Результат интеллектуальной деятельности: СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ И УЧЕТА НЕФТЕПРОДУКТОВ

Изобретение относится к средствам и системам учета нефтепродуктов, предназначенным для измерения объема, массы и других параметров (плотности, температуры и др.), и может применяться на нефтебазах.

В результате патентного поиска аналоги данного изобретения не выявлены.

Известна общепринятая структура нефтебаз для реализации светлых нефтепродуктов как за границей, так и в России, которая включает в себя:

- Резервуары хранения;

- Эстакаду слива из ж.д. цистерн;

- Насосные станции;

- Терминал загрузки автоцистерн с операторной.

Все объекты связаны трубопроводами передачи продукта, через которые путем переключения запорной арматуры можно перенаправлять потоки.

Для разных видов продуктов существует своя сеть трубопроводов, чтобы не допускать смешивания. Рассмотрев участки трубопроводов с точки законов гидравлики видим, что участки между эстакадой слива и насосной станцией относятся к категории всасывающих трубопроводов, к аналогичной категории относятся участки, соединяющие резервуары и терминалы загрузки. Скорость жидкости по этим участкам лимитирована 1-2 м в сек, поэтому их строят из труб с большим диаметром, соответственно с большим весом и высокой стоимостью.

Насосные станции нефтебаз комплектуются насосами с производительностью 300 куб.м в час мощностью 75 кВт для приемки продукта от ж.д. цистерн. При поступлении продукта мелкими партиями 1-4 ж.д. цистерны насосы работают не загруженными, при этом потребляют большое количество электроэнергии.

Учет поступающего и отгруженного продукта является важным фактором деятельности персонала нефтебазы. Как известно, уравнение баланса по каждому виду продукта имеет следующий вид.

ОСТАТОК НА НАЧ.ПЕР.+ПРИХОД В ТЕЧ.ПЕР.--РАСХОД В ТЕЧ.ПЕР.=ОСТАТОК НА КОНЕЦ ПЕР.

С точки зрения метрологии, рассмотрев указанные процедуры, можно сделать следующие выводы:

Прием продукта из ж.д. цистерн, опломбированных пломбами, производится по документам, в которых указаны масса и другие характеристики продукта. Данные по количеству продукта зависят от способа учета, который применялся у организации, загрузившей ж.д. цистерну. В основном на большинстве НПЗ налив ж.д. цистерн осуществляется на эстакадах галерейного типа, где учет производится по теоретически рассчитанной таблице вместимости ж.д. цистерны в объемных единицах и величине плотности, из которых высчитывается масса продукта. Ж.д. цистерну невозможно признать мерой вместимости, так как эта мера не подтверждается ни при выпуске, ни при эксплуатации. На некоторых НПЗ имеются динамические весы, которые при прохождении по ним состава из ж.д. цистерн производят взвешивание каждой цистерны, однако точность взвешивания недостаточна. При использовании точечного налива ж.д. цистерн каждая цистерна загружается на весах с точностью измерения массы плюс-минус 50 кг или с применением измерителей массы кориолисова типа с точностью плюс-минус 0,15%. Такие способы имеют достоверные результаты и могут быть подтверждены образцовыми средствами измерения. Однако при сливе продукта из ж.д. цистерн имеют место потери за счет испарения и за счет остатка на стенках цистерны в результате смачивания. Возможны также варианты прихода цистерн недоливом или переливом, которые возникают по причинам налипания на стенки более вязкого продукта и его затвердевания, а также деформации котла цистерны.

Поэтому, в любом случае, для достоверности учета при приемке от ж.д. цистерн необходимо проводить фактическое измерение количества принимаемого продукта для объективного сведения баланса движения последнего за учетный период.

Отпуск продукта из резервуаров при загрузке автоцистерн осуществляется через наливные установки, имеющие измерители массы или объема. Точность отпуска подтверждается путем контрольных проливов на образцовую меру вместимостью 2000 литров с измерением фактической массы с точностью плюс-минус 0,05% по объему и массе.

Снятие остатков продукта в резервуаре производится на основе данных об измерении уровня продукта и подтоварной воды, и калибровочной характеристики вместимости резервуара. Однако определение средней плотности продукта при текущей температуре представляется проблематичной задачей, поэтому произвести достоверную величину снятия остатков в единицах массы невозможно.

