СИСТЕМА МОНИТОРИНГА СОСТОЯНИЯ ЗАПОЛНЕННЫХ КРИОГЕННЫМ ПРОДУКТОМ ТАНК-КОНТЕЙНЕРОВ ПРИ ПЕРЕВОЗКЕ АВИАЦИОННЫМ ТРАНСПОРТОМ 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 состояния транспортных танк-контейнеров или контейнеров-цистерн (далее танк-контейнеров), заполненных техническими газами в сжиженном состоянии: азотом, кислородом, аргоном, сжиженным природным газом, водородом (далее криогенным продуктом).

На сегодняшний день сохраняется тенденция к возрастанию роли танк-контейнеров на рынке услуг по транспортировке криогенных продуктов от завода-производителя до потребителя различными видами транспорта. Танк-контейнеры пригодны для мультимодальных перевозок, что позволяет с их помощью без промежуточных потерь осуществить доставку одной партии продукта разными видами транспорта, за счет возможности осуществить погрузо-разгрузочные работы по перестановке полного танк-контейнера на другой вид транспорта (в частности, с автомобильного на авиационный, и наоборот). Для повышения уровня безопасности при осуществлении перевозки продукта (опасного груза, перевозимого в сосуде, работающем под избыточным давлением) могут применяться системы мониторинга состояния танк-контейнера. Теплопритоки через вакуумную изоляцию приводят к испарению части жидкого продукта и, соответственно, к росту давления в танк-контейнере, что, при достижении максимального давления, приводит к срабатыванию предохранительных клапанов на сосуде. Это обуславливает высокий уровень риска возникновения аварийной, в том числе взрывопожароопасной ситуации. При осуществлении транспортировки танк-контейнера, заполненного жидким продуктом, авиационным транспортом, обозначенная проблема особенно актуальна, т.к. утечки любого из технических газов в замкнутое пространство летательного аппарата (ЛА) являются недопустимыми.

Из современного уровня техники известны системы дистанционного мониторинга состояния сосудов для хранения и транспортировки криогенных продуктов (патент на изобретение RU 2714029 С1), позволяющие в режиме реального времени отслеживать параметры состояния определенного количества находящихся в эксплуатации транспортных цистерн или контейнеров-цистерн. Например, в режиме реального времени принимается и анализируется информация от датчиков давления, уровня, датчика давления в межсосудном пространстве. Осуществляется передача данных по беспроводной сети о состоянии сосуда на АРМ (автоматизированное рабочее место) оператора диспетчерской службы и, при необходимости, осуществляется обратная связь с организацией, осуществляющей эксплуатацию сосуда во время транспортировки и хранения.

При этом в известных системах мониторинга не предусмотрена возможность мониторинга состояния танк-контейнера при перевозках авиационным транспортом. Также подавляющее большинство серийно выпускаемых транспортных танк-контейнеров не оснащено датчиками давления вакуума в теплоизоляционной полости, что делает невозможным проведение оценки технического состояния контейнера в процессе эксплуатации, т.е. уровень вакуума представляется возможным измерить только после полного опорожнения сосуда и временного вывода его из работы 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 перевозке авиационным транспортом это создает дополнительные риски, связанные с изменением газового состава воздуха в замкнутом пространстве ЛА, а при транспортировке горючих газов дополнительно создает взрывопожароопасную ситуацию на борту ЛА.

Технической задачей заявленного изобретения является обеспечение удаленного мониторинга состояния криогенных танк-контейнеров во время авиатранспортировки, 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, отличающаяся тем, что датчики подключаются к навигационному терминалу, запитанному от блока аккумуляторных батарей, заряжаемых периодически от внешней сети через контроллер заряда, причем навигационные терминалы всех криогенных танк-контейнеров, состояние которых необходимо отслеживать в режиме реального времени, осуществляют передачу информации через внешнюю спутниковую сеть, для подключения к которой на борту летательного аппарата размещается антенна, через внешнюю сеть информация поступает 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 «Полет» 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 и p_i определяются в соответствии с показаниями датчиков давления и перепада давления между газовой и жидкостной фазами; в стационарном режиме «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.

Для упрощения реализации подключение датчиков к навигационному терминалу может осуществляться по проводному интерфейсу.

Для упрощения эксплуатации подключение датчиков к навигационному терминалу 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.

Для упрощения реализации навигационный терминал может быть подключен к выносной антенне по проводному интерфейсу.

Для упрощения эксплуатации навигационный терминал может быть подключен к выносной антенне по беспроводному интерфейсу.

Технический результат, достигаемый заявленной совокупностью признаков, заключается в повышении безопасности эксплуатации криогенных танк-контейнеров при перевозке авиационным транспортом. 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 предотвратить утечки и не допустить изменения газового состава воздуха в замкнутом пространстве ЛА.

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 19.12.2022);

навигационный терминал на танк-контейнере может быть реализован в рамках технического решения на базе спутникового трекера (URL: https://satmobile.ru/f/rukovodstvo_polzovatelya_naviset_gt50.pdf, дата обращения 21.12.2022);

в качестве внешней сети беспроводной передачи данных, обеспечивающей необходимое покрытие в рамках авиатранспортировки, может использоваться сеть IRIDIUM, подключение к которой осуществляется через выносную антенну (URL: https://iridium-rassia.com/network/, дата обращения 23.12.2022).

