Устройство для контроля над сливом нефтесодержащих вод с танкеров (его варианты) Советский патент 1986 года по МПК G05D11/00 

Изобретение относится к охране окружающей среды, конкретнее к проблеме предотвращения загрязнения моря нефтью с танкеров и приравненных к ним нефтеналивных судов в процессе перевозок нефти.

Нефтеналивные и нрираЕ,ненные к иим суда с целью уменьигения загрязнения моря нефтью, содержащейся в сливаемых балластных и промывочных водах, оборудуются системами автоматического контроля над сливом таких вод. Слив нефтесодержа цих бал- .ластных и промывочных вод должен автоматически прекращаться как только контролируемые параметры нефтесодержания, вычисляемые с учетом концентрацип нефти в сливаемой воде, превысят установленные ИА Ю пределы, при этом остатки нефтесодержа- 1ПИХ вод направляются в отстойные танки.

Цель изобретения - повышение точно- ти устройства за счет компенсации времени срабатывания устройства.

На фиг. 1 иредетавлена блок-схема уст- ройства по первому варианту; на фиг. 2 то же, по второму варианту; на фиг. 3 - фупк циональная схема блока контроля преде.и. пых значений пефтесодержания; на фиг. 1 функциональная схема блока управления rip;i боотборпым и сливными клапанами.

Устройство для контроля над сливом неф тесодержащих вод с танкеров по перво.му варианту (фиг. 1) содержит пробоотборник 1 и сливные клапаны 2 и 3, установленные на сливном трубопроводе, пробоотборпый клапан 4 и пробоотборный насос 5, установ- .ленные на пробоотборпом трубопроводе, датчик 6 концентрации нефтеводяной смеси, пороговые блоки 7 и 8, интегратор 9, задат- чик 10 корректирующей уставки, блок 1 1 памяти, блоки 12 и 13 умножения, е мматор 14,

-

блок 15 вычитания,делитель 16, квадратор 17, блок 18 выбора макси.мума, блок 19 контроля предельных значений нефтесодержания и блок 20 управления пробоотборны.м и с.лив- ными клапанами.

Устройство для контроля над сливом пеф- тесодержащих вод с танкеров по второму варианту (см. фиг. 2) содержит пробоотборник

Iи сливные клапаны 2 и 3. установленные на сливном трубопроводе, пробоотборный клапан 4 и пробоотборный насос 5, установленные на пробоотборном трубопроводе, датчик 6 конпентрации нефтеводяной смеси, пороговые блоки 7-9, интегратор 10, задатчик

IIкорректирующей установки, блоки 12 и 13 памяти, блоки 14 и 15 уможения, сумматоры 16 и 17, блоки 18-20 вычитания, делитель 2, квадратор 22, блок 23 выбора максиму- ма, блок 24 контроля нредельных значений нефтесодержания, блок 25 управления пробо- отборным и сливными клапанаг11и и фильтр 26

Слив нефтесодержа1цих балластных и промывочных вод (НСВ) с танкеров разре- П1ен только в том случае, когда мгновенная интенсивность слива нефти не нревыпшет 60 л на милю пройденного пути, а общее количество слитой за баллаетный рейс нефти не превышает предела К, определяемого по количеству перевезенного в предыдущем рейсе груза, из которого образуется сливаемый остаток, с учетом года постройки танкера и сроком оборудования его системой контроля нефтесодержания.

Текущие значения мгновенной интенсивности слива нефти Е и количества слитой нефти рассчитываются но формулам

f. C-Q .

t-у

Тс

5 C-Q-dl,

где С - конце1гграция нефти в сливаемых НСВ;

Q - расход сливаемых НСВ;

V -- скорость судна;

TC - время, в течение которого производится контролируемый елив НСВ.

Блок контроля предельных значений мсфтесодержания в составе предлагаемого усройства предназначен для авто.матиче- ского вычисления контролируемых параметров нефтесодержания - мгновенной интенсивности с.лива Е и общего количества слитой нефти S, и выработки еигнала на нрек- ращение слива НСВ за борт в случае превы- 1не11ия этими параметрами установленных нределов. Блок контроля состоит из блока 27 умножения, интегратора 28, делителя 29, пороговых блоков 30 и 31 и э.лемепта ИЛИ 32 (фиг. 3).

