насосы и резервуары
счетчики для топлива

главнаяоборудованиестатьи и справочные материалы по учету суг /  универсальные насоссы tuthill fill-rite для перекачки бензина и дизтоплива (дт)
Насосное и раздаточное оборудование
Универсальные насосы TUTHILL FILL-RITE для бензина, ДТ Насосы бочковые ручные для топлива, масла, тосола, антифриза Оборудование и насосы ADAM PUMPS (Италия) для топлива, масла, антифриза, тосола. Счетчики для бензина, дизельного топлива, солярки, мочевины , тосола,масла. Фильтра, адаптеры для топлива CIM-TEK Оборудование и насосы HORN (Германия) для дизтоплива,бензина, солярки, масла, антифриза, тосола. Пистолеты для масла с счетчиком. Раздаточные пистолеты, топливные рукава и аксессуары Насосы для AdBlue (мочевина)
Резервуары нефтепродуктов и СУГ
Мобильные емкости Резервуары для коммерческих АЗС Пластиковые емкости
Технологические комплексы и системы управления
Для коммерческих АЗС и сетей Для нефтебаз Для сжиженного газа Для внутренних АЗС предприятий
Средства измерения и системы учета
Счетчики нефтепродуктов Системы учета СУГ в резервуарах Весоизмерительные системы Счетчики и узлы учета СУГ
Инструмент
Wilton
Фильтры
Фильтр Separ
Автоподкачка топлива
Статьи и справочные материалы по учету СУГ
Методики выполнения измерений массы СУГ

Возможности учета СУГ в резервуарах

Возможности учета СУГ в резервуарах


Рис. 1

Традиционный метод определения массы СУГ в резервуаре

Рис. 2, а

Относительная погрешность измерения массы СУГ при помощи традиционных систем

Рис. 2, б

Абсолютная погрешность измерения массы СУГ при помощи традиционных систем

Рис. 3

Перспективный метод определения массы СУГ в резервуаре

Рис. 4

Изменение разности давлений при постоянной массе СУГ в резервуаре

Рис. 5, а и б

Схемы установки одного датчика ДД на подземном (а) и наземном (б) резервуаре

Рис. 5, в

Схема установки измерительного моноблока (2 датчика ДД с разделителями)

Рис. 5, г

Схема установки блока мембран в геометрическом центре резервуара

Рис. 5, д

Схема наружной установки двух датчиков ДД и разделительных мембран

Рис. 5, е

Схема установки двух датчиков ДД на крышке бокового люка

Таблица 1

Возможности систем в разных конфигурациях

Рис. 6

Возможности традиционного и предлагаемого методов

УЧЕТ СУГ В РЕЗЕРВУАРАХ: ВОЗМОЖНОСТИ И ПЕРСПЕКТИВЫ

Александр Александрович Летуновский
технический директор ООО «АВК-Петербург»
Тел. (812) 702–77-96, 710–12-58, (921) 741–55-70
e-mail: ,

В статье рассматриваются точностные возможности традиционного метода на базе уровнемеров и плотномеров и перспективного метода на базе датчиков разности давлений. Показаны преимущества и принципиально новые возможности перспективного метода.

Точность учета СУГ в резервуарах (при приеме, хранении, отпуске и транспортировке) является одним из факторов, определяющих эффективность газового бизнеса. Рост требований к учету СУГ в последние годы привел к повышению технической оснащенности объектов и решению комплекса методических вопросов измерения массы СУГ [1]. При этом традиционный метод учета, основанный на измерении уровня и других параметров СУГ в резервуаре, практически достиг предела своих возможностей, но на практике так и не смог обеспечить показателей точности, требуемых для коммерческого учета нефтепродуктов.

Такое состояние доставляет неудобства сбытовым подразделениям ВИНК, где СУГ пока не вписывается в общую схему учета топлива. А издержки, связанные с ограниченными возможностями измерений, негативно сказываются на работе предприятий, специализирующихся на перевалке и сбыте СУГ.

