленный сервер в модуль приема-передачи данных 5, к которому подключен вычислительный модуль 6, где осуществляется расчет текущих значений характеристик процесса хранения криопродукта в цистерне.

Теоретическое время до начала утечки продукта через предохранительные клапаны τ_тρ, [ч] для транспортного режима хранения определяется автоматически присвоением значения τ_i

τ_тр=τ_i(L_i, p_i)

из массива данных для соответствующих мгновенных значений уровня жидкости L_i и давления p_i. Массив данных заполнен заранее для конкретного типа транспортной цистерны, на основании результатов моделирования процесса хранения от различных начальных значений рабочего давления и уровня жидкости. Эти значения справедливы при допущении, что до достижения максимального давления будет отсутствовать потребление продукта из цистерны. Значения L_i и p_i, определяются в соответствиями с показаниями датчиков давления и перепада давления между газовой и жидкостной фазами. В случае, когда в соответствии с навигационной информацией скорость транспортного средства равна нулю (режим «Стоянка»), искомая величина времени до начала утечки определяется по формуле:

τ_ут=0 93⋅K_стрτ_тр

где K_стр - коэффициент, учитывающий степень температурного расслоения в стационарном режиме хранения продукта, зависящий от геометрических и эксплуатационных характеристик цистерны. Для режима хранения в процессе транспортировки (режим «Движение») τ_ут=τ_тр.

В том случае, когда значение τ_ут меньше расчетного времени до пункта назначения, с АРМ оператора 7 диспетчерского центра водителю транспортного средства направляется информация о низком значении резервного времени до начала утечки. В этом случае появляется возможность принятия мер водителем по предотвращению дальнейшего роста давления в цистерне, в том числе, временное прерывание стоянки транспортного средства и выполнение короткой поездки. Во время движения цистерны произойдет перемешивание жидкости с паром, что приведет к устранению температурной стратификации, снижению давления и увеличению времени хранения криопродукта. В случае невозможности прервать стоянку и, соответственно, стационарный режим хранения, могут быть также заблаговременно приняты меры по безопасному сбросу давления из цистерны.

То есть каждая криогенная цистерна оборудуется датчиком перепада давления между газовой и жидкостной фазами, датчиком давления газовой фазы, подключаемыми к модулю беспроводной передачи данных. Модули беспроводной передачи данных всех криогенных цистерн, состояние которых необходимо отслеживать в режиме реального времени, осуществляют передачу навигационной информации и информации от датчиков на удаленный сервер и далее в вычислительный модуль, где производится расчет прогнозируемого времени начала утечки криопродукта в зависимости от текущих показаний датчиков. Информация о текущем состоянии каждого транспортного средства, включая прогнозируемое значение времени до начала утечки продукта, поступает по беспроводной сети передачи данных на АРМ оператора диспетчерского центра, откуда, при необходимости, направляется водителю транспортного средства для принятия превентивных мер по предотвращению утечки криопродукта.

Изобретение относится к системам мониторинга на транспорте и может быть использовано для отслеживания в режиме реального времени состояния транспортных средств для перевозки криогенных продуктов. Система мониторинга совместно транспортируемых криогенных транспортных цистерн, в которой каждая цистерна оборудуется датчиком перепада давления между газовой и жидкостной фазами, датчиком давления газовой фазы, подключаемыми к модулю беспроводной передачи данных, причем модули беспроводной передачи данных всех криогенных цистерн, состояние которых необходимо отслеживать в режиме реального времени, осуществляют передачу информации на удаленный сервер и в диспетчерский центр, отличающаяся тем, что расчет прогнозируемого времени начала утечки криогенного продукта производится в вычислительном модуле в зависимости от текущих показаний датчиков и текущей навигационной информации. Технический результат, достигаемый заявленной совокупностью признаков, заключается в повышении безопасности эксплуатации криогенных цистерн. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Система мониторинга совместно транспортируемых криогенных транспортных цистерн, характеризующаяся тем, что каждая цистерна оборудуется датчиком перепада давления между газовой и жидкостной фазами, к которому подводятся две импульсные линии, выведенные из верхней и нижней частей внутреннего сосуда, датчиком давления газовой фазы, к которому подводится импульсная линия, выведенная из газовой фазы внутреннего сосуда, датчики подключаются к модулю беспроводной передачи данных, причем модули беспроводной передачи данных всех криогенных цистерн, состояние которых необходимо отслеживать в режиме реального времени, осуществляют передачу информации на удаленный сервер и в диспетчерский центр, отличающаяся тем, что к модулю приема-передачи данных подключен вычислительный модуль, где осуществляется расчет текущих значений характеристик процесса хранения криопродукта в цистерне и расчет прогнозируемого времени начала утечки криогенного продукта, который производится в зависимости от текущих показаний датчиков и текущей навигационной информации, при котором искомая величина времени до начала утечки определяется по формуле

τ_ут=0,93⋅K_стрτ_тр,

где K_стр - коэффициент, учитывающий степень температурного расслоения в стационарном режиме хранения продукта, зависящий от геометрических и эксплуатационных характеристик цистерны;

τ_тр - теоретическое время до начала утечки продукта через предохранительные клапаны, (ч), которое определяется по формуле

τ_тр=τ_i(L_i,p_i),

где τ_i автоматически присваивают из массива данных для соответствующих мгновенных значений уровня жидкости L_i и давления p_i, а значения L_i и p_i определяются в соответствии с показаниями датчиков давления и перепада давления между газовой и жидкостной фазами.

2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что подключение датчиков к модулю беспроводной передачи данных осуществляется по проводному интерфейсу.

3. Система по п. 1, отличающаяся тем, что подключение датчиков к модулю беспроводной передачи данных осуществляется по беспроводному интерфейсу.

4. Система по п. 1, отличающаяся тем, что модуль приема-передачи данных на удаленном сервере подключен к вычислительному модулю по проводному интерфейсу.

5. Система по п. 1, отличающаяся тем, модуль приема-передачи данных на удаленном сервере подключен к вычислительному модулю по беспроводному интерфейсу.