Способ измерения массы жидкости в резервуарах и устройство для его осуществления Советский патент 1991 года по МПК G01G17/04 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к измерению массы нефтепродуктов в резервуарах и может быть использовано для определения массы жидких продуктов, хранящихся в резервуарах, в различных отраслях народного хозяйства.

Цель изобретения - повышение точности и сокращение времени измерения массы жидкости в нескольких резервуарах.

Сущность способа определения массы нефтепродуктов в резервуарах состоит в том, что резервуар с контролируемым нефтепродуктом посредством соединительной линии сообщают по принципу сообщающихся сосудов с имеющей геометрически подобную с

резервуаром форму вспомогательной емкостью, содержащей жидкость с известной плотностью (большей, чем плотность нефтепродуктов), компенсируют гидростатическое давление, обусловленное превышением положения резервуара над положением вспомогательной емкости, измеряют массу жидкости во вспомогательной емкости, а массу контролируемого нефтепродукта определяют по формуле

М L m ,

где m - масса жидкости во вспомогательной емкости, кг;

L - коэффициент геометрического подобия вспомогательной емкости и резервуара.

Ch

ел

Ю

vj

СЛ

Кроме того, для повышения точности массы контролируемого нефтепродукта определяют по формуле

u r m

н ь --о .

/VS

где G - коэффициент гидростатического подобия контролируемого нефтепродукта и жидкости с известной плотностью;

/От - плотность жидкости во вспомогательной емкости, кг/м ;

S площадь поперечного сеченил вспомогательной емкости, м2,

определяют уровень Н контролируемого нефтепродукта, дополнительно определяют температуру стенки резервуара с контролируемым нефтепродуктом и температуру вспомогательной емкости, содержащей жидкость с известной плотностью а массу жидкости во вспомогательной емкости определяют по Формуле

m т,-, Л Vt Or .

где тп масса жидкости во вспомогательной емкости, измеренная путем вчвешива- ния, кг;

AVt - поправка на объем жидкости во вспомогательной емкости в зависимости от различия температур стенок резервуара и вспомогательной емкости, м ,

На фиг. 1 схематически показано устройство для определения массы нефтепродуктов в резервуарах; на фиг, 2 схема компенсирующего устройства; на фиг. 3 - разделительное устройство.

Устройство (фиг. 1) включает в себя вспомогэ ельную емкость 1, установленную на весовой площадке весоизмерительного устройства 2. К верхнему штуцеру 3 вспомогательной емкости 1 подключен один конец содержащей разделительное устройство 4 соединительной линии 5, второй конец которой предназначен для подключения к паровоздушному пространству над поверхностью контролируемого нефтепродукта К нижнему штуцегу 6 вспомогательной емкости 1 подключен один конец содержащий компенсирующее устройство 7 раздели- тельный сосуд 8, запорные клапаны 9, 10 и сообщающаяся с атмосферой емкое ь 11 соединительной линии 12, второй конец которой предназначен для подключения к контролируемому нефтепродукту, благода- ря чему вспомогательная емкость 1 (после подключения обоих концов соединительной линии 12) образует с резервуаром, в котором хранится контролируемый нефтепро5

0

5 0

5

0

5

0 5 0 5

дукт, сообщающиеся сосуды. Соединительные линии 5, 12 подключаются к штуцерам 3, 6 посредством эластичных соединений 13. Компенсирующее устройство 7 предназначено для компенсации влияния разности высот hz подключения разных концов соединительной линии 12 на точность измерения, а также для накопления жидкости с известной плотностью. Измеритель 14 предназначен для измерения средней температуры контролируемого нефтепродукта, измеритель 15 - температуры окружающего воздуха, измеритель 16 - температуры воздуха в помещении, где расположено весоизмерительное устройство 2. В качестве компенсирующего устройства 7 может быть использован, например U-образник 17(см. фиг, 2) со спрямляемым коленом П, который используется также в качестве сосуда- накопителя для жидкости с известной плотностью включенный в соединительную линию 12.

На фиг. 3 приведен пример конструкции разделительного устройства 4, предназначенного для выравнивания избыточных давлений в паровоздушных пространствах над поверхностями контролируемого нефтепродукта в резервуаре и жидкости с известной плотностью во вспомогательной емкости без подачи паровоздушной смеси из свободного пространства резервуара в свободное пространство вспомогательной емкости 1 Оно состоит из корпуса 18 и крышки 19, между которыми зажата вялая разделительная мембрана 20. имеющая возможность значительных перемещений. Такая конструкция позволяет обеспечить выравнивание давлений по обе стороны мембраны 18 (т. е. давлений в свободных объемах резервуара и вспомогательной емкости 1) без потерь на упругую деформацию мембраны 18.