Выйти на качественно новый уровень точности учета СУГ удалось благодаря пересмотру принципов построения измерительных систем и соответствующей переработке методологии учета. В результате работ, выполненных под руководством автора статьи, появились системы учета СУГ нового поколения, которые, благодаря уникальным точностным возможностям при простоте технического решения, открывают новые перспективы в коммерческом учете СУГ.

Рассмотрим и сопоставим основные принципы и возможности традиционного и перспективного методов.

Традиционный метод

Традиционный метод учета – косвенный метод статических измерений – пришел в СУГ из сферы нефтепродуктов. Он заключается в определении уровня в резервуаре и последующем расчете объема и массы вещества через градуировочные таблицы, температуру, плотность и другие параметры. В соответствии с ГОСТ Р 8.595–2004 метод обеспечивает погрешность учета массы жидких нефтепродуктов ±0, 65%. Однако по данным исследования, проведенного по заказу НК «ЛУКОЙЛ», для СУГ погрешность учета массы по данному методу в действительности не всегда укладывается даже в ±2%.

Рис. 1. Традиционный метод определения массы СУГ в резервуаре

На рис. 1 представлена упрощенная схема преобразования информации при определении массы СУГ традиционным методом. Чувствительный элемент основного измерительного канала формирует значение первичного параметра (например, для измерительных систем типа «Струна», «ПМП» и подобных – это положение поплавка относительно штока, для «СУ-5Д» – эквивалентная емкость радиоволнового зонда в среде, для радарных систем – временной или частотный сдвиг сигнала и т.д.). Затем первичный параметр преобразуется в значение измеряемой величины – уровня жидкой фазы, для чего используются параметры настройки и данные компенсационных каналов. Заметим, что это преобразование может проводиться в два этапа: сначала – техническими средствами самого измерительного прибора, а при наличии нескомпенсированных методических погрешностей – системой обработки информации согласно методике выполнения измерений [1]. После этого рассчитываются объемы, занимаемые жидкой и паровой фазами СУГ, с использованием градуировочных таблиц и с учетом температурного расширения резервуара и датчика уровня (для этого используется канал измерения температуры). Масса СУГ в резервуаре должна рассчитываться как сумма масс жидкой и паровой фаз, при этом требуются измерения плотности, давления и температуры, а также целый ряд физико-химических данных по СУГ.

Для точных количественных измерений в резервуаре очень важно, чтобы оборудование и методики выполнения измерений учитывали такие отличительные особенности СУГ от нефтепродуктов, как наличие паровой фазы, сильная зависимость плотности от температуры и состава, изменение состава жидкой и паровой фаз при изменении параметров состояния (температуры и давления) и количества СУГ в резервуаре.

Следует особо подчеркнуть, что переносить на СУГ метрологические характеристики уровнемеров, обоснованные для нефтепродуктов, недопустимо. При работе с СУГ уровнемеры находятся в совершенно других, метрологически менее благоприятных условиях. В частности, СУГ отличается очень широким диапазоном рабочих давлений (от 1 до 16 кг/см2), увеличенным диапазоном изменений плотности (20…40% против 8…10% для нефтепродуктов), влиянием паровой фазы на результаты измерений уровня и рядом других специфических факторов, снижающих точность измерений [2]. В результате на практике, при эффективной компенсации систематических погрешностей по плотности, суммарная погрешность измерения уровня жидкой фазы СУГ обычно составляет ±2 мм против ±1 мм для нефтепродуктов. Если компенсация производится частично, только по температуре (канал плотности отсутствует), то погрешность определения уровня возрастает до ±3…4 мм.

Рис. 2, а. Относительная погрешность традиционных систем Рис. 2, б. Абсолютная погрешность традиционных систем

Оценить точность учета СУГ при заданных погрешностях измеряемых величин позволяют методики, разработанные автором для ряда систем, в которых используется традиционный метод измерения массы. Результаты такой оценки представлены на рис. 2. Расчеты проведены для резервуара объемом 10 куб.м и диаметром 1, 4 м, для полного диапазона рабочих температур (от -40 до +50°С) и составов СУГ (от 0 до 100% пропана). Результаты, показанные группой 1 на рис. 2, можно считать пределом возможностей традиционного метода в естественных условиях.

