Максимов А.С.

Государственная морская академия имени адмирала Ф.Ф. Ушакова, Россия

Анализ и методика использования ультразвукового уровнемера при определении водоизмещения судна методом «драфт-сюрвей».

 

В процессе грузовых операций, различают водоизмещение судна в грузу, и порожнем. Разница, выраженная в метрических тоннах, и определяет, количество погруженного или выгруженного груза. Существует огромная номенклатура грузов, перевалка которых, уже по своей сути, исключает непосредственное взвешивание перед погрузкой на борт судна. Поэтому перед началом и после грузовых операций осуществляется инспекция, производимая, либо грузовым помощником, либо независимыми экспертами сторон, вовлеченных в транспортный процесс, которая позволяет с принятой точностью определить, путем производства визуального снятия замеров по маркам углубления, количество погруженного груза [4].

В последнее время, в порту Новороссийск, наблюдается тенденция присутствия на таких инспекциях представителя таможни, который контролирует независимость и корректность выдаваемого результата. Полученная цифра, по так называемому драфт-сюрвею, очень важна для всех вовлеченных в транспортный процесс сторон. Отправители заинтересованы, чтобы было вывезено столько, сколько указано в коносаменте, потому что вся неотраженная разница может выразиться в недостаче по складу. Судовая администрация, наоборот, отстаивая свои интересы, старается, чтобы на борту оказалось по документам меньше, чем на самом деле. Хотя, налицо - явная контрабанда, т.е. груз, за который не уплачены таможенные пошлины. Все объясняется достаточно просто. Судовая администрация, в лице судовладельца, подписывая коносамент, принимает на себя обязательства по сохранности груза, а в порту выгрузки, очень часто, экипажу не представляется возможным контролировать процедуру взвешивания-приемки груза. Т.е. возможен вариант, или из-за недобросовестности получателей, либо по каким другим техническим причинам, закрытия финального акта приемки груза с недостачей, что выражается в штрафах, претензиях и т.д. к виновной стороне, в данном случае, к судовладельцу. Имея на борту судна неучтенный излишек, у судовой администрации всегда есть возможность компенсации всех обоснованных и необоснованных претензий со стороны получателей. В итоге, результат данного столкновения интересов, зависит от независимости инспекторов, которые производят замеры. Если в последствии, при разбирательстве дела в суде, проверить правильность расчетов достаточно просто, то аргументировать, что замеры, приведенные в расчетах корректны и соответствую действительности, а не «подогнаны» под «нужное» значение, весьма сомнительно.

В связи с этой, неразрешенной до настоящего времени проблемой, возникает вопрос, о замене визуального метода производства замеров на инструментальный. Автоматическое фиксирование по месту и по времени результатов замеров с помощью самописцев позволит: во первых, исключить многозначность, а во вторых, аргументировать вычисления.

Автор настоящей статьи, используя многолетний опыт производства замеров, исключительно визуальными способами, предлагает применение по данному вопросу следующих приборов, таких как уровнемер ультразвуковой типа «ВЗЛЕТ УР», который  предназначен для бесконтакт­ного измерения уровня и объема жидких веществ с широким спектром свойств, в том числе агрессивных, в емкостях, хранилищах, резервуарах и на других объектах.  Уровнемер может применяться в различных отраслях промышленно-хозяйственного комплекса, включаться в состав информационно-измерительных систем, АСУ ТП и т.д [5].

Уровнемер ультразвуковой «ВЗЛЕТ УР» в стандартной комплектации способен обеспечивать:

-   определение текущих значений дистанции до границы раздела сред, уровня и объема жидкости в контролируемой емкости;

-   автоматический учет изменения скорости распространения ультразвука при изменении параметров газовой среды: температуры, давления, влажности или газо­вого состава;

-   индикацию измеренных, расчетных, установочных и архивированных пара­метров;

-  архивирование установочных параметров в энергонезависимой памяти, ре­зультатов измерений в интервальном, часовом, суточном и месячном архивах, а также данных о неисправностях и нештатных ситуациях в специальных архивах;

-  вывод измерительной, диагностической, установочной и архивной информа­ции через последовательные интерфейсы RS-232 или RS-485;

-  возможность программного (с клавиатуры прибора) конфигурирования сис­темы измерения с учетом особенностей монтажа уровнемера на объекте, а также введенной объемно-уровневой характеристики контролируемой емкости;

-  защиту архивных и установочных данных от несанкционированного доступа;