Устройство работает следующим образом.

Измерителями 14 и 15 температуры измеряются средняя температура нефтепродукта в резервуаре tH и температура окружающего резервуар воздуха te, а измерителем 16 - температура ton в помещении, где расположена вспомогательная емкость 1. Весоизмерительным устройством 2 измеряется масса m жидкости с известной плотностью (pi), находящейся во вспомогательной емкости 1. Затем результаты измерений обрабатываются (вручную или с помощью вычислительного устройства, например, микроЭВМ).

Компенсация гидростатического столба пг(фиг. 1), возникающего из-за превышения

плоскости отбора давления из резервуара по отношению к плоскости грузоприемной платформы весоизмерительного устройства 2, вернее превышения точки подключения соединительной линии 5 к контролируемому нефтепродукту над точкой подключения соединительной линии 5 к нижнему штуцеру вспомогательной емкости 1 (при расположении резервуара ниже уровня ус- тановки весоизмерительного устройства последнее следует разместить в соответствующем углублении) осуществляется посредством компенсирующего устройства 7, пример конструкции которого приведен на фиг. 2.

Если устройство для определения массы нефтепродуктов обслуживает один резервуар, то величина превышения hz является постоянной и высоту плеч U-образ- ника 17 выбирают такой, чтобы столб hk жидкости с известной плотностью/ т (на фиг 2 эта жидкость зачернена) компенсировал столб

Пн+Пр.

Условие гидростатического равновесия указанных столбов жидкостей будет

Рд hH+ Рр g- hp/- ( д -hk.

где hH , hp - высота столбов соответственно нефтепродукта от точки подключения соединительной линии 12 к контролируемому нефтепродукту до уровня раздела жидкости в разделительном сосуде 8 и разделительной жидкости (незачерненная часть соеди- нительной линии 12), м;

Рр - плотность разделительной жидкости, кг/м .

Отсюда легко определяется требуемая высота компенсационного столба hk. а за- тем определяют высоту плеча U-образника 17 как

Пол hk-ho.

где h0 - высота нулевой отметки (нулевого отсчета) во вспомогательной емкости, м.

В случае же обслуживания устройством группы резервуаров величина превышения Ьн+hp будет разной, поэтому возникает не- обходимость в организации компенсирующего столба Ьк переменной величины. Это можно обеспечить, например, путем выполнения U-образника 17 с возможностью вращения его в вертикальной плоско- сти. Покажем, как в этом случае будет достигаться требуемая компенсация столба Пн+hp. Клапан 9 перекрывается, отсекая столб контролируемого нефтепродукта, а клапан 10 открывается. U-образник 17 по50 5

0

5

0 5

0

5

0 5

ворачивается нэ 90°, чтобы он весь находился в горизонтальной плоскости (это соответствует положению а на сечении А-А фиг 2). В этом случае (U-образник 17 вырождается в трубку, соединяющую точки d1 и q1 (фиг. 2), а компенсирующий столб жидкости с известной плотностью уменьшается с h до h0. Поэтому под давлением столба Пн+hp уровень h жидкости с известной плотностью во вспомогательной емкости начнет расти (поскольку, в этом случае изменение уровня h во вспомогательной емкости 1 происходит за счет перемещения жидкостей в соединительной линии 12, сопровождающегося изменением их количества в линии 12, то восполнение требуемого для этого количества жидкости осуществляется путем подсоса ее из емкости 11 через заполненную трубку, содержащую запорны|йгклапан 10, аналогично вытесняется излишнее количество жидкости) до установления состояния равновесия, когда:

Ра /V9 hP А 9 (h° f h).

