СИСТЕМА МОНИТОРИНГА ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ КРИОГЕННЫХ ТАНК-КОНТЕЙНЕРОВ Российский патент 2023 года по МПК F17C13/02 G06F15/00 H04W4/02 

Заявленное изобретение относится к системам мониторинга на транспорте и может быть использовано для отслеживания в режиме реального времени технического состояния транспортных танк-контейнеров или контейнеров-цистерн (далее танк-контейнеров) для перевозки различными видами транспорта в сжиженном состоянии технических газов: азота, кислорода, аргона, сжиженного природного газа, водорода (далее криогенных продуктов).

В промышленности и других отраслях экономики сохраняется повышенный интерес к использованию танк-контейнеров для перевозки сжиженных газов, в том числе криогенных танк-контейнеров с высоковакуумной теплоизоляцией для хранения и транспортировки криогенных продуктов. Такие контейнеры пригодны для использования в мультимодальных перевозках, т.е. с их помощью можно без перезаправки и, соответственно, без промежуточных потерь осуществить доставку одной партии жидкого продукта различными видами транспорта. При этом с целью повышения безопасности при транспортировке опасного груза различными видами транспорта (автомобильным, железнодорожным, авиационным, морским, речным) используются системы мониторинга технического состояния транспортных средств и оборудования. Теплопритоки через вакуумную изоляцию приводят к росту давления в цистерне и, при достижении максимального уровня рабочего давления, к значительным потерям криогенного продукта через предохранительные клапаны, что также обуславливает высокий уровень риска возникновения аварийной, в том числе взрывопожароопасной ситуации. При этом темп роста давления напрямую зависит от технического состояния танк-контейнера, главным образом, от уровня вакуума в теплоизоляционной полости танк-контейнера.

Из современного уровня техники известны системы мониторинга транспортных цистерн для перевозки криогенных продуктов (наиболее близкий аналог - патент на изобретение CN 107255989 А), позволяющие в режиме реального времени отслеживать параметры состояния определенного количества находящихся в эксплуатации транспортных единиц. Например, в режиме реального времени принимается и анализируется навигационная информация, получаются предупреждения об утечке продукта через запорную арматуру по показаниям от датчика температуры, а также формируются предупреждения для водителя транспортного средства о возникновении аварийной ситуации. Предусмотрена передача данных по беспроводной сети о состоянии криогенной цистерны на АРМ (автоматизированное рабочее место) оператора диспетчерской службы и на сервер для хранения и обработки информации о состоянии криогенной цистерны.

При этом в известных системах мониторинга транспортных средств для перевозки криогенных продуктов не предусмотрена возможность мониторинга состояния цистерны при мультимодальных перевозках, а именно когда используется несколько видов транспорта, помимо автомобильного. Также серийно выпускаемые транспортные цистерны и танк-контейнеры, как правило, не оснащены датчиками давления вакуума в теплоизоляционной полости, что делает невозможным проведение оценки технического состояния цистерны в процессе эксплуатации, т.е. уровень вакуума можно измерить только после опорожнения сосуда и временного прекращения эксплуатации на время проведения технического обслуживания. Таким образом, не имея информации о параметрах, влияющих на темп роста давления в танк-контейнере, не представляется возможным оценить время бездренажного хранения криогенного продукта. Во время продолжительных транспортировки и хранения, когда по разным причинам долгое время отсутствует отбор из танк-контейнера жидкого продукта на потребление, это может привести к потерям из-за автоматического сброса излишков газа через предохранительные устройства. При эксплуатации танк-контейнера для перевозки горючих сред, таких как сжиженный природный газ (СПГ), водород, этилен, это дополнительно создает взрывопожароопасную ситуацию.

Технической задачей заявленного изобретения является обеспечение удаленного мониторинга состояния криогенных танк-контейнеров, при обеспечении автономного электропитания части системы, смонтированной на каждом из танк-контейнеров, состояние которых мониторируется, в том числе, с возможностью, на основе полученных данных, вычислять отклонения темпа роста давления в танк-контейнере от номинального значения.

Решение технической задачи обеспечивается тем, что каждый танк-контейнер оборудуется датчиком перепада давления между газовой и жидкостной фазами, датчиком давления газовой фазы, подключаемыми к модулю беспроводной передачи данных, запитанному через стабилизатор напряжения от блока аккумуляторных батарей, заряжаемых периодически от внешней сети через контроллер заряда, отличающаяся тем, что модули беспроводной передачи данных всех криогенных танк-контейнеров, состояние которых необходимо отслеживать в режиме реального времени, осуществляют передачу информации на удаленный сервер и в диспетчерский центр, в модуль приема-передачи данных, к которому подключен вычислительный модуль, где осуществляется вычисление текущего значения отклонения темпа роста давления в танк-контейнере от номинального значения для транспортного режима хранения в режиме «Движение» по формуле:

где p_i - текущее измеренное значение давления, p_i-1 - предыдущее измеренное значение, K_ном номинальное значение коэффициента роста давления для текущих значений давления p_i и уровня жидкости значения L_i и p_i определяются в соответствии с показаниями датчиков давления и перепада давления между газовой и жидкостной фазами;

в стационарном режиме искомая величина отклонения темпа роста давления в режиме «Стоянка» определяется по формуле:

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

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 танк-контейнеров. Технический результат достигается за счет превентивного информирования об изменении технического состояния танк-контейнера в процессе эксплуатации путем оценки отклонения темпа роста давления от номинального значения. Это позволяет, в частности, предотвратить утечки и не допустить 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/intellektualnye-datchiki-davleniya/malogabaritnyy-differentsialnyy-datchik-davleniya, дата обращения 15.12.2022);

модуль беспроводной передачи данных на танк-контейнере 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 15.12.2022);

Функционирование заявленного изобретения иллюстрируется фигурой, на которой обозначены:

1 - криогенный контейнер-цистерна с вакуумной теплоизоляцией;

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

3 - датчик давления в цистерне;

4 - модуль беспроводной передачи данных;

5 - стабилизатор напряжения;

6 - блок аккумуляторных батарей;

7 - контроллер заряда аккумуляторных батарей;

8 - модуль приема-передачи данных на удаленном сервере;

9 - вычислительный модуль;

10 - АРМ оператора диспетчерского центра.