Блок управления пробоотборным и сливными клапапами состоит из гидрораспределителя 33, гидроцилипдров 34 и 35, пнев- мораспределителя 36 и пневмоцилиндра 37 (фиг. 4) К гидрораспределителю подключены напорная масляная магистраль и выход блока контроля. Гидрораспределитель соединен гидравлическими магистралями с гид- роцилиндрами 34 и 35, штоки которых механически связаны с затворами сливных клапанов 2 и 3. К пнев.мораспределителю подключены пневмомагистраль и выход блока контроля. Нневмораспределитель соединен ппевмомагнетралью с пневмоцилиндром, HITOK которого механически связан с затвором пробоотборного кланана 4.

Устройство по первому варианту работает следуюнл,им образом.

При проведении слива по сливному трубопроводу проба нефтесодержащей вод ы через пробоотборник 1, нробоотборный клапан 4 и пробоотборный трубопровод подается пробоотборным насосом 5 на вход датчика 6 концентрации. В течение большей части времени е.чива концентрация нефти в сливаемой воде постоянна и и.меет .ма.лое значение, поэтому влияние времени срабатывания устройства на точность измере1 ия незначительно. Интегратор 9 в этот период не запущен и сиг нал } улевого уровня с его выхода

через блоки 11, 14, 15, 16 Г7 и 12 подается на один вход блока 18 выбора максимума. Поскольку на другой вход блока 18 поступает отличный от нуля сигнал о концентрации от датчика 6 концентрации, этот сигнал через блок 18 поступает на вход блока 19 конт- роля предельных значений нефтесодержания. Содержание нефти в сливаемых водах в этот период незначительно, поэтому сливной клапан 3 открыт, а 2 закрыт, т. е. слив неф- тесодержащих вод производится в море,

В заключительный период слива концентрация быстро возрастает, при этом разница между значением концентрации в сливном трубопроводе и сигналом о концентрации на выходе датчика концентрации зависит от скорости изменения концентрации и инерционности датчика и пробоотборного оборудования. Процесс изменения концентрации нефти С (О в конечный период слива можно представить соотношением:

С(0 (/Л/)

где а-параметр, характеризующий ско-

рость нарастания концентрации (чем а больше, тем плавнее нарастает ско-

рость);

/к - параметр, определяющий момент захвата приемны.м устройством сливного трубопровода слоя отстоявшейся нефти.

Эти параметры могут быть выражены через входной сигнал С(/) и через его инте- грал, причем операция интегрирования поз- вцляет отфильтровать флюктуации концентрации. Приняв за начало отсчета времени точку , имеем t

С(0

0

/к-/

- А

(2)

Используя соотнощение (1), совместно с его начальными условиями при Л 0, получаем выражение для параметра /к:

C(t)

С(0„

(/к

V

С(0 ±VC(TrCi

(3)

Анализ начальных условий формулы (3) показывает, что знак«4- в этом выражении должен быть исключен. Тогда после преобразований соотношения (2) с использованием (3) получаем следующее выражение для параметров А;

А C(t лГсгса

(4)

С(/) -л/СТЩГГ

Практически определить параметр А мож но зафиксировав момент tz достижения концентрацией значения Со:

С2 0(2) л:-С1.

Исследованиями установлено, что достаточная степень сглаживания флюктуации концентрации достигается при значении

Л 3. Тогда выражение для

из А:

формулы (4) следует

А 1,37С(/,)- 1,37 г

(

di . (5)

Используя выражения (2) и (5), получаем следующие соотноц ения для параметров формулы (1):

а (l) + Aj Ш1

(6)

15

tK, g(0 + А C{t)

(6а)

Сигнал С(/) на входе устройства в точке отбора пробы может быть восстановлен но сигналу С(/) на выходе концентратомера согласно соотношению;

С(+е),

(7)

где В

зо

25

задержка срабатывания устройства, включающая задержку пробы в пробоотборном оборудовании и время срабатывания датчика концентрации.

Сюда могут быть включены время закрытия сливных клапанов, а также задержка срабатывания блоков 18 и 19.

Используя соотношения (1), (6) и (7), получаем откорректированное с учетом величины в значение концентрации

.Г С(/ + Д

С(/) С(/)

35

iC( - C(t) В

d

(8)

