Технические науки / 5.Энергетика

 

к.т.н. Паршина А.В., к.т.н. Паршин В.М., студент Таипова Д.Р.

Самарский университет

Энергосберегающая система мониторинга параметров жидких энергоносителей с дополнительным контролем движущихся сред

 

Для измерения параметров жидких продуктов, находящихся в резервуарах, например, топлива в баках подвижных объектов, резервуарных парков нефтебаз и автозаправок, а также в других ёмкостях, используемых для хранения и производства жидких продуктов, используют различные измерительные устройства. Для комплексного контроля группы параметров используют системы мониторинга, включающиеся в себя группу измерительных приборов и преобразователей. Для такого контроля может быть использована система мониторинга, описанная в [1]. Система позволяет осуществлять оперативный контроль параметров уровня, плотность, массы, температуры жидкости в резервуаре. Измерение уровня и плотности производится методами акустического зондирования по параметрам отраженных от контролируемой среды одиночных импульсов. Измерение массы производится совокупно-косвенным методом, используя создаваемую при процедуре калибровки математическую модель. Температуру жидкости в резервуаре измеряют согласно показаниям группы датчиков температуры, размещенных по длине волновода в полости емкости.

Для создания дополнительного контура контроля, а также повышения функциональных возможностей системы в целом, возможно введение в гидравлические каналы налива и слива жидких продуктов устройств поточного контроля параметров (УПКП). Структурная схема устройства представлена на рисунке 1. Устройство управления 1 подает сигнал на генератор 2, который формирует опорную частоту для формирователя зондирующих импульсов 3. Зондирующий импульс поступает на пьезоэлектрический преобразователь 4, установленный на стенке трубопровода. Ультразвуковой сигнал проходит сквозь жидкость, которая в данный момент времени протекает по трубопроводу со скоростью v, и улавливается через время t1 пьезоэлектрическим преобразователем (ПЭП) 5, установленным на противоположной стенке трубы. Данные о пришедшем на ПЭП 5 сигнале поступают на устройство сбора данных 6. В вычислительном устройстве 11 происходит вычисление времени прохождения данного импульса по выражению:

,

где с – скорость распространения ультразвуковой волны в контролируемой жидкости; α – угол между линией, соединяющей центры преобразователей 4 и 5, и осью потока.

 

Рисунок 1 - Структурная схема устройства поточного контроля параметров жидких сред

 

После этого по сигналу устройства управления 1 на ПЭП 5 передается зондирующий импульс с формирователя импульсов 3. Ультразвуковой сигнал проходит сквозь жидкость и через время t2 улавливается пьезоэлектрическим преобразователем (ПЭП) 4. Данные об импульсе поступают в устройство 6, и в вычислительном устройстве 11 высчитывается время прохождения по выражению:

.

Скорость течения жидкости в таком случае рассчитывается в устройстве 11 согласно выражению:

,

где l – длина линии, соединяющей центры ПЭП 4 и 5.

Скорость звука в жидкости, таким образом, рассчитывается по выражению:

.

Параллельно с этим, информация об импульсах, прошедших сквозь контролируемую жидкость поступает с выхода устройства сбора данных 6 в блок расчета коэффициента поглощения звука αА 10. Информация о рассчитанном коэффициенте αА поступает в устройство 11. Также в устройство сбора данных 6 поступает информация о температуре жидкости в трубопроводе от датчика температуры 7, а также информация о давлении жидкости с датчиков давления 8 и 9. Расчет плотности контролируемой жидкости производится по формуле:

,

где Kβ – коэффициент связи между плотностью и сжимаемостью, зависящий от температуры жидкости.

Затем в вычислительном устройстве происходит расчет вязкости жидкости по выражению:

.

Далее производится расчет числа Рейнольдса по выражению:

,

а также поправочного коэффициента, усчитывающего профиль скоростей потока жидкости в трубе:

.

С учетом рассчитанного поправочного коэффициента  производится расчет массового расхода жидкости:

,

где Kh – калибровочный коэффициент.

Рассчитанные параметры плотности, вязкости и массового расхода жидкости из вычислительного устройства 11 передаются в устройство управления 1, где может быть произведено сравнение полученных данных с показаниями приборов, оценивающих параметры среды, находящейся в емкости. Создается дополнительный контур контроля параметров жидкой среды, транспортируемой по системе трубопровода, за счет которого возможно зафиксировать акты несанкционированного контроля в систему трубопроводного транспорта (по изменению плотности жидкости).

Таким образом, за счет введения в систему мониторинга дополнительных устройств поточного контроля параметров, устанавливаемых в гидравлических каналах слива и налива, создается возможность контролировать параметры не только налитой в резервуар жидкости, то также измерять параметры плотность, вязкости и массового расхода в процессе перекачки.

 

Литература:

1. Солнцева А.В., Борминский С.А., Курылева П.А. Система управления и контроля приходно-расходными  характеристиками резервуарных парков // Современные техника и технологии: сборник докладов XX Международной юбилейной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. В 3 т. Т. 1 / ТПУ. – Томск: Изд-во ТПУ, 2014. – С. 141-142.