Из приведенного следует, что при перевалке продукта через нефтебазу имеют место три вида измерений количества продукта:

- измерение при наливе ж.д. цистерн по ее расчетной вместимости, а также при помощи весов или массомеров;

- измерение количества продукта в резервуаре расчетным методом;

- измерение количества продукта при отпуске в автоцистерны при помощи массомеров или объемных счетчиков.

В указанных способах измерений используются разные приборы и методики учета, что не способствует получению достоверного результата для сведения баланса продукта. Как правило, имеют место излишки или недостача продукта даже при объективном подходе к процессам измерения.

Главным объектом на нефтебазе является РЕЗЕРВУАР, в котором хранится продукт, стоимость которого может достигать нескольких сотен миллионов рублей, поэтому он должен находиться под постоянным контролем электронной системы обеспечения сохранности и все санкционированные процессы, связанные с поступлением и отпуском продукта, должны протоколироваться в независимом регистраторе. Несанкционированные события (утечка, изменение давлений: в резервуаре, подводящих и отводящих трубопроводах, температура, уровень подтоварной воды) должны фиксировать соответствующие датчики и протоколироваться в независимом регистраторе (в черном ящике).

Для реализации указанных задач предлагается система автоматического контроля и учета нефтепродуктов, содержащая резервуар, оснащенный датчиками гидростатического давления, установку для нижнего слива нефти и нефтепродуктов железнодорожных вагонов цистерн (УСН), автоматизированную систему налива (АСН) для верхнего налива, автоматизированную систему налива (АСН) для нижнего налива, узел учета и контроля состояния резервуара, задвижки, приемный и отпускной трубопроводы, оснащенные интерфейсными датчиками давления.

Для измерения количества продукта при приемке и отпуске применяется единый массомер.

Исполнение узла учета и контроля состояния резервуара модульное в едином боксе.

Узел учета и контроля состояния резервуара может быть выполнен многоканальным.

Система автоматического контроля и учета нефтепродуктов обеспечивает непрерывный контроль за состоянием резервуара и абсолютный учет движения продукта.

Сущность изобретения поясняется чертежами:

На фиг.1 показан узел учета и контроля состояния резервуара.

На фиг.2 показана установка УСН для нижнего слива.

На фиг.3 показана установка АСН для верхнего налива.

На фиг.4 показана установка АСН для нижнего налива.

На фиг.5 показана схема нефтебазы с узлом учета и контроля состояния резервуара.

Функциональные возможности системы автоматического контроля и учета нефтепродуктов:

- измерение количества принимаемого продукта;

- измерение количества отпускаемого продукта;

- измерение количества продукта в резервуаре в промежутке между приемкой и отпуском в любой момент времени;

- контроль герметичности (протечек) резервуара и запорной арматуры;

- контроль герметичности (протечек) подводящих и отводящих трубопроводов;

- подача продукта, отпускаемого в автоцистерны собственным насосом;

- компьютерное управление операциями приемки и отпуска продукта;

- протоколирование всех событий на независимом регистраторе;

- синхронизация с первичным оборудованием, присоединяемым к автоцистерне при операциях отпуска, и с оборудованием, присоединяемым к ж.д. цистерне;

- применение единого массомера для измерения количества продукта при приемке и отпуске;

- исполнение узла учета модульное в едином боксе;

- установка модуля производится за обваловкой резервуара;

- соединение модуля с установкой слива, которая обеспечена индивидуальным насосом малой мощности, по гидравлической части производится трубопроводами, работающими в напорном режиме;

- соединение модуля с установкой налива, которая в своем составе не имеет функции учета и укомплектована только регулирующим клапаном, приборами контроля заземления уровня и указателем количества, производится также трубопроводами, работающими в напорном режиме;

- напорные трубопроводы постоянно находятся под небольшим остаточным давлением, величина которого постоянно контролируется датчиками и каждое изменение последнего фиксируется электронной системой в режиме онлайн;

- фильтр-газоотделитель модуля - самоочищающийся, очистка производится автоматически по показаниям датчика загрязненности.