Точность, соответствующая группам 1, 2 и 3 на рис. 2, на практике может быть достигнута только при наличии канала измерения плотности СУГ, при корректных градуировочных таблицах резервуаров с погрешностью не более ±0, 25% по ГОСТ 8.346–2000, при измерении температуры жидкой и паровой фаз СУГ с погрешностью ±0, 5°С, при использовании адекватных методик выполнения измерений (включая программы обработки данных) и необходимом метрологическом обеспечении, а для группы 3, кроме того, при отсутствии примесей, способных изменять диэлектрическую проницаемость СУГ или осаждаться на электродах. Эффективный учет СУГ традиционным методом без достаточно точного измерения плотности невозможен, что иллюстрирует группа 4 на рис. 2, а и б.

Рассмотренный традиционный метод определения массы через уровень и объем характеризуется длинной цепью сложных вычислений, в которых участвуют несколько десятков параметров. Наиболее важная для учета СУГ величина – масса – находится в самом конце этой цепи и поэтому имеет худшую точность, в то время как сугубо технологический параметр – уровень жидкой фазы – может измеряться довольно точно. Очевидно, что оптимальная система учета СУГ должна строиться несколько иначе.

Перспективный метод

Рис. 3. Перспективный метод определения массы СУГ в резервуаре

Упрощенная схема преобразования данных в системе, оптимизированной для учета СУГ, представлена на рис. 3. В ней значение массы СУГ в резервуаре формируется непосредственно на основании первично измеряемого параметра, а объем и уровень при необходимости вычисляются на следующих этапах.

Ключевое значение для синтеза измерительной системы по схеме рис.3 имеет выбор первичного параметра. Первичный параметр должен измеряться просто и точно, иметь однозначную связь с массой СУГ в резервуаре при всех возможных состояниях и составах СУГ, а методика определения массы СУГ должна отличаться минимальной погрешностью. Для этого предпочтение следует отдавать параметрам, характеризующим суммарную массу жидкой и паровой фаз СУГ в резервуаре. Кроме того, первичный параметр не должен зависеть от диэлектрических и иных свойств, определяемых молекулярным строением веществ, входящих в состав измеряемой среды. Это необходимо, чтобы исключить влияние примесей с сильно отличающимися от пропана и бутана свойствами, таких как вода, остатки моющих реагентов, присадки к СУГ и т.д.

Наиболее простым решением данной задачи может показаться установка резервуаров на весовые опоры. Такие системы используются, в частности, в химической и пищевой промышленности, однако на объектах хранения СУГ они пока не применяются, так как не рассчитаны на работу под постоянной нагрузкой, неприменимы для подземных и обвалованных резервуаров, а при эксплуатации под открытым небом требуют регулярного ухода.

В качестве первичного параметра, удовлетворяющего указанным выше требованиям, предлагается использовать разность давлений в верхней и нижней точках резервуара.

Датчики разности давлений (их чаще называют датчиками дифференциального давления – ДД) являются типовыми средствами автоматизации и контроля технологических процессов, широко представлены отечественными и мировыми производителями, давно и успешно применяются в самых разных областях, в том числе в производстве, перекачке и хранении СУГ. Датчик ДД имеет два входа давления и один чувствительный элемент, формирующий разностный сигнал.

По устройству чувствительных элементов и метрологическим свойствам датчики ДД близки весовым датчикам. Для передачи давления на входы датчика ДД используются импульсные трубки с гидравлической жидкостью и мембранными разделителями. Точность современных датчиков ДД составляет ±0, 01…0, 2% верхнего предела измерений (ВПИ).

Физический смысл измеряемой датчиком ДД разности давлений – вес всех молекул, содержащихся в столбе единичной площади, ограниченном по высоте точками отбора давления. В общем случае в этом столбе будет находиться как жидкая, так и паровая фаза СУГ.