Выбор данной модели из всего многообразия бесконтактных уровнемеров, обусловлен в первую очередь почти мгновенным измерением и индикацией результата в текущий момент времени, что немаловажно при производстве замеров при волнении. Включение режима «слежение» позволяет исключать из серии измерений ложные сигналы, появляющиеся из-за брызгообразования, технически это выглядит так: для выделения информационного сигнала формируется строб слежения. При этом центр строба совпадает с дистанцией до поверхности раз­дела сред, а длительность строба пропорциональна заданной максимальной скоро­сти изменения уровня (дистанции). Все сигналы, не попадающие в строб слежения, не анализируются, что повышает помехозащищенность системы. Таким образом, если представить результаты измерений во временной зависимости, то получим кривую гармонических колебаний. Выделение среднего арифметического значения из всего вариационного ряда, а также проверка по таблицам математической статистики [2] для выявления грубых промахов, не отработанных режимом «слежение», в крайних значениях вариационного ряда, приводят к получению результата измерения со следующей точностью:

Пределы допускаемой абсолютной погрешности измерения уровня  при постоянном значении градиента температур газовой среды в створе звуковода
определяются по эмпирической формуле:  ,

где    G - модуль градиента температур газовой среды в створе звуковода °С/м;  k=10-3 °С-1 - коэффициент пропорциональности;

          D - измеренное значение дистанции до поверхности раздела сред, м;

Значение градиента температур G вычисляется по формуле: ,

где   - разность температур газовой среды в районе пьезоэлектрического преоб­разователя и у поверхности раздела сред, °С.

Пределы допускаемой относительной погрешности уровнемера, принимая во внимание рекомендации производителей [5], при фиксации временных интервалов, составляют ±0,1 %.

В итоге, если взять типовой проект «Волго-Балта»,  с высотой надводного борта 5,5 м., то суммарная допускаемая погрешность измерений составит около 9 мм, что в переводе на метрические тонны  составит 10 т. В международной практике существует общепринятая допустимая погрешность определения количества груза по осадке с точностью до 0,5% от общего количества погруженного на борт судна груза [1], что для данного типового проекта будет около 15  т. Таким образом, получаем, что применение инструментального способа измерения удовлетворяет нормам.

Добиться на практике нужной точности, при использовании традиционных методов достаточно сложно, необходимо соблюдения множества условий, которые были рассмотрены автором [3]. Применение инструментального метода, при использовании которого, за базовую точку отсчета, принимается палубная линия, позволяет исключить:

- неточное нанесение марок углубления на борт судна;

- ошибку возникающую из-за угла зрения, при расположении измеряющего не на одной линии с маркой углубления, что на практике практически вообще невыполнимо;

- закрытия марок углубления на скулах корпуса судна.

- съема замеров, при определении среднего значения на волнении, минимума и максимума амплитуды волны не последовательно. Т. е. для получения правильного среднего значения измерения, необходимо принимать к расчету  экстремумы только одной волны, а не разных, что на практике очень часто игнорируется.

Автором предлагается использование уровнемера по следующей структурной схеме на Рис.№1, предполагающей включения в схему  устройства для обработки информации (ЭВМ), где по полученным сериям измерений  происходит выделение среднего значения, сопоставление со значениями грузовой шкалы и определение водоизмещения, соответствующего полученной усредненной осадке. 

   Рис №1. Структурная схема использования уровнемера

Применение уровнемера позволяет производить съем замеров в местах на корпусе судна, не привязанных к наваренным на борт маркам углубления. Это очень удобно, т. к. в зимний период скопление торосов или нарастание льда делает невозможным точного определения линии воды. Достаточно просто очистить зеркало воды от плавающих льдин в удобном месте, необходимо только точно знать отстояние места измерения от перпендикуляра, что на практике достаточно просто определяется по маркам шпангоутов, нанесенных на внутреннюю часть фальшборта или внешнюю сторону комингса трюма.

Литература:

  1. SGS/Van Bree, edited by SGS Geneva, “Draft Survey manual” 2nd edition, 1993, - 131p.
  2. Большев Л.Н., Смирнов Н.В. Таблицы математической статистики.– М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1983. – 416с.
  3. Максимов А.С. Особенности снятия замеров по маркам углубления в различных условиях плавания на судах река, река-море. Сборник научных трудов НГМА №10., Новороссийск, 2005. – 256 с.  
  4. Методические рекомендации. Определение количества грузов по осадке. Управление товарных экспертиз, Москва 1988. – 19 c.
  5. Руководство по эксплуатации В 17.00-00.00 РЭ «Уровнемер ультразвуковой- Взлет УР». ЗАО «ВЗЛЕТ», 2005. – 57 с.