Система автоматического контроля и учета нефтепродуктов работает следующим образом:

Приемка продукта из ж.д. цистерн на сливной эстакаде осуществляется установками для нижнего слива нефти и нефтепродуктов железнодорожных вагонов цистерн (УСН), оснащенными собственными насосами с параметрами производительность 100 м куб. в ч и давлением 3 атм. В состав установок также включен манифольд с электроуправляемыми задвижками, который через обратные клапаны присоединен к коллектору, состоящему из трех и более напорных трубопроводов. Каждая труба коллектора, предназначенная для соответствующего продукта, присоединяется к узлу учета, который соединен с резервуаром соответствующего продукта. При необходимости узлов учета может быть несколько по количеству резервуаров для конкретного продукта. Каждая установка слива УСН оснащена датчиком наличия продукта. Продуктопровод от установки слива до узлов учета должен быть всегда заполненным соответствующим продуктом с небольшим остаточным давлением, величина которого постоянно контролируется системой контроля утечек. Температурная компенсация объема производится сильфонными компенсаторами, расположенными в узлах учета. Любая несанкционированная утечка из трубопровода будет зафиксирована в системе контроля утечек.

Операция учета при приемке продукта осуществляется следующим образом. Установка УСН присоединяется к ж.д. цистерне, срабатывают датчики наличия продукта, а оператор с помощью программного продукта на компьютере выбирает вариант проводки продукта через узел учета, соединенный с резервуаром соответствующего продукта. Узел учета переключается на приемку продукта с помощью электроуправляемых задвижек, входящих в узел учета, по программе создается открытый трубопровод в сторону резервуара, который соединяет УСН с резервуаром. Запускается насос установки УСН и продукт через узел учета поступает в резервуар до момента срабатывания датчика наличия продукта в установке УСН. При поступлении нескольких ж.д. цистерн с одним продуктом производится подключение нескольких установок УСН на соответствующий узел учета. Производительность узла учета при приемке составляет не менее 300 м куб.ч.

Учет продукта при приемке узлом учета осуществляется массомером с одновременной фиксацией данных о плотности, температуре продукта и принимаемом объеме. По окончании приемки продукта узел учета электроуправляемыми задвижками по программе автоматически переключается в состояние на отпуск продукта, при этом в систему верхнего уровня выдаются окончательные результаты о принятом продукте. Все события (команды оператора, срабатывание всех датчиков команды на включение электродвигателей) протоколируются с привязкой к реальному времени.

Учет продукта при отпуске потребителям осуществляется тем же массомером, по которому производилась приемка с одновременной фиксацией плотности температуры и объема. Узел учета имеет измерительный канал приемки продукта и измерительный канал отпуска. Измерительный канал приемки состоит из входной электроуправляемой задвижки обратного клапана фильтра газоотделителя массомера и выходной задвижки, которые во время приемки по программе открываются, а задвижки, которые блокируют насос и отпускной трубопровод, закрываются. Все электроуправляемые задвижки имеют датчики контроля герметичности затворов, состояние которых контролируется в режиме реального времени. Измерительный канал отпуска продукта состоит из входной электроуправляемой задвижки, электронасоса производительностью 100 м куб. в ч и давлением 3 атм, задвижки на выходе из насоса, газоотделителя массомера и задвижки отпускного трубопровода, которые при отпуске по программе открываются, остальные задвижки при отпуске закрываются.

Отпускной трубопровод соединяет узел учета соответствующего продукта с автоматизированной системой налива (АСН). Отпускной напорный трубопровод, постоянно заполненный продуктом в состоянии покоя, находится под небольшим избыточным давлением, которое контролируется системой на предмет несанкционированных утечек. Отпускной трубопровод имеет температурный компенсатор, расположенный в узле учета для обеспечения постоянства в нем массы продукта, которая косвенно участвует при отпуске потребителю.

Отпускной трубопровод заканчивается отсечным управляющим клапаном, который входит в состав установки налива автоцистерн. При наливе через верхний люк клапан устанавливается в верхней точке наливного стояка. Клапан выполняет функцию поддержки заданной величины производительности отпуска и является точкой раздела: продукт до клапана, продукт продавца после клапана, продукт потребителя, который при помощи гравитации сливается в автоцистерну.