Для вертикального цилиндрического резервуара масса СУГ определяется как произведение измеренной разности давлений на площадь резервуара. При должной компенсации температурной и геометрической погрешностей точность расчета массы по данному методу практически определяется относительной погрешностью измерения разности давлений. Сравнение с весовым методом при равных классах точности датчиков показывает преимущество метода разности давлений: во-первых, верхний предел измерений, задающий масштаб погрешности, в этом случае может быть меньше на массу «тары» (резервуара); во-вторых, процесс измерения происходит внутри резервуара и защищен от каких-либо внешних влияний и человеческого фактора. Хотя вертикальные резервуары СУГ пока не получили распространения, именно они дают возможность создать наиболее точную и простую систему учета СУГ. По предварительным оценкам, такая система способна обеспечить точность около ±0, 15% массы операции.

Рис. 4. Изменение разности давлений при постоянной массе СУГ в резервуаре

В горизонтальном цилиндрическом резервуаре требуется учитывать более сложные взаимосвязи, вызванные изменением приращения объема, занимаемого жидкой фазой, по высоте. Перераспределение СУГ между жидкой и паровой фазами, вызываемое изменением температуры или состава, приводит к некоторому изменению массы СУГ в контролируемом датчиком столбе. Это показывает рис. 4, на котором приведен пример зависимости дифференциального давления от температуры СУГ для нескольких постоянных значений массы пропана и бутана в горизонтальном резервуаре (объем 10 куб.м, диаметр 1, 4 м).

Приведенные данные характеризуют предел дополнительной систематической погрешности измерения массы СУГ с помощью датчика ДД. Согласно расчетам, выполненным для датчика ДД класса точности 0, 2 без коррекции, результирующая погрешность одиночного измерения не выходит за пределы ±100 кг, а это лучше результатов, показанных традиционной системой среднего уровня сложности в аналогичных условиях (группа 4 на рис.2, б).

Рис. 5, а и б. Схемы установки одного датчика ДД

Для достижения более высокой точности требуется компенсация систематической погрешности. Автоматическая компенсация температурной составляющей погрешности может быть осуществлена подбором параметров системы передачи давления на датчик. При этом результирующую погрешность удается уменьшить до ±60 кг (для 10-кубового резервуара). Если плотность СУГ известна с точностью до ±10 кг/куб.м (например, определена с помощью 10-литрового мерника с погрешностью ±0, 1% и весов с погрешностью ±0, 05 кг), то результирующую погрешность можно уменьшить до ±35 кг, что сопоставимо с точностью классических систем с плотномером (см. рис. 2, б).

Для полной компенсации систематической погрешности необходим учет плотности и температуры СУГ в резервуаре. Наиболее эффективным оказалось решение, связанное с разбиением диапазона измерения на два участка путем установки дополнительной мембраны и датчика ДД. При этом, во-первых, формируется компенсационный канал плотности, а во-вторых, погрешность основного канала (при соответствующем выборе верхних пределов измерения датчиков) уменьшается в два раза. В результате общая погрешность системы, состоящей из двух датчиков ДД и датчиков температуры, для 10-кубового резервуара характеризуется величиной ±10…20 кг, в зависимости от конкретной модели датчиков ДД и температурных условий.

Рис. 5, г. Схема установки двух датчиков ДД с блоком мембранных разделителей, вынесенным в центр резервуара Рис. 5, в. Схема установки двух датчиков ДД в моноблочном исполнении

При ограничении температурного диапазона датчиков ДД в пределах 13…33°С (в холодное время достигается термостатированием датчиков) погрешность будет главным образом определяться точностью градуировки резервуара. Так, при использовании градуировочной зависимости массы от разности давлений, снятой с точностью 0, 2%, погрешность измерения не превысит ±0, 21…0, 25% или ±10…12 кг, что соответствует показателям весового метода.

