Устройство контроля массы мазута в вертикальных цилиндрических резервуарах

(51)01 17/00,01 27/00 НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ МАССЫ МАЗУТА В ВЕРТИКАЛЬНЫХ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ РЕЗЕРВУАРАХ(71) Заявитель Институт технической акустики Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Бобров Виктор Петрович Телепнев Сергей Николаевич Царенко Юрий Валентинович Ходунов Михаил Григорьевич(73) Патентообладатель Институт технической акустики Национальной академии наук Беларуси(57) Устройство контроля массы мазута в вертикальных цилиндрических резервуарах, содержащее манометры избыточного давления, вертикально-установленную трубу, соединенную с резервуаром в нижней ее части с помощью запорного клапана, и дифференциальный манометр, соединенный с емкостью и вертикально установленной трубой,блок обработки данных, отличающееся тем, что соединение манометров с резервуаром и их установка осуществляется на уровне, соответствующем высоте мертвой полости.(56) 1. Жирновский Б.И. Приборы автоматического контроля и регулирования. - М., 1989. С. 146-147. 2. Заявка на выдачу патента РБ 20001049. 3. Правила учета топлива на электростанциях. РД 34.09.105-88. - М. Союзтехэнерго,1988. - С. 109. 1031 Устройство относится к измерительной технике и может быть использовано для учета массы топлива в нефтеперерабатывающей промышленности и теплоэнергетике. Известно устройство 1, в котором уровень жидкости измеряют с помощью манометра избыточного давления, а массу вычисляют по формулам. Недостатком данного устройства является низкая точность контроля массы жидкости. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство 2, в котором массу жидкости измеряют с помощью системы манометров, соединенных между собой коммутационными элементами и подключенных к блоку обработки данных. Недостатком данного устройства является низкая надежность контроля массы мазута,поскольку в нижней части резервуара постоянно накапливаются примеси в виде песка,шлаков, а также подтоварной воды. Так как манометры соединены с резервуаром в нижней его части, то с течением времени происходит перекрытие импульсной трубки, соединяющей резервуар с датчиками давления приводящее к частичной потере работоспособности устройства. Целью предлагаемого устройства является повышение надежности работы устройства контроля массы мазута. Указанная цель достигается тем, что в известном устройстве контроля массы мазута в цилиндрических резервуарах, содержащем манометры избыточного давления, вертикально установленную трубу, блок обработки данных, соединение манометров с резервуаром и их установка осуществляется на уровне, соответствующем высоте мертвой полости. Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается от известного тем, что манометры установлены и соединены с резервуаром на уровне, соответствующем высоте мертвой полости. Установка и соединение манометров на уровне мертвого остатка позволяет повысить надежность работы устройства, так как засорение импульсных трубок манометров при этом не происходит. Величина мертвого остатка определяется из тарирочных таблиц резервуара и обычно составляет 2545 см. Согласно нормативным документам 3, мазут,находящийся в мертвой полости, не расходуется и сливается полностью только при ремонте и диагностике резервуара (раз в 5 лет). Постоянно расходуемым объемом резервуара является объем, находящийся выше верхней границы мертвой полости. Определение массы мертвого остатка мазута в резервуаре при инвентаризации топлива производится расчетным методом 3. На фигуре представлено предлагаемое устройство. Устройство состоит из цилиндрической емкости 1, заполненной жидкостью, манометров избыточного давления 2 и 3, вертикально установленной трубы 7, запорных клапанов 5 и 6 и дифференциального манометра 4, и контроллера 8, соединенного с ПЭВМ 9. Дифференциальный манометр 4 соединен с цилиндрической емкостью 1 и вертикально установленной трубой 7. Сигналы с манометров 2, 3 и 4 поступают в контроллер 8, где происходит расчет массы мазута в резервуаре.- высота максимального налива жидкости относительно- высота мертвой полости резервуара, относительно которой измеряется избыточное давление. Устройство работает следующим образом. Вертикально установленная труба 7, соединенная с цилиндрической емкостью 1, действует по принципу сообщающихся сосудов. При открытом запорном клапане 5 уровни жидкости в емкости 1 и трубе 7 одинаковы. Для оперативного контроля расхода жидкости клапан 5 закрывается и дифференциальным манометром 4 фиксируется разница давлений,создаваемых столбами жидкости в трубе 7 и емкости 1. Общая масса жидкости в емкости 1 определяется с помощью манометра избыточного давления 2. Для повышения точности расчета массы жидкости при малых высотах налива служит манометр избыточного давления 3. Электрические сигналы с манометров 2, 3 и 4 поступают в контроллер 8, где и происходит расчет массы жидкости в резервуаре 1. Полученные в контроллере данные передаются на ПЭВМ 9. 