0

5

0

5

Устройство начинает работать с момента времени t, когда уровень сигнала о концентрации нефти в сливаемой воде на выходе датчика концентрации достигает значения С. В этот момент срабатывает пороговый блок 7, который запускает интегратор 9. Продолжая возрастать, сигнал концентрации достигает уровня Сг, в этот момент (/2) срабатывает пороговый блок 8, благодаря чему в блоке 11 фиксируется вычисленное согласно формуле (5) значение .Л. Это значание суммируется с выходным сигналом ннтегратора и нодает- ся на вход «делимое делителя 16. Одновременно посредством блока 15 вычитания формируется сигнал, подаваемый на вход «Делитель делителя 16. Задатчиком 10 корректи- руюнхей уставки устанавливается значение В, соответствующее задержке срабатывания устройства формула (8). В соответствии с формулой (8) квадратором 17 и блоком 12 выполняются дальнейшие преобразов;и1ия, необходимые для расчета величины С(/). Поскольку концентрация нефти в этот период быстро возрастает, выполняется уеловне С(/)С(/). Поэтому на вход блока контроля предельных значений нефтесодер- жания через блок выбора максимума поступает откорректированный сигнал о кони,ент- рации С (О, не искаженный влиянием задержки срабатывания устройства и соответствующий значению концентрации в точке, отбора пробы. Благодаря этому слив нефте- содержащей воды будет прекращен по сигналам от блока 19 посредством сливных клапанов 2 и 3, управляемых блоком 20 управления, как только контролируемые характеристики нефтесодержания в точке отбора пробы превысит установленные пределы. Работа устройства по второму варианту основана на представлении процесса изменения концентрации нефти в конечный период слива соотнон1ением;

с(/) Со + (

(la)

Сигнал от датчика 6 поступает на вход фильтра 26 с достаточно большой постоянной времени (- 120 с). В период слива основного объема нефтесодержангей воды с медленно меняющимся во времени низким уровнем концентрации нефти сигнал на выходе фильтра незначительно отличается от входного. Поэтому уровень сигнала на выходе блока 19 вычитания близок к нулевому, пороговый блок не срабатывает и блок 13 памяти пропускает выходной сигнал фильтра 26 на вход блока 20 вычитания, выходной сигнал которого также близок к-нулевому. При этом, как и в первом варианте устройства, интегратор 10 не запускается и на вход сумматора 17 с выхода блока 14 умножения поступает сигнал нулевого уровня, на другой вход сумматора 17 с выхода блока 13 памяти поступает осредненный фильтром 26 сигнал о концентрации. Таким образом, на входы блока 23 поступают осредненный сигнал о концентрации с выхода сумматора 17 и сигнал непосредственно с выхода датчика 6 концентрации, наибольший из них (безразлично какой, поскольку они близки по уровню) проходит на вход блока 24 контроля предельных значений нефтесодержания.

В заключительный период слива концентрация начинает быстро возрастать, при этом сигнал, снимаемый с выхода датчика 6 концентрации, задерживается фильтром 26, благодаря чему возрастает сигнал на выходе блока 19. При определенном уровне этого сигнала Сз срабатывает пороговый блок 8 и блок 13 памяти фиксирует начальный уровень сигнала Со. На выходе блока 20 формируется сигнал

С (О С(/) -Со ,

который блоками 7, 9, 12, 15, 16, 18, 21, 22 и 14 используется как входной для формирования сигнала С (/) аналогично тому, как

это обеспечивается в первом варианте устройства. Окончательно выходной сигнал C(t) формируется в сумматоре 17 по формуле

:(/) С (/) + Со ,

после чего через блок 23 он поступает на вход блока 24 и далее снова аналогично первому варианту.

Блок контроля работает следующим образом.

В период слива НСВ на входы блока умножения поступают сигналы о концентрации нефти от блока выбора максимума и о расходе сливаемых НСВ от датчика расхода, а на вход «Делитель делителя - сигнал о скорости судна от судового лага. Эти сигналы обрабатываются б локами 27-29 в соответствии с формулами (1) и (2), причем на выходе интегратора формируется сигнал об общем количестве слитой нефти, а на выходе делителя - сигнал о мгновенной интенсивности слива нефти. Уровень срабатывания порогового блока 30 соответствует ограничению на общее количество слитой нефти, уровень срабатывания порогового блока 31 - ог раничению на мгновенную интенсивность слива нефти. Таким образом, как только один или оба контролируемых параметра превысят установленные пределы, сработают пороговый блок 30 и элемент ИЛИ 32 и через элемент ИЛИ на вход блока управления поступит команда на прекращение слива НСВ за борт.

Блок управления работает следующим образом.

При наличии на выходе блока контроля сигнала, разрешающего слив НСВ за борт, гидрораспределитель подает рабочее масло под давлением к полостям гидроцилиндров 34 и 35, вследствие чего HITOKO.M гидроцилиндра 34 открывается клапан 3, пропускающий НСВ за борт, а HITOKOM гидроцилиндр- ра 35 закрывается клапан 2, перекрывая трубопровод, ведущий к отстойному танку. Од- HOBfjeMCiiHO пневмораспределитель подает сжатый воздух к пневмоцилиндру, HJTOKOM кото|)ого открывается пробоотборный клапан 4, вследствии .чего проба НСВ поступает на вход датчика концентрации.