Функционирование заявленного изобретения иллюстрируется фигурой, на которой обозначены:

1 - криогенный танк-контейнер с вакуумной теплоизоляцией;

2 - датчик давления в газовой фазе танк-контейнера;

3 - датчик перепада давления между газовой и жидкостной фазами танк-контейнера;

4 - навигационный терминал;

5 - блок аккумуляторных батарей;

6 - контроллер заряда аккумуляторных батарей;

7 - выносная антенна;

8 - внешняя спутниковая сеть передачи данных;

9 - модуль приема-передачи данных на удаленном сервере;

10 - вычислительный модуль;

11 - АРМ оператора диспетчерского центра.

Криогенный танк-контейнер 1 оборудуется датчиком давления 2, к которому подводится импульсная линия, выведенная из газовой фазы внутреннего сосуда, датчиком перепада давления между газовой и жидкостной фазами 3, к которому подводятся две импульсные линии, выведенные, соответственно, из верхней и нижней частей внутреннего сосуда транспортного танк-контейнера. Навигационная информация о танк-контейнере, а также информация от датчика давления, от датчика перепада давления между газовой и жидкостной фазами поступает в навигационный терминал 4.

Питание на навигационный терминал подается от блока аккумуляторных батарей 5. Подзарядку батарей возможно производить во время стоянки любого из транспортных средств с танк-контейнером через контроллер заряда 6 от внешней электрической сети. Таким образом, часть системы, размещаемая в рамках танк-контейнера, является автономной, что позволяет обеспечить работоспособность системы мониторинга при перевозке различными видами транспорта, в частности, при авиаперевозке.

От навигационного терминала осуществляется передача информации через внешнюю спутниковую сеть 8. Для подключения к внешней сети на борту ЛА размещается выносная антенна 7, которую необходимо поместить в зоне уверенного приема спутникового сигнала. Через внешнюю сеть информация поступает на удаленный сервер в модуль приема-передачи данных 9, к которому подключен вычислительный модуль 10, 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 полете в соответствии с данными навигации, режим «Полет») 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 L_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 ЛА 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 11. 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 ответственным лицам о существенном изменении состояния танк-контейнера на борту ЛА. 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 навигационному терминалу, питание которого осуществляется от блока аккумуляторных батарей, заряжаемых периодически от внешней сети через контроллер заряда. Навигационные терминалы, состояние которых необходимо отслеживать в режиме реального времени, осуществляют передачу информации через внешнюю спутниковую сеть передачи данных на удаленный сервер и в диспетчерский центр, при этом расчет отклонения темпа роста давления в танк-контейнере от номинального значения производится в зависимости от текущих показаний датчиков и текущей навигационной информации. Данные 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 ответственным лицам 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 состояния заполненных криогенных танк-контейнеров при перевозке авиационным транспортом. Система мониторинга состояния заполненных криогенным продуктом танк-контейнеров при перевозке авиационным транспортом, характеризующаяся тем, что каждый танк-контейнер оборудуется датчиком перепада давления между газовой и жидкостной фазами, датчиком давления газовой фазы, подключаемыми к навигационному терминалу, запитанному от блока аккумуляторных батарей, заряжаемых периодически от внешней сети через контроллер заряда, причем навигационные терминалы всех криогенных танк-контейнеров, состояние которых необходимо отслеживать в режиме реального времени, осуществляют передачу информации через внешнюю спутниковую сеть передачи данных на удаленный сервер и в диспетчерский центр, отличающаяся тем, что расчет значения отклонения темпа роста давления в танк-контейнере от номинального значения 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 танк-контейнеров при перевозке авиационным транспортом. 6 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Система мониторинга состояния танк-контейнеров, заполненных криогенным продуктом, при перевозке авиационным транспортом, характеризующаяся тем, что каждый танк-контейнер оборудуется датчиком перепада давления между газовой и жидкостной фазами, датчиком давления газовой фазы, отличающаяся тем, что датчики подключаются к навигационному терминалу, запитанному от блока аккумуляторных батарей, заряжаемых периодически от внешней сети через контроллер заряда, причем навигационные терминалы всех криогенных танк-контейнеров, состояние которых необходимо отслеживать в режиме реального времени, осуществляют передачу информации через внешнюю спутниковую сеть, для подключения к которой на борту летательного аппарата размещается антенна, через внешнюю сеть информация поступает 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 «Полет» 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 «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.

2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что подключение датчиков к навигационному терминалу может осуществляться по проводному интерфейсу.

3. Система по п. 1, отличающаяся тем, что подключение датчиков к навигационному терминалу 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, что модуль приема-передачи данных на удаленном сервере подключен к вычислительному модулю по беспроводному интерфейсу.

6. Система по п. 1, отличающаяся тем, что навигационный терминал может быть подключен к выносной антенне по проводному интерфейсу.

7. Система по п. 1, отличающаяся тем, что навигационный терминал может быть подключен к выносной антенне по беспроводному интерфейсу.