Методы количественного учета нефти и нефтепродуктов

Основные способы измерения больших масс нефтепродуктов и нефти

Принципы построения ИИС количественного учета во многом зависят от принятого способа измерения количества жидкого продукта в емкостях. Поэтому в этой главе приведено описание основных способов измерения больших масс жидкого продукта для выбора наиболее приемлемого из них (см. табл. 6.1)

В перспективе могут найти применение для измерения больших количеств жидких продуктов в резервуарах приборы, основанные на использовании резонансного метода, разработанного под руководством академика Б.Н. Петрова и др. (см. табл. 6.1).

Таблица 6.1

Способы измерения количества нефтепродуктов

Методы количественного учета нефтепродуктов в ёмкостях
Универсальные	Акустические	Тепловые	Электрические	Оптические
Тензометрический Гравиметрический Объемно-весовой Пьезометрический	Локационный Диссалативный (погл) Резонансный	Дилатометрический Терморезисторный Термо-ЭДС	Кондуктометрический Индуктивный Ёмкостной Радиоволновый	Преломления Поглощения Отражения

Тензометрический способ

Тензометрический способ предполагает непосредственное определение усилий на стенки или днища резервуара от действия массы нефтепродукта. Первичными элементами устройства являются электрические датчики (тензометрическиё, индуктивные, магнитоупругие и др.). Деформация упругого тела датчика измеряется с помощью, например, прикрепленных к нему проволочных тензометров-преобразователей, представляющих собой плоскую или иную намотку проводов, обладающих тензоэффектом, т.е. способностью изменять свое сопротивление под воздействием механической информации. Такие приборы используют для определения количества жидкости в небольших резервуарах как в нашей стране, так и за рубежом .

Достоинством тензометрического способа определения количества жидкости является его простота.

Основные недостатки этого способа следующие:

ü невысокая точность тензометров;

ü сложность равномерного распределения нагрузки между отдельными упругими элементами;

ü сложность тарировки и периодической поверки;

ü невозможность установки упругих элементов на действующих больших резервуарах и трудность установки на малых;

ü взвешивание всего содержимого резервуара без разделения на воду, осадки и полезный продукт.

Основные причины погрешностей для тензометрического взвешивания:

· нелинейность упругих элементов (0,2÷0,05%);

· гистерезис (0,01÷0,05%);

· температурная нестабильность нуля (0,001%);

· разброс показаний (0,01%);

· погрешность градуировки (0,02%);

· влияние ускорения силы тяжести (0.05÷0,1%);

· влияние аэростатических сил (0,1%).

Кроме этого, на погрешность измерений тензометрическим методом существенное влияние оказывает:

· временная нестабильность самих тензодатчиков;

· неравномерное распределение нагрузки между отдельными массдозами;

· сложность тарировки и периодической поверки;

· невозможность установки масс-доз на действующих больших резервуарах и трудность установки на малых;

· взвешивание всего содержимого резервуара без разделения на воду, осадки и полезный продукт.

Объемно-весовой способ

Наиболее распространенным способом определения количества жидкости в резервуарах в настоящее время является объемно-весовой (ОВ-способ).

При построении системы коммерческого учета нефтепродуктов на основе ОВ-способа необходим комплекс приборов измерения уровня средней температуры и средства для отбора пробы.

В устройствах для измерения уровня чаще всего встречаются приборы, использующие натяжение троса поплавком или буйком. Общим основным недостатком таких приборов является то, что они требуют корректировки показаний по плотности жидкости, т.к. ее изменение всегда приводит к изменению погружения поплавка, что вызывает увеличение абсолютной погрешности измерения уровня.

Находят также применение (в основном в зарубежной практике) уровнемеры радиационные, ёмкостные, фотоэлектрические, радиоволновые и др. Так, во Франции используют уровнемеры с радиоактивными методами измерения, обеспечивающие простоту, высокую чувствительность и надежность в работе. Для товарно-расчетных операций в лаборатории «DAFINNA DUBROLIH HERPIK» (Гренобль, Франция) разработан уровнемер, действующий по пьезометрическому принципу. В нижних и верхних камерах резервуара расположены трубки, по которым пропускается сжатый воздух. Другие концы трубок выведены наружу и соединяются с дифманометром. Давление столба жидкости в резервуаре уравновешивается столбом ртути и в дифманометре.

Анализ уровнемеров показывает, что прибора автоматического измерения уровня системы коммерческого учета, имеющие погрешность измерения уровня не более ± 5 мм, содержат в своей конструкции точные механические движущие элементы. Эта особенность, как показывает опыт эксплуатации уровнемеров, снижает надежность их работы и временную стабильность показаний.

Разработанные различными организациями у нас в стране и зарубежными фирмами устройства для отбора проб и непосредственного измерения средней температуры продукта в резервуарах имеют, как правило, одинаковый принцип действия и различаются лишь конструктивно.

