Результат интеллектуальной деятельности: УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ МАССЫ ЖИДКОГО ПРОДУКТА В РЕЗЕРВУАРЕ

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в системах измерения массы нефтепродуктов и других жидкостей, в том числе взрывоопасных, при их отпуске, приеме и хранении.

Все измерительные устройства и системы работают с определенными погрешностями.

В связи с этим действующими Государственными стандартами оговариваются пределы допустимой погрешности измерений массы, которые обеспечивает достоверность измерений и позволяет осуществлять учет продукта при хранении, приеме и отпуске с требуемой точностью.

Известно множество устройств, позволяющих измерять массу жидкого продукта в резервуаре. Хороший обзор средств измерений для нефтяной промышленности представлен в книге «Ресурсосберегающий сервис нефтепродуктообеспечения», авторы Е.И.Зоря, В.И.Зенин, Щ.В.Никитин, А.Д.Прохоров, Москва, изд. «Нефть и газ», 2004 г. Но все упоминаемые устройства не позволяют в процессе хранения, приема и отпуска продукта контролировать соблюдение требований по величине погрешности измерений.

Методика измерений массы и погрешностей измерений хорошо изложена в книге «Автоматизированный учет нефти и нефтепродуктов при добыче, транспорте и переработке», авторы А.Ш.Фатхутдинов, М.А.Слепян и др. Москва, изд. «Недра», 2007 г. и книге «Контроль количества и качества нефтепродуктов» под ред. профессора Новоселова, Москва, изд. «Недра», 1995 г. В этих источниках изложены методики измерений массы и определения погрешности измерений, но нет описания устройств для контроля соблюдения требований по величине погрешности измерений.

В качестве прототипа может быть использовано любое измерительное устройство или система, измеряющая уровень, плотность, температуру продукта в резервуаре и позволяющая использовать градуировочные таблицы резервуаров для определения объема и массы продукта в резервуаре, например система измерительная «СТРУНА» ТУ 4210-001-23434764-2004.

Данная измерительная система, так же, как и все другие известные измерительные системы и устройства, позволяют измерять уровень, плотность, температуру и массу продукта в резервуаре, но не обеспечивает соблюдения требований по контролю величины погрешности измерений при измерении массы продукта.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является создание устройства, которое позволяет в процессе работы при хранении, приеме и отпуске продукта осуществлять оперативный динамический контроль погрешности измерений и выдавать рекомендации по величине минимального допустимого уровня при хранении продукта и величины минимального изменения уровня при приеме и отпуске продукта, позволяющие обеспечивать необходимую величину погрешности измерений.

Предметом изобретения является устройство для измерения массы жидкого продукта в резервуаре, содержащее измерительную систему, измеряющую уровень, плотность, температуру, массу продукта в резервуаре, в которое введены устройство динамического контроля погрешности измерений и устройство отображения, первый вход устройства динамического контроля погрешности измерений соединен с выходом измерительной системы, по которому поступают параметры уровня, плотности, температуры и массы продукта в резервуаре, по второму входу вводятся точностные характеристики средств измерений и градуировочные параметры резервуара, а выход соединен с устройством отображения, на котором при измерении массы продукта в резервуаре индицируются величина погрешности измерений массы, минимальный допустимый уровень при хранении продукта и минимальное изменение уровня при приеме и отпуске продукта, обеспечивающие соблюдение требований по величине погрешности измерений.

Техническим результатом является получение на экране устройства отображения информации о величине погрешности и рекомендуемым значениям минимального допустимого уровня при хранении продукта и минимального изменения уровня при приеме и отпуске продукта, обеспечивающие соблюдение требований по величине погрешности измерений.

На чертеже схематично представлено устройство для измерения массы жидкого продукта в резервуаре.

Цифрами обозначены:

1 - резервуар;

2 - измерительная система;

3 - устройство расчета массы и динамического контроля погрешности измерений;

4 - устройство отображения;

5 - файл «Точностные характеристики средств измерений»;

6 - файл «Градуировочные параметры резервуара».

Устройство для измерения массы жидкого продукта в резервуаре содержит измерительную систему 2, измеряющую уровень, плотность, температуру продукта в резервуаре 1, устройство динамического контроля погрешности измерений 3, первый вход которого соединен с выходом измерительной системы, по которому поступают параметры уровня, плотности, температуры и массы продукта в резервуаре, по второму входу устройства динамического контроля погрешности измерений вводятся точностные характеристики средств измерений с помощью файла 5 и Градуировочные параметры резервуара с помощью файла 6, а выход соединен с устройством отображения 4, на котором при измерении массы продукта в резервуаре индицируются величина погрешности, минимальный допустимый уровень при хранении продукта и минимальное изменение уровня при приеме и отпуске продукта, обеспечивающие соблюдение требований по величине погрешности измерений.

В процессе настройки в устройство динамического контроля погрешности измерений 3 вводятся значение допускаемой относительной погрешности измерений, установленное Государственными стандартами, и необходимые технологические константы (параметры).

Следует отметить, что файлы «Точностные характеристики средств измерений» 5 и «Градуировочные параметры резервуара» 6 могут загружаться в устройство расчета массы и динамического контроля погрешности измерений 3 как из измерительной системы 2, так и непосредственно из ПЭВМ^{(ПЭВМ - персональная электронно-вычислительная машина (компьютер)) при настройке устройства.}

Работает устройство следующим образом. Пример расчета погрешности измерений, циклического сравнения полученных результатов с величиной заданной погрешности и определение минимального допустимого уровня при хранении продукта и минимального изменения уровня при приеме и отпуске продукта, обеспечивающих соблюдение требований по величине погрешности измерений, представлен для нефтепродуктов (НП) в стальном резервуаре при использовании системы измерительной «СТРУНА» (СИ).