2 1031 Для вычисления массы жидкости используется величина избыточного давления, создаваемого жидкостью на определенном уровне емкости. Известно, что масса жидкости в цилиндрической емкости равна где Р - избыточное давление жидкости,- площадь поперечного сечения емкости,- ускорение свободного падения (9,8 м/с 2). При заполнении емкости до максимальной высотыизбыточное давление фиксируется преобразователем давления 2. Верхний предел измерения Р 2 преобразователя 2 выбирается близким к значению избыточного давления Р 2, создаваемого столбом жидкости высотой(2 Р 2). Масса мазута в емкости, заполненной до максимальной высоты ,определяется по формуле где Ра- изменение атмосферного давления на высотеотносительно уровня мертвого остатка,- плотность воздуха. Так как отношение плотности воздуха к плотности мазута а/м 0,001, значение Ра можно не учитывать. Для повышения точности измерения массы жидкости при малой высоте налива 2/10 используется датчик Р 3. Верхний предел измерения Р 3 преобразователя 3 выбирается близким к значению избыточного давления Р 3, создаваемого столбом жидкости высотой 2 (3 Р 3). Масса мазута в емкости, заполненной до высоты 2, определяется из формулы при этом клапан 6 должен быть открыт. Оперативный контроль расхода жидкости массой от 0 кг до М кг осуществляется преобразователем разности давлений 4. Верхний предел измерений Р 4 этого датчика выбирается близким к значению избыточного давления Р 4,создаваемого количеством жидкости М кг (Р 44). Оперативный контроль расхода жидкости осуществляется при закрытом клапане 5. При достижении Р 4 Р 4 производится сброс значений датчика 4 открыванием клапана 5. При контроле массы жидкости в емкости преобразователями 2, 3 электромагнитный клапан 5 должен быть открыт. В качестве манометров могут быть использованы преобразователи измерительные давления типа АРС 2000, обеспечивающие значение выходного сигнала постоянного тока 4-20 мА с пределом основной допустимой погрешности 0,1 . Последующая обработка выходного сигнала постоянного тока 4-20 мА осуществляется программируемым микроконтроллером типа ЦР 9006 с пределом основной допустимой погрешности АЦП 0,1 . Далее полученные данные могут быть переданы на ПЭВМ. Предел основной допустимой погрешности при определении массы мазута для измерительного комплекса, состоящего из преобразователя давления типа Аплисенс и микроконтроллера ЦР 9006, составляет не более 0,3 . Врезка манометров выше уровня мертвой полости нецелесообразна, поскольку не позволяет эффективно использовать объем мазутного резервуара. Врезка манометров на высоте, меньшей высоты мертвой полости, также нецелесообразна, т.к. могут отсутствовать данные градуировочных таблиц в диапазоне высот резервуара. Работа данного устройства может быть проиллюстрирована примерами конкретного осуществления. Пример 1 (по прототипу). Резервуар мазута высотой 10 м и средней площадью поперечного сечения 200 м 2. Температура мазута составляла в нижней части составляла 67 С. Врезка манометров осуществлена в днище резервуара. В резервуар было залито 1605 т мазута (массу определяли взвешиванием). 3 1031 В качестве манометров использовали измерительные преобразователи давления типа АРС 2000 с верхними пределами М 2100 кПа, М 340 кПа и М 410 кПа и максимальной погрешностью измерения 0,1 . Рассчитанное микроконтроллером значение массы в этом случае имело значение 1602,4 т (за вычетом массы мертвого остатка). Абсолютная погрешность измерения массы мазута в данном резервуаре составила 2,6 т. Относительная погрешность в данном случае равна 0,16 . В среднем через 3-4 заполнения резервуара мазутом происходило засорение импульсной трубки манометров, что нарушало работу системы. Пример 2. Резервуар мазута высотой 10 м и средней площадью поперечного сечения 200 м 2. Врезка импульсной трубки манометра проведена на уровне верхней границы мертвой полости - 27 см. Температура мазута составляла 85 . В резервуар было залито 1605 т мазута (массу определяли методом взвешивания). В качестве манометров использовали измерительные преобразователи давления типа АРС 2000 с верхними пределами М 2100 кПа, М 340 кПа и М 410 кПа и максимальной погрешностью измерения 0,1 . Рассчитанное микроконтроллером значение массы в этом случае имело значение 1602,7 т. Абсолютная погрешность измерения массы мазута в данном резервуаре составила 2,3 т. Относительная погрешность в данном случае равна 0,15 . Засорение импульсных трубок не происходило в течение длительной эксплуатации резервуара (более 30 заполнений резервуара). Таким образом, надежность работы предлагаемого устройства значительно выше. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.