Способ определения количества нефтепродукта в выбросах паровоздушной смеси из резервуара

 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к технике измерения расхода паров нефтепродуктов, и может быть использовано для определения количества выбросов нефтепродуктов из резервуаров, диагностирования работы дыхательных клапанов. Технический результат - повышение точности и надежности измерения нефтепродуктов, выходящих в составе паро-воздушной смеси. Для достижения данного результата объемный расход паро-воздушной смеси из резервуара определяют с использованием дыхательного клапана резервуара, для чего задают величину аэродинамического сопротивления ζ дыхательного клапана, замеряют избыточное давление или вакуум ΔР в газовом пространстве резервуара и высоту h подъема тарелки клапана, а объемный расход Q паро-воздушной смеси определяют на основе следующей зависимости где D - диаметр посадочного гнезда тарелки клапана, ρ - средняя плотность паро-воздушной смеси. 1 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к способам измерения расхода потока паров нефтепродуктов из резервуаров через дыхательный клапан и может быть использовано во всех областях, где эксплуатируются подобные резервуары, для определения количества выбросов нефтепродуктов из резервуаров, с целью определения потерь нефтепродуктов от “дыханий” резервуаров и оценки экологии окружающей среды.

Известен способ определения количества нефтепродуктов, выходящих в составе паровоздушной смеси из резервуара, основанный на регистрации изменения объема нефтепродукта при заполнении резервуара, а также фиксировании в момент выполнения технологических операций изменения атмосферного давления и температуры нефтепродукта, с последующим расчетом количества выбросов нефтепродуктов из резервуаров по аналитическим зависимостям. При этом с целью получения простых расчетных уравнений, не требующих больших вычислительных мощностей, для подсчета весового количества нефтепродуктов вводятся следующие упрощающие положения: концентрация паров испаряющегося в резервуаре нефтепродукта во всех точках газового пространства резервуара одинакова; насыщение газового пространства резервуара парами нефтепродукта происходит мгновенно; предполагается, что резервуары абсолютно герметичны (Бондарь В.А. Защита окружающей среды на автозаправочных станциях (комплексах). //Автозаправочный комплекс. 2001. №2. С.35-38).

Основным недостатком этого способа является большая погрешность при определении весового количества нефтепродукта в выбросах паровоздушной смеси из резервуара, обусловленная колебаниями объема и концентрации паров, выходящих в составе паровоздушной смеси из резервуара, колебаниями атмосферного давления, изменением давления газового пространства и температуры.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ, при котором замеряют объем паро-воздушной смеси Q, выходящей из резервуара, оснащенного дыхательной арматурой, и концентрацию нефтепродуктов С в этих парах. Общее количество нефтепродуктов в выбросах паро-воздушной смеси определяют по формуле G=Q· С (Иванов Н.Д. Эксплуатационные и аварийные потери нефтепродуктов и борьба с ними. Л.: Недра, 1973, 160 с.).

Реализация данного способа предусматривает замер объема паро-воздушной смеси расходомером, установленным последовательно дыхательному клапану. Однако установка расходомера приводит к дополнительным сопротивлениям потоку паровоздушной смеси, которые необходимо учитывать при регулировании дыхательного клапана. Способ не позволяет учитывать малые значения выбросов (малые дыхания, начало и окончание больших “дыханий”), при которых величина расхода паро-воздушной смеси меньше чувствительности расходомера, что приводит к увеличению погрешности измерения массовых потерь нефтепродуктов в результате “дыханий”. Указанный способ не позволяет диагностировать работу дыхательного клапана резервуара.

Технический результат изобретения - повышение точности определения количества нефтепродуктов, выходящих в составе паровоздушной смеси из резервуара, и создание возможности диагностирования работы дыхательного клапана.

Указанный результат достигается тем, что объемный расход паровоздушной смеси из резервуара определяют с использованием дыхательного клапана резервуара, для чего задают величину аэродинамического сопротивления ζ дыхательного клапана, замеряют избыточное давление или вакуум Δ Р в газовом пространстве резервуара и датчиком линейных перемещений - высоту h подъема тарелки клапана, а объемный расход Q паро-воздушной смеси определяют по следующей зависимости где D - диаметр посадочного гнезда тарелки клапана, ρ - средняя плотность паро-воздушной смеси.

А также тем, что максимальные значения избыточного давления или вакуума в газовом пространстве резервуара постоянно сравнивают с заданными значениями интервалов срабатывания дыхательного клапана на избыточное давление или вакуум, и при их несоответствии делаются выводы о неработоспособности дыхательного клапана.

Данные отличительные признаки в совокупности с известными являются существенными для достижения технического результата, т.к. определение расхода паро-воздушной смеси по заданному значению аэродинамического сопротивления ζ дыхательного клапана, контролю всего диапазона высоты подъема тарелки клапана и давления паро-воздушной смеси внутри резервуара (перепада давления на клапане) позволяет отслеживать выбросы паро-воздушной смеси как при малых, так и при больших “дыханиях” резервуара, т.е. обеспечивать измерение расхода во всем диапазоне работы клапана, тем самым повышая точность измерения. Постоянное измерение давления паро-воздушной смеси внутри резервуара дает дополнительную возможность контролировать работу дыхательного клапана за счет сравнения на соответствие измеренного значения давления внутри резервуара с паспортными значениями срабатывания дыхательного клапана.