Рис. 5, е. Схема установки двух датчиков ДД на крышке бокового люка Рис. 5, д. Схема наружной установки двух датчиков ДД и разделительных мембран Таблица 1. Возможности систем в разных конфигурациях

Некоторые схемы установки датчиков ДД на резервуарах показаны на рис.5. Измерительные возможности предлагаемого метода при типовых конфигурациях оборудования, соответствующие классу точности 0, 2 датчиков ДД, сведены в таблицу 1.

Результаты, показанные предлагаемым и традиционным методами при максимально близкой конфигурации оборудования, сопоставлены на рис. 6.

Рис. 6. Возможности традиционного и предлагаемого методов

Представленные выше результаты получены для датчиков ДД, которые имеют не самые лучшие метрологические характеристики, но подходят для широкого внедрения в сфере коммерческого учета СУГ по технико-экономическим параметрам. Применение более совершенных датчиков, безусловно, повысит точность измерения массы, однако потребует более тщательного изучения и описания дополнительных погрешностей. Но даже при использовании довольно простых датчиков предлагаемый метод способен обеспечить точность измерения массы СУГ в резервуаре, соответствующую весовому методу по ГОСТ Р 8.595–2004 (0, 4% при взвешивании расцепленных цистерн).

К другим безусловным преимуществам метода относятся:

  • простота и надежность технической реализации;
  • отсутствие подвижных частей и активных воздействий в резервуаре;
  • компенсация систематических погрешностей;
  • нечувствительность к изменениям состояния, состава и качества СУГ;
  • устойчивость к загрязнениям и отложениям;
  • разнообразные возможности монтажа технических средств без изменения конструкции резервуара, а в отдельных случаях без его разгерметизации.

    Широкий ассортимент выпускаемых датчиков ДД и комплектующих к ним позволяет не просто решить задачу определения массы СУГ с требуемой точностью, но при этом подобрать решение, соответствующее принципам технической политики заказчика и конкретным условиям. Повсеместная распространенность датчиков ДД на промышленных объектах снимает вопрос квалифицированной технической поддержки и метрологического обеспечения в регионах.

    Благодаря легкой адаптируемости технических средств к ограничениям при монтаже, их нечувствительности к загрязнениям и вибрациям предлагаемый метод измерения массы СУГ имеет полный спектр применений для резервуаров СУГ всех видов и назначений. Датчики ДД легко устанавливаются там, где нет возможности монтировать уровнемеры или датчики другого типа. Для подключения импульсных трубок к измеряемому процессу, как правило, достаточно имеющихся технологических отверстий или линий, на которых можно устанавливать отводы. Так оснащается практически любой наземный или подземный резервуар, групповая установка, автогазовоз или железнодорожная цистерна (см. рис. 5).

    Заключение

    Сравнительный анализ традиционного и перспективного методов измерения массы СУГ в резервуаре позволяет сделать однозначный вывод о предпочтительности перспективного метода, способного обеспечить более чем двукратный выигрыш в точности учета СУГ. Традиционный метод не имеет резервов совершенствования для достижения близких результатов на практике. При сопоставимых затратах перспективный метод, кроме того, отличается простотой и надежностью технической реализации и имеет ряд эксплуатационных преимуществ.

    Представленный перспективный метод способен обеспечить соответствие погрешности измерения массы СУГ требованиям ГОСТ Р 8.595–2004, что позволяет использовать схему проведения учетно-расчетных операций, действующую в сфере нефтепродуктов.

    Литература

    1. Летуновский А.А. Проблемы и опыт разработки методик выполнения измерений для организации коммерческого учета СУГ// АГЗК+АТ. 2008. №5

    2. Терешин В.И., Совлуков А.С., Летуновский А.А. Особенности учета СУГ в резервуарном парке//Газ России. 2007. №2.

    3. Летуновский А.А. Технические возможности снижения потерь в автогазозаправочном бизнесе// АГЗК+АТ. 2005. №2 и №3

    4. Летуновский А.А. Система автоматизации отпуска сжиженного газа на АГЗС// Современные технологии автоматизации. 2002. №2.


  • По материалам статей автора в журналах «Газ России» , 2009, №2 и "АвтоГазоЗаправочный Комплекс + Альтернативное топливо", 2009, №3