Во ВНИЙКАНефтегаз на основе ОВ-способа измерения разработано устройство типа «Утро», предназначенное для товарно-расчетных операций в резервуарных парках. В этих устройствах для измерения уровня применяют поплавковый указатель уровня УДУ – 5М, принцип работы которого основан на слежении поплавком за уровнем нефтепродукта в резервуаре (рис. 6.1).

Рис. 6.1. Уровнемер типа УДУ-5м

Поплавок 1, свободно плавающий внутри резервуара 2 на поверхности жидкости, перемещается с изменением уровня вдоль направляющих струн 3. С поплавком связана мерная лента 5, имеющая калиброванные отверстия. Другой конец мерной ленты подведен к местному прибору 4.

При уменьшении уровня поплавок опускается и под действием собственной массы при помощи ленты взводит пружинный двигатель в местном приборе. При наполнении резервуара поплавок всплывает и освобождает ленту, которая подтягивается пружинным двигателем. Лента в местном приборе своими отверстиями входит в зацепление со штифтами местного шкива 6, длина окружности которого строго калибрована. По числу оборотов и углу поворота мерного шкива судят о положении поплавка. С валом мерного шкива связаны десятичный счетчик 7 и приставка для дистанционной передачи 8. Движение на вал дистанционной приставки, передается от валика, показывающего прибора через шестеренчатую передачу.

Рис. 6.2. Датчик температуры

Среднюю температуру в «Утро» измеряют термометром сопротивления (рис. 6.2).

Он представляет собой медную проволоку, уложенную в жгут и защищенную герметическим чехлом. Термометр укладывают вдоль металлической штанги, вращающейся вокруг шарнира внутри резервуара у его основания. Штанга по всей длине снабжена пенопластовыми поплавками 2. На свободный конец штанги насажан поплавок 1, при помощи которого штанга с термометром, вращаясь вокруг шарнира, всегда полностью погружена в жидкость.

Большую точность имеют уровнемеры, в которых поплавок только управляет работой следящего устройства.

Таким прибором является уровнемер СКБ АНН типа УЭД-3. Это уровнемер с тонущим поплавком (буйком), принцип действия которого основан на том, что буек, погруженный в жидкость, автоматически следит за изменением уровня. Подвижную систему прибора приводят первоначально в такое положение, при котором буёк наполовину погружен в жидкость. При повышении уровня следящая система через ряд колес и тросов подымает буек до прежнего положения. При понижении уровня происходит обратный процесс.

Кинематическая схема устройства уровнемера УЭД-3, устанавливаемого на резервуаре, приведена на рис. 6.3.

Рис. 6.3. Уровнемер типа УЭД-3

На оси 5 вилки 6 свободно вращается гладкий ролик 4, через который переброшена перфорированная лента 12, изготовленная из нержавеющей стали. Указанная лента переброшена также через ведущий ролик 3 с зубцами, входящими перфорацию ленты. На одном конце ленты висит буек 13, на другом – уравновешивающий груз 14. Продолжением вилки 6 служит стержень 8, жестко закрепленный в скобе 9. Герметизация достигается сильфоном 7. Пружина 10 уравновешивает усилие, действующее на левый конец стержня 8. Устройство 2 устанавливает такое натяжение пружины, что при погружении буйка наполовину в жидкость стержень 8 занимает горизонтальное положение. При этом контактная планка на конце стержня устанавливается также в среднем положении (контакты не замкнуты).

При повышении уровня замыкается нижний контакт, Кнвключается цепь реверсивного двигателя 1 и отключается тормозное устройство 2. Через систему зубчатых колес и первичную передачу приводится во вращение ведущий ролик 3 для установления буйка в нормальное положение (наполовину погружённый в жидкость). При этом контакт размыкается, двигатель останавливается, электромагнит тормозного устройства 2 обесточивается, что обеспечивает включение тормоза и быструю остановку двигателя, а также исключает возможность включения верхнего контакта в результате инерционного выбега. При понижении уровня жидкости в резервуаре включается верхний контакт Кви реверсивный двигатель вращается в противоположную сторону, система вновь приходит в равновесие. Таким образом, буек непрерывно следит за изменением уровня жидкости в резервуаре.

Уровень жидкости отмечается непосредственно у резервуара четырехзначным отчетным устройством 15 с точностью до 1 мм, и отсчет передается на расстояние устройством дистанционной передачи 16.

В Венгрии разработана автоматическая цифровая система КОР-ВОЛ для высокоточного измерения количества жидкости в резервуарах, использующая ОВ-способ. Система КОР-ВОЛ служит для автоматического определения объема или массы жидкости, хранимой в резервуарах большой вместимости, сбора и обработки данных измерений.