По запрещающему забортный слив НСВ сигналу от блока контроля гидрораспределитель снимает давление рабочего масла с полостей и подает его на полости гидроци- лин.дров 34 и 35, вследствие чего перекрывается клапан 3, прекращая слив НСВ за борт, и открывается клапан 2, направляя НСВ с недопустимо высокими параметрами нефтесодержания в отстойный танк. Одновременно пневмораспределителем сни.мается питание с нневмоцилиндра, шток которого, перемещаясь под действие.м нружинь-, перекрывает нробоотборный клапан, предотвращая попада1ше в датчик концентрации НСВ с высоким содержание.м нефти и тем самым исключая необходимость проведения трудоемких операций по промывке датчика и пробоотборных линий.

Устройство по первому варианту обеспечивает требуемую точность измерения концентрации нефти в сливаемой воде (в пределах погрешности датчика концентрации ± 20%) если концентрация имеет малый начальный (фоновый) уровень. Такую концент- рацю имеет хорошо остстоявшаяся вода в балластных танках.

Устройство по второму варианту позволяет получить требуемую точность измерения и при повышенном уровне начальной концентрации, когда нет возможности дать воде достаточно отстояться, либо когда из отстойного танка производится слив сильно загрязненной нефтью воды. Таким образом, точность устройства по второму варианту за счет его усложнения в меньшей степени зависит от технологии проведения слива нефте- содержащих вод по сравнению с первым ва риантом устройства.

Формула изобретения Устройство для контроля над сливом

10

15

20

ду блока памяти, выход выбора максимума соединен с входом блока контроля предельных значений нефтесодержания, выход второго блока умножения подключен к второму входу блока вычитания, соединенного вторым входом с выходом сумматора а выходом - с вторым выходом делителя, выход интегратора подключен к второму входу сумматора.

2. Устройство для контроля над сливом нефтесодержащих вод с танкеров, содержащее пробоотборник, расположенный на сливном трубопроводе, пробоотборный трубопро вод с расположенными на нем пробоотбор- ными клапаном и насосом, датчик концентрации нефтеводяной смеси, установленный на выходе пробоотборного трубопровода, последовательно соедиенные блок контроля предельных значений нефтесодержания и блок управления пробоотборным клапаном и сливными клапанами, расположенными на сливном трубопроводе, отличающееся тем, что, с целью повышения точности устройства, оно содержит последовательно соединенные первый пороговый блок, интегратор, первый блок памяти, первый сумматор, делитель, квадратор, первый блок умножения.

нефтесодержащих вод с танкеров, содержа- второй сумматор и блок выбора максиму30

щее пробоотборник, расположенный на сливном трубопроводе, пробоотборный трубопровод с расположенными на нем пробоотбор- ными клапаном и насосом, датчик концентрации нефтеводяной смеси, установленный на выходе пробоотборного трубопровода, последовательно соединенные блок контроля предельных значений нефтесодержания и блок управления пробоотборным клапаном и сливными клапанами, расположенными на сливном трубопроводе, отличающееся тем, что, с целью повышения точности устройства, оно содержит последовательно соединенные первый пороговый блок, интегратор, блок памяти, сумматор, делитель, квадратор, первый блок умножения и блок выбора максимума, последовательно соединен- 40 ные задатчик, второй блок умножения и блок вычитания, а также второй пороговый блок, вход которого подключен к выходу датчика концентрации нефтеводяной смеси, к входу первого порогового блока, к второму

ма, последовательно соединенные задатчик, второй блок умножения и первый блок вычитания, последовательно соединенные фильтр, второй блок вычитания, второй пороговый блок, второй блок памяти и третий блок вычитания, а также третий пороговый блок, вход которого подключен к входу первого порогового блока, к второму входу интегратора, к выходу третьего блока вычитания, к второму входу второго блока умножения и второму входу первого блока умножения, а выход - к второму входу блока памяти, второй вход третьего блока вычитания соединен с выходом датчика концентрации нефтеводяной смеси, с вторым входом второго блока вычит ания, с входом фильтра и с вторым входом блока выбора максимума, второй вход второго сумматора подключен к выходу второго блока памяти, выход блока выбора максимума подключен к входу блока контроля предельных значений нефтесодержания, второй вход первого

,,111АС------j-- --,j-, . ..,,

входу блока выбора .максимума, к второму блока вычитания соединен с выходом первходу второго блока умножения, к второму входу интегратора и к второму входу первого блока умножения, а выход - к второму вхового сум.матора, а выход - с вторым входом делителя, а второй вход первого сумматора подключен к выходу интегратора.