Параметры уровня плотности и температуры от датчиков СИ, расположенных в резервуаре 1, поступают из измерительной системы 2 в устройство динамического контроля погрешности измерений 2, где производится их обработка.

1 Объем НП рассчитывается по формуле:

где V_20i - объем НП в резервуаре на измеряемом уровне Н_i, определяемый по градуировочной таблице резервуара, составленной при температуре 20°С, м³;

α_ст - температурный коэффициент линейного расширения материала стенки резервуара (из паспорта на резервуар) для стали α_ст=12,5 х 10^-6 1/°С;

Т_ст - температура стенки резервуара, принимаемая равной температуре НП в резервуаре t_cp.i, °С.

2 Масса НП в режиме хранения рассчитывается по формуле:

где ρ_cp.i - средняя плотность НП, измеренная ИС;

V_i - объем НП, определенный по формуле (1).

Примечание - При снижении уровня НП ниже точки расположения нижнего плотномера ρ_cpi определяется путем пересчета по МИ 2632-2001^{(МИ 263 2-2001 - Государственная система обеспечения единства измерений. Плотность нефти и нефтепродуктов и коэффициенты объемного расширения и сжимаемости. Методы и программа расчета) введенных значений плотности и температуры пробы ρ_пр.i и t_пр.i к температуре t_cp.i.}

3 Масса отпущенных (или принятых) НП рассчитывается по формуле:

где m_i - масса НП в начале операции приема (отпуска) НП, кг;

m_i+1 - масса НП в конце операции приема (отпуска) НП, кг.

4 Погрешность измерений массы вычисляется по формулам:

а) Для режима хранения НП

б) Для режима приема/отпуска НП

где

где δK - относительная погрешность составления градуировочной таблицы для резервуара, %;

ΔТ_р - абсолютная погрешность измерений температуры НП при измерении плотности ареометром или переносным автоматическим плотномером, °С;

δN - относительная погрешность вычислений, %;

β - коэффициент объемного расширения продукта (определяется по МИ 2632-2001), 1/°С;

δρ - относительная погрешность измерений плотности ЦП, %, вычисляется по формуле:

где Δρ - абсолютная погрешность измерений плотности НП:

ρ_ср - средняя плотность НП в резервуаре, кг/м³;

δН - относительная погрешность измерений уровня НП в резервуаре, %

где Н - уровень НП в резервуаре, мм;

ΔН - погрешность измерений уровня НП в резервуаре, мм, вычисляется по формуле:

где ΔH_ИС - абсолютная погрешность ИС при измерении уровня, мм.

ΔL₀ - абсолютная погрешность рулетки или метроштока при введении поправки, мм;

ΔL_м - абсолютной погрешность метода измерений уровня, принимается равной 1,5 мм.

G - коэффициент, вычисляется по формуле:

где β - коэффициент объемного расширения НП (определяется по МИ2632 - 2001), 1/°С;

Т_ν - температура НП в резервуаре, равна t_cpi, °С;

Т_р - температура НП при измерениях плотности, °С.

К_ф - коэффициент, учитывающий геометрическую форму меры вместимости, вычисляется по формуле:

где ΔV₂₀ - объем НП, приходящийся на 1 мм высоты наполнения резервуара на измеряемом уровне наполнения Н, м³/мм;

V₂₀ - объем НП в резервуаре на измеряемом уровне Н.

При расчете погрешности измерений массы НП принимают следующие значения:

Δρ=1,0 (1,5) кг/м³ - плотности ИС (из паспорта);

Δρ=0,5 кг/м³ - для ареометра;

Δρ=0,5 (1,0) кг/м³ - для автоматического переносного плотномера (из паспорта);

δК - из градуировочной таблицы резервуара;

δN=±0,01%;

ΔT_р=±0,5 (1,0)°С - для канала измерений температуры ИС (из паспорта).

5 Расчет минимального уровня НП для обеспечения пределов заданной относительной погрешности измерений массы НП при хранении (H_min) производится следующим образом. В формулу (4) последовательно подставляются значения уровня H_i с шагом 1 мм и вычисляется значение δ_mi для каждого значения уровня H_i. Как только δm_i станет меньше заданной величины погрешности измерений, расчет заканчивается.

6 Расчет допустимого значения уровня НП для обеспечения пределов относительной погрешности измерений массы НП после завершения операции отпуска (приема) НП (H_i+1) осуществляется следующим образом. Значение Н_i увеличивается (при приеме) или уменьшается (при отпуске) с шагом 1 мм и рассчитывается m_i+1 по формуле (2), m₀ по формуле (3) и по формуле (5). Как только δ m₀ станет меньше значения заданной величины погрешности измерений, расчет заканчивается.

Полученные результаты вычислений в виде массы продукта, величины погрешности измерения массы и рекомендуемых значений минимального допустимого уровня при хранении продукта и минимального изменения уровня при приеме и отпуске продукта, обеспечивающие соблюдение требований по величине погрешности измерений, выводятся на устройство отображения 4.

Конструктивно устройство для измерения массы жидкого продукта в резервуаре выполняется на микропроцессоре. Устройство отображения 4 может быть как самостоятельным конструктивным элементом, так и объединяться с дисплеем измерительной системы 2 или выводиться на дисплей ПЭВМ (в случае его использования).

На предприятии-заявителе был изготовлен макет, который подключался к системе измерительной «СТРУНА». В качестве устройства отображения использовался дисплей ПЭВМ. Результаты испытаний полностью подтвердили правильность предлагаемого решения. В процессе испытаний отмечено удобство работы оператора при обслуживании системы.