Вычисление массы жидкости по уровню, средней температуре и плотности продукта с учетом калибровки резервуара достаточно трудоёмко. Поэтому при использовании ОВ-способа для автоматизации товарно-учетных операций в систему включают сложные специализированные вычислительные устройства или универсальные вычислительные машины. Приведенную к 20°С плотность продукта в таких системах вводят вручную.

Основные недостатки устройств измерения массы нефтепродуктов, использующих ОВ-способ, следующие:

ü сложность первичных измерительных приборов, устанавливаемых на резервуарах;

ü трудность периодической метрологической поверки первичных измерительных приборов, устанавливаемых на резервуарах;

ü сложность алгоритма обработки первичной измерительной информации;

ü высокая стоимость системы, вызванная необходимостью установки первичных измерительных приборов в каждом из контролируемых резервуаров, а также применением сложных специализированных вычислительных устройств или ЭВМ для реализации алгоритма обработки; трудность полной автоматизации товарно-учетных операций.

Гравиметрический способ

Практическое использование гравиметрического способа взвешивания стало возможным с появлением приборов, позволяющих измерять ускорения свободного падения с достаточной точностью. Этот способ основан на измерении изменения ускорения свободного падения (или сил тяжести) в резервуаре в зависимости от массы продукта в нем. Ускорение свободного падения измеряют гравиметрами, которые в основном делятся на два класса – статические гравиметры и гравитационные вариометры.

Общим свойством статических гравиметров является то, что в них сила тяжести сравнивается с другой, постоянной во времени силой (упругая сила деформации).

Чувствительный элемент системы гравиметра представляет собой маятник, удерживаемый в равновесии упругой силой главной пружины и нитей подвеса. Для увеличения момента масс на маятник надета цилиндрическая платиновая навеска.

Принцип действия следующий: при изменении ускорения свободного падения маятник отклоняется от первоначального положения равновесия до тех пор, пока силы, вызванные деформацией главной пружиня и нитей подвеса, не уравновесят изменения силы тяжести. Мерой удлинения пружины является угол поворота микрометрического винта, который измеряется специальным счетчиком-редуктором.

Представляет интерес применение гравиметров для непосредственного измерения массы жидкости. В одном из вариантов используют два гравиметра, расположенные в центральной трубе по оси резервуара. Гравиметры связаны между собой и с регистрирующим устройством кабелем, соединены они последовательно. Это обеспечивает наибольшую чувствительность, а при встречном и последовательном включении исключается влияние переливов. В другом варианте предлагают использовать эффект изменения силы тяжести в зависимости от массы продукта в резервуаре. В этом случае гравитационный вариометр располагается у стенки резервуара на половине его высоты. Относительная погрешность определения массы продукта в резервуаре при уровне 1,5 м современными гравиметрами составляет 1,65%, что неприемлемо для товарного учета. Следует отметить, что при дальнейшем снижении уровня погрешность определения массы еще более увеличивается. Кроме недостаточной точности существующие гравиметры имеют большой дрейф «нуля» и подвержены влиянию расположенных рядом переменных масс, приливов, вибраций и т.п. Все это также снижает реально достижимую точность измерений гравиметрическим способом. .

Вследствие отмеченных недостатков применение гравиметрического способа для товарного измерения массы жидкости в резервуарах и настоящее время является неоправданным.

Пьезометрический способ

Под пьезометрическим способом (П-способ) измерения количества жидкостей в емкостях следует понимать способ, заключающий в определении массы по гидростатическому давлению жидкости в резервуаре.

В этом случае масса жидкости

, (6.1)

где – гидростатическое давление в резервуаре; g – ускорение свободного падения; – площадь среднего сечения резервуара при соответствующем давлении и уровне жидкости H

. (6.2)

До настоящего времени пьезометрический способ не нашел широкого применения из-за относительной сложности измерения гидростатического давления с достаточной точностью.

Общая относительная погрешность метода

, (6.3)

где – погрешность калибровки резервуара ( 0,2%); –погрешность измерения гидростатического давления, состоящая из погрешности преобразования гидростатического давления в давление воздуха и погрешности измерения пневмодавления, т.е.

. (6.4)

Абсолютная погрешность преобразования щелевых датчиков безрасходных пневмосистем определяется силами поверхностного натяжения в щели на границе «воздух-жидкость» в не
превышает ±2 мм вод. ст.

Относительная погрешность манометра МП-2,5 П разряда в пределах давлений 0,1÷2,5 кгс/см² равна 0,05%, а общая погрешность определения массы при этом составляет

,

т.е. в наихудшем случае (H =1 м и = 0,7×10³ кг/см³) погрешность определения массы продукта составляет 0,35%, что меньше максимально допустимой при товарных измерениях.