0

5

0

ду блока памяти, выход выбора максимума соединен с входом блока контроля предельных значений нефтесодержания, выход второго блока умножения подключен к второму входу блока вычитания, соединенного вторым входом с выходом сумматора, а выходом - с вторым выходом делителя, выход интегратора подключен к второму входу сумматора.

2. Устройство для контроля над сливом нефтесодержащих вод с танкеров, содержащее пробоотборник, расположенный на сливном трубопроводе, пробоотборный трубопровод с расположенными на нем пробоотбор- ными клапаном и насосом, датчик концентрации нефтеводяной смеси, установленный на выходе пробоотборного трубопровода, последовательно соедиенные блок контроля предельных значений нефтесодержания и блок управления пробоотборным клапаном и сливными клапанами, расположенными на сливном трубопроводе, отличающееся тем, что, с целью повышения точности устройства, оно содержит последовательно соединенные первый пороговый блок, интегратор, первый блок памяти, первый сумматор, делитель, квадратор, первый блок умножения.

второй сумматор и блок выбора максиму0

ма, последовательно соединенные задатчик, второй блок умножения и первый блок вычитания, последовательно соединенные фильтр, второй блок вычитания, второй пороговый блок, второй блок памяти и третий блок вычитания, а также третий пороговый блок, вход которого подключен к входу первого порогового блока, к второму входу интегратора, к выходу третьего блока вычитания, к второму входу второго блока умножения и второму входу первого блока умножения, а выход - к второму входу блока памяти, второй вход третьего блока вычитания соединен с выходом датчика концентрации нефтеводяной смеси, с вторым входом второго блока вычит ания, с входом фильтра и с вторым входом блока выбора максимума, второй вход второго сумматора подключен к выходу второго блока памяти, выход блока выбора максимума подключен к входу блока контроля предельных значений нефтесодержания, второй вход первого

------j-- --,j-, . ..,,

блока вычитания соединен с выходом первого сум.матора, а выход - с вторым входом делителя, а второй вход первого сумматора подключен к выходу интегратора.

СлиВной 2%

За ffop/n

rnpy5onpoSod отсглойньш f770Hf

фиг. 1

22

/7

Изобретение относится к области охраны окружающей среды, конкретнее к проблемам предотвращения загрязнения моря нефтью с танкеров и приравненных к ним нефтеналивных судов в процессе перевозок нефти. Целью изобретения является повыщение точности устройства за счет компенсации времени срабатывания устройства. Цель изобреW тения по первому варианту достигается те.м, / что в устройство, содержащее пробоотборник, расположенный на сливном трубопроводе, пробоотборный трубопровод,с расположенными на нем пробоотборным клапаном и насосом, датчик концентрации нефтеводя- ной смеси, установленный на выходе пробо- отборного трубопровода, блок контроля предельных значений нефтесодержания и блок управления пробоотборным клапаном и сливными клапанами, расположенными на сливном трубопроводе, введены первый пороговый блок, интегратор, блок памяти, сумматор, делитель, квадратор, первый блок умножения, блок выбора максимума, задатчик, второй блок умножения, блок вычитания и второй пороговый блок. По второму варианту цель достигается тем, что в устройство введены первый пороговый блок, интегратор, первый блок памяти, первый сумматор, делитель, квадратор, первый блок умножения, второй сумматор, блок выбора максимума, задатчик, второй блок умножения, первый блок вычитания, фильтр, второй блок вычитания, второй пороговый блок, второй блок памяти, третий блок вычитания и третий пороговый блок. 2 с.п.ф-лы, 4 ил. с S W N3 ГчЭ СО со со

ТТЛ . 3 Sopm p/ionpS { Вошс айньш

/Tlfjr//

фиг. 2

0т расходомераОт с у до- и 6о2олага

г

фиг. 3

Г

wfr 0/7 о f а 7 о

От гидро- магистЗа 5орт

От магист -,

Н ггробоо т Sop

ному насосу

От откачиВающего насоса

Редактор Н. Гулько Заказ 2228/47

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий П3035, Москва, Ж-35. Раушская наб., д. 4/5 Филиал ППП «Патент, г. Ужгород, ул. Проектная,

ФигЛ

Составитель , |. Цаллагова

Техрел И, fk-pecКорректор . Шарошм

Тираж 836Полпиеное