При наливе снизу точкой раздела продукта является сухой разъем, состоящий из присоединительной головки и адаптера. Отсечной клапан устанавливается перед наливным рукавом и выполняет функцию поддержки заданной величины производительности отпуска продукта в автоцистерну. Установка АСН верхнего налива, применяемая в системе с узлом учета продукта в резервуаре, должна включать в себя платформу с лестницей и трапом для доступа оператора к заливному люку, отсечной клапан и наливной рукав с наконечником. Установка АСН нижнего налива должна состоять из регулирующего и отсечного клапанов и наливного рукава с присоединительной головкой.

Каждый узел учета и АСН обслуживают только один вид продукта. В случае необходимости иметь на один продукт две или три наливных установки, которые могут работать одновременно, должен применяться многоканальный узел учета. Возможно построение многоканальной системы отпуска продукта с одноканальным узлом учета продукта в резервуаре путем применения в каждой установке АСН собственных средств учета, например турбинных измерителей количества продукта. Суммарный учет отпущенного продукта в единицах массы и величина плотности будут производиться по массомеру, установленному в узле учета, а масса отпущенного продукта по конкретному каналу будет определяться по величине плотности и по показаниям турбинного счетчика. В качестве счетчика может применяться любой другой тип или массомер.

Учет продукта в резервуаре (снятие остатков) производится двумя взаимоподтверждаемыми методами. По показаниям массомера в узле учета, а также гидростатическим методом по показаниям стабилизированного по температуре измерителя давления и калибровочной характеристике резервуара, определенной при помощи массомера и измерителя давления, в координатах «масса - гидростатическое давление столба жидкости». Снятие остатков продукта в резервуаре осуществляется при помощи программного продукта в любой момент времени. В результате применения единого узла учета продукта в резервуаре для приемки и отпуска повышается объективность учета и определение баланса движения продукта за планируемый период, исключается влияние человеческого фактора. Метрологическое обеспечение измерительного процесса как при приемке, так и при отпуске осуществляется серийно выпускаемой установкой измерения массы объема и плотности с пределами взвешивания 1400-1700 кг вместимостью 2000 куб. дм с параметрами точности плюс-минус 0,05%.

Контроль за несанкционированной утечкой продукта из резервуара осуществляется постоянно высокоточным датчиком гидростатического давления, стабилизированным по температуре, в отсутствие операций приемки и отпуска. Изменение гидростатического давления на один мм столба жидкости в пределах от одного метра до двенадцати характеризует величину утечки за зафиксированный период. Одновременно производится контроль уровня подтоварной воды с фиксацией его значения в назначенные промежутки времени. Контроль за протечками в задвижках, за давлением продукта в приемном и отпускном трубопроводах осуществляется при помощи интерфейсных датчиков давления путем их программного опроса и сличения их показаний с программными установками. Контроль герметичности соединений внутри узла учета осуществляется датчиком наличия продукта, установленным в поддоне узла.

Для возврата паровоздушной смеси (ПВС) при герметичном наливе автоцистерн в резервуар в узел учета включен узел рециркуляции ПВС, который направляет ПВС, вытесняемую из наливаемого отсека автоцистерны в паровое пространство резервуара на замещение объема отпускаемого продукта. При операциях приемки продукта ПВС вытесняется из резервуара и подается в паровое пространство ж.д. цистерны для замещения объема принимаемого продукта. ПВС при любых температурах окружающей среды имеет насыщенные значения легких углеводородов, при направлении ее в освобождаемые пространства резервуаров вместо воздуха не происходит дополнительное испарение легких углеводородов. Эта технология исключает потери за счет испарения продукта при операциях перевалки на нефтебазе, так как в автоцистерне всегда имеется ПВС насыщенной концентрации, которая вытесняется при наливе и попадает в освобождающееся пространство резервуара, тем самым не допускается попадание туда чистого воздуха, который насыщается легкими углеводородами из продукта. При приемке продукта из ж.д. цистерн в них направляется ПВС из резервуара, которая не позволяет испарять принимаемый продукт при откачке его из ж.д. цистерны.