Криогенный танк-контейнер 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 танк-контейнере, а также информация от датчика давления, от датчика перепада давления между газовой и жидкостной фазами поступает в модуль беспроводной передачи данных 4.

Питание на модуль беспроводной передачи данных подается от блока аккумуляторных батарей 6 через стабилизатор напряжения 5. Подзарядку батарей возможно производить во время стоянки транспортного средства с танк-контейнером через контроллер заряда 7 от внешней электрической сети. Таким образом, часть системы, размещаемая в рамках танк-контейнера, является автономной, что позволяет обеспечить работоспособность системы мониторинга при мультимодальных перевозках.

От модуля беспроводной передачи данных осуществляется передача информации на удаленный сервер в модуль приема-передачи данных 8, к которому подключен вычислительный модуль 9, где осуществляется вычисление текущего значения отклонения темпа роста давления от номинального значения.

Отклонение темпа роста давления от номинального значения для транспортного режима хранения (контейнер находится в движении в соответствии с данными навигации, режим «Движение») определяется по формуле:

где p_i - текущее измеренное значение давления, p_i-1 - предыдущее измеренное значение, K_ном номинальное значение коэффициента роста давления для текущих значений давления p_i и уровня жидкости Z_i. Значения L_i и p_i определяются в соответствии 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 отклонения темпа роста давления определяется по формуле:

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

При превышении значения отклонения темпа роста давления выше критического значения, производится формирование и отправка аварийного сообщения на АРМ оператора диспетчерского центра 10. Получение аварийного сообщения сигнализирует о технической неисправности танк-контейнера, которая привела к существенному возрастанию давления вакуума в теплоизоляционной полости. При необходимости с АРМ оператора направляется информация о существенном изменении технического состояния танк-контейнера водителю транспортного средства или оператору эксплуатирующей организации. В этом случае появляется возможность принятия мер по предотвращению дальнейшего роста давления или по безопасному сбросу давления из танк-контейнера.

То есть каждый криогенный танк-контейнер оборудуется датчиком перепада давления между газовой и жидкостной фазами, датчиком давления газовой фазы, подключаемыми к модулю беспроводной передачи данных, питание которого осуществляется через стабилизатор напряжения от блока аккумуляторных батарей, заряжаемых периодически от внешней сети через контроллер заряда. Модули беспроводной передачи данных всех криогенных танк-контейнеров, 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 отклонения темпа роста давления в танк-контейнере от номинального значения в зависимости от текущих показаний датчиков. Информация о текущем состоянии каждого танк-контейнера, включая значение отклонения темпа роста давления в танк-контейнере от номинального значения, поступает по беспроводной сети передачи данных на АРМ оператора диспетчерского центра, откуда, при необходимости, направляется водителю транспортного средства или персоналу эксплуатирующей организации для принятия превентивных мер по предотвращению утечки криогенного продукта.

Заявленное изобретение относится к системам мониторинга на транспорте и может быть использовано для отслеживания в режиме реального времени технического состояния танк-контейнеров для хранения и транспортировки криогенных продуктов. Система мониторинга совместно транспортируемых криогенных танк-контейнеров, каждый из которых оборудуется датчиком перепада давления между газовой и жидкостной фазами, датчиком давления газовой фазы, подключаемыми к модулю беспроводной передачи данных, запитанному через стабилизатор напряжения от блока аккумуляторных батарей, заряжаемых периодически от внешней сети через контроллер заряда. Модули беспроводной передачи данных всех криогенных танк-контейнеров, состояние которых необходимо отслеживать в режиме реального времени, осуществляют передачу информации на удаленный сервер и в диспетчерский центр. Расчет значения отклонения темпа роста давления в танк-контейнере от номинального значения производится в зависимости от текущих показаний датчиков и текущей навигационной информации. Техническим результатом является повышение безопасности эксплуатации криогенных танк-контейнеров. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Система мониторинга совместно транспортируемых криогенных танк-контейнеров, характеризующаяся тем, что каждый танк-контейнер оборудуется датчиком перепада давления между газовой и жидкостной фазами, датчиком давления газовой фазы, подключаемыми к модулю беспроводной передачи данных, запитанному через стабилизатор напряжения от блока аккумуляторных батарей, заряжаемых периодически от внешней сети через контроллер заряда, причем модули беспроводной передачи данных всех криогенных танк-контейнеров, состояние которых необходимо отслеживать в режиме реального времени, осуществляют передачу информации на удаленный сервер и в диспетчерский центр, отличающаяся тем, что расчет значения отклонения темпа роста давления в танк-контейнере от номинального значения в вычислительном модуле производится по формуле:

где p_i - текущее измеренное значение давления, p_i-1 - предыдущее измеренное значение, K_ном номинальное значение коэффициента роста давления для текущих значений давления p_i и уровня жидкости L_i; значения L_i и p_i определяются в соответствии с показаниями датчиков давления и перепада давления между газовой и жидкостной фазами; в стационарном режиме искомая величина отклонения темпа роста давления определяется по формуле:

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

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.