Сущность изобретения заключается в том, что для определения объемного количества нефтепродуктов, выходящих в составе паро-воздушной смеси из резервуара, в качестве расходомерного устройства используется дыхательный клапан (например СМДК), изменяющееся положение подвижных элементов которого (перемещение тарелки) от воздействия паро-воздушной смеси, в зависимости от настройки (массы тарелки), определяет аэродинамическое сопротивление ζ дыхательного клапана и давление паро-воздушной смеси внутри резервуара (перепад давления Δ Р на клапане). Площадь S проходного сечения клапана изменяется в зависимости от высоты подъема тарелки клапана S=π Dh, где D - диаметр посадочного гнезда тарелки клапана, h - высота подъема тарелки клапана. Поэтому сопротивление ζ будет изменяться в зависимости от высоты h подъема тарелки клапана, перемещение которой будет пропорционально расходу Q паро-воздушной смеси.

Объемный расход Q определяется по зависимости где ρ - средняя плотность паро-воздушной смеси.

Сопротивление ζ находится экспериментально как зависимость ζ =f(Q, h, Δ Р), по результатам предварительной калибровки дыхательного клапана на испытательной установке, для чего задается расход Q через клапан и определяются h и Δ Р, а ζ находится из (1). ζ можно рассчитать по зависимостям из “Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. М.: Машиностроение, 1975, 559 с.” по параметрам перемещения тарелки и геометрическим размерам клапана.

Давление паро-воздушной смеси внутри резервуара Δ Р измеряется датчиком давления (например, “Метран-43” серии “див”), установленным в патрубке перед дыхательным клапаном.

Высота подъема тарелки клапана h измеряется датчиком линейных перемещений (например, оптическим датчиком типа УДЛ-03 или УДЛ-05).

Содержание (концентрация) нефтепродуктов в паро-воздушной смеси, выходящей из резервуара, определяется поточным газоанализатором (например, оптическим ИК-детектором), установленным в патрубке перед дыхательным клапаном.

По текущим значениям объемного расхода Q и массовой концентрации нефтепродукта С определяют массовое текущее G_i=Q_i· С_i и суммарное значение G выхода нефтепродукта за дискрет времени, в течение которого происходило изменение регистрируемых параметров.

Заявленным способом может быть проконтролирована работа дыхательного клапана, для чего измеренные значения давления Δ Р в газовом пространстве резервуара постоянно сравнивают с заданными значениями избыточного давления или вакуума, которые должны поддерживаться в установленных (паспортных) пределах дыхательным клапаном в газовом пространстве резервуара и обеспечивать впуск и выпуск паро-воздушной смеси. Максимальные значения избыточного давления или вакуума оцениваются на их соответствие заданным интервалам пределов срабатывания дыхательного клапана, и при их несоответствии делается выводы о неработоспособности дыхательного клапана.

Предлагаемое техническое решение является новым, поскольку из общедоступных сведений не известен способ определения объемного расхода паро-воздушной смеси, выходящей их резервуара с помощью использования дыхательного клапана в качестве расходомерного устройства.

Предлагаемое техническое решение промышленно применимо, так как для его реализации могут быть использованы стандартное оборудование, приспособления и материалы, широко распространенные в области автоматизации и контроля технологических процессов.

Применение изобретения позволит повысить точность учета естественной убыли нефтепродуктов из резервуаров, экологических расчетов и платежей за загрязнение окружающей среды и составления карт рассеивания и санитарных зон загрязнения атмосферного воздуха парами нефтепродуктов.

Литература

1. Бондарь В.А. Защита окружающей среды на автозаправочных станциях (комплексах). //Автозаправочный комплекс. 2001. №2. С.35-38.

2. Иванов Н.Д. Эксплуатационные и аварийные потери нефтепродуктов и борьба с ними. Л.: Недра, 1973, 160 с. (прототип).

3. Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. М.: Машиностроение, 1975, 559 с.

Формула изобретения

1. Способ определения количества нефтепродукта в выбросах паровоздушной смеси из резервуара, оснащенного дыхательным клапаном, включающий измерение объемного расхода выходящей паровоздушной смеси из резервуара, концентрации паров нефтепродуктов в этой смеси и последующее вычисление массового расхода нефтепродукта в выбросах по произведению замеренных значений, отличающийся тем, что объемный расход паровоздушной смеси из резервуара определяют с использованием дыхательного клапана резервуара, для чего задают величину аэродинамического сопротивления ζ дыхательного клапана, замеряют избыточное давление или вакуум ΔР в газовом пространстве резервуара и высоту h подъема тарелки клапана, а объемный расход Q паровоздушной смеси вычисляют по следующей зависимости:

где D - диаметр посадочного гнезда тарелки клапана,

ρ - средняя плотность паровоздушной смеси.

2. Способ определения количества нефтепродуктов в выбросах паровоздушной смеси из резервуара, оснащенного дыхательным клапаном, по п.1, отличающийся тем, что максимальные значения избыточного давления или вакуума в газовом пространстве резервуара постоянно сравнивают с заданными значениями избыточного давления или вакуума срабатывания дыхательного клапана, и при их несоответствии, делают вывод о неработоспособности дыхательного клапана.