К этому моменту во вспомогательном сосуде уровень жидкости с известной плотностью достигнет уровня h. Можно было бы считать его за нулевой и затем при работе с этим же нефтепродуктом отсчет вести от этого уровня Однако такой плавающий нуль неудобен, да и масса балласта (вес конструкции вспомогательной емкости 1 и жидкости с известной плотностью, заполнившей емкость 1 до равновесного значения уровня h) подлежит компенсации на весоизмерительном устройстве 2 - компенсация тары. А если вес тары превышает допустимый предел, например 0,5 кг, то остальная его часть компенсируется за счет уменьшения рабочего диапазона весоизмерительного устройства, что нежелательно. Поэтому в качестве нулевого отсчета выбирается постоянный уровень жидкости во вспомогательной емкости 2 (фиг. 2 уровень 0-0) и U-образник 17 поворачивается до тех пор, пока поверхность жидкости во вспомогательной емкости не достигнет этого уровня (фиг. 2) положение в на сечении А-А, тогда hnn равно гцв. В этом положении производится компенсация тары на весоизмерительном устройстве 2, т. е. масса конструкции и жидкости с известной плотностью, заполняющей вспомогательную емкость до уровня Q-Q (обозначим ее через т0) компенсируется. Поэтому при дальнейшем увеличении уровня жидкости во вспомогательной емкости будет измеряться

чистая масса жидкости с известной плотностью выше нулевого уровня. После открытия запорного клапана 9 (запорный клапан 10 предварительно закрывается) уровень жидкости во вспомогательной емкости поднимается до значения h пропорционально уровню контролируемого нефтепродукта Н, а именно

.

В дальнейшем осуществляется измерение массы m жидкости во вспомогательной емкости (чистой) и определяется масса контролируемого нефтепродукта.

H G

m

A-S

где G - коэффициент гидростатического подобия жидкости с известной плотностью

и контролируемой жидкости;

РГ - плотность жидкости с известной плотностью, кг/м3;

S - площадь поперечного сечения вспомогательной емкости, м2,

дополнительно определяют температуру стенки вспомогательной емкости, а массу жидкости с известной плотностью определяют по формуле

m mn+ AVt fi,

Изобретение относится к измерительной технике и позволяет повысить точность и сократить время измерения массы жидкости в нескольких резервуарах Это достигается за счет того, что резервуар с контролиуемым нефтепродуктом посредством соединительной линии сообщают с содержащей жидкость с известной плотностью и имеющей геометрически подобную с резервуаром форму вспомогательной емкости, а массу контролиуемого нефтепродукта в резервуаре определяют по расчетной формуле Для повышения точности определения массы нефтепродукта в резервуаре вводят поправки на объем жидкости во вспомогательной емкости на упругую деформацию стенки от воздействия гидростатического давления и температурную. Предлагаемое техническое решение обеспечивает вынесение весоизмерительного устройства из зоны измерения и может быть использовано во взрыве- и пожароопасных условиях. 2 с и 2 з п ф-лы, 3 ил 4W fe

Формула изобретения 1. Способ измерения массы жидкости в резервуарах, заключающийся в том, что из- . меряют температуру контролируемой жидкости и окружающего резервуар воздуха, присоединяют вспомогательную емкость с жидкостью известной плотности к резервуару и с учетом измеренных параметров вспомогательной емкости с жидкостью известной плотности рассчитывают массу контролируемой жидкости, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и сокращения времени измерения массы жидкости в нескольких резервуарах, вспомогательную емкость, форма которой геометрически подобна форме резервуара, присоединяют к резервуару опосредствованно по принципу сообщающихся сосудов и размещают вне резервуара, обеспечивают равенство давлений газа над поверхностями контролируемой жидкости и жидкости известной плотности, превышающей плотность контролируемой жидкости, измеряют массу жидкости с известной плотностью с учетом компенсации гидростатического давления, возникающего из-за превышения положения резервуара над положением вспомогательной емкости, а массу М контролируемой жидкости в резервуаре рассчитывают по формуле

М L гл,

где L - коэффициент геометрического подобия вспомогательной емкости и резервуара;

m - масса жидкости с известной плотностью, находящейся во вспомогательной ем- кости, кг.

0 5 0 5 0 5

0

5

где гпп - масса жидкости во вспомогательной емкости, измеренная путем взвешивания, кг;

- поправка на объем жидкости во вспомогательной емкости, определяемая различием температур стенок резервуара и вспомогательной емкости, м3,

л Е d

1Го

б,

где Е, Ев - модуль упругости соответственно материалов стенок резервуара и вспомогательной емкости. Н/м ;

D, d - внутренний диаметр соответственно резервуара и вспомогательной емкости, м;

б - толщина стенки резервуара, м.

фиг.1

Фиг. 2

19

20 18

w,f(.

ТП1

Чя Фиг.З

А А