Система Saab Tank Radar TRL

таблице 2.1

Таблица 2.1 – Основные технические характеристики алюминиевого понтона

Показатель	Значение
Диаметр резервуара D, м	22,8
Диаметр понтона, м	22,4
Номинальный зазор между понтоном и стенкой резервуара, мм	200
Тип уплотнителя	мягкий
Диаметр поплавков, мм	220
Общая длина поплавков, м	181
Масса, кг	2050

1.2.2 Устройство  и работа понтона.

Понтон (плавучая часть) состоит из герметичных поплавков 1, расположенных параллельными рядами в центральной части и по окружности на периферии, причем в каждом ряду поплавки жестко скреплены между собой (рисунок 1.1). Поверхность понтона покрыта настилом 5, состоящим из секций. Секции настила соединены между собой с помощью парных балок 2 и 3, обеспечивающих поперечную жесткость понтона. В нижнем положении понтон опирается на опорные стойки переменной высоты, монтируемые непосредственно на понтоне.

Каждый ряд поплавков по концам имеет кронштейны, с помощью которых они прикреплены к юбке 4, формирующей периферийную часть понтона.

Цилиндрическая юбка концентрично расположена относительно стенки резервуара и частично погружена в хранящуюся жидкость, что, совместно с герметичным настилом, предотвращает выход паров хранящегося продукта из-под понтона.

Кольцевой зазор между юбкой и внутренней поверхностью резервуара герметизируется периферийным затвором 10.

Отвод статического электричества с поверхности понтона на корпус резервуара осуществляется по трем кабелям заземления 9, прикрепленным к понтону и кровле резервуара.

Для исключения поворота понтона вокруг оси в процессе эксплуатации установлены противоповоротные тросы 11, которые крепятся к днищу и крыше резервуара.

Для удобства монтажа и эксплуатации на понтоне смонтирован люк-лаз 7,

герметично  закрываемый   крышкой,  которая при посадке  на  стационарную

опору или опорные стойки 6 открывается при помощи толкателя. При наличии в резервуаре пробоотборника вокруг него устанавливается специальный затвор 8.

При наличии в резервуаре кожуха ПСР и ручного отбора проб на поверхности понтона могут быть смонтированы каркасы, обеспечивающие прохождение сквозь понтон вышеуказанных элементов и герметизации их в процессе эксплуатации.

1 - поплавок; 2 - балка  продольная; 3 - балка поперечная; 4 - юбка; 5 - настил;

6 - стойки опорные; 7 - люк – лаз; 8 - затвор пробоотборника; 9 - заземление;

10 - затвор периферийный; 11 - противоповоротный трос; 12 - люк  – лаз в

III поясе

Рисунок 1.1 – Устройство понтона

При отсутствии продукта в резервуаре понтон опирается на опорные стойки. Доступ на понтон при этом производится через люк-лаз в III поясе 12 или через люк - лазы I пояса резервуара и понтона 7.

При закачке продукта в резервуар понтон всплывает и двигается вместе с зеркалом продукта, разобщая тем самым поверхность последнего от газового пространства резервуара, чем достигается сокращение потерь от испарения продукта.

Система централизованного контроля и управления РП НПС «Чекмагуш» предусматривает механизацию и автоматизацию операций по приему и откачке нефти и защите оборудования от повреждений и аварий.

Уровень нефти в резервуаре является основным контролируемым параметром при эксплуатации РП. С его помощью производится оперативный учет и контроль хранимых нефтей, а также обеспечивается безопасная эксплуатация резервуара путем сигнализации предельно допустимых значений уровня.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 Поиск и выбор  оптимального уровнемера для  РП НПС «Чекмагуш»

 

2.1 Классификация  уровнемеров

Для измерения уровня жидкостей применяются специальные средства измерений – уровнемеры. Многообразие типов уровнемеров, принцип действия которых основан на различных физических методах, объясняется разнообразием свойств измеряемых жидкостей. 

Существует широкая номенклатура средств контроля и измерения уровня, использующих различные физические методы: поплавковый, буйковый, ёмкостный, гидростатического давления, ультразвуковой, радарный и др. Эти методы и средства позволяют контролировать уровень различных продуктов. При выборе уровнемера необходимо учитывать такие физические и химические свойства контролируемой среды: как температура, абразивные свойства, вязкость, электрическая проводимость, химическая агрессивность и т.д. Кроме того, следует принимать во внимание рабочие условия в резервуаре или около него: давление, температура, способ заполнения или опорожнения (пневматический или механический), наличие мешалки, огнеопасность, взрывоопасность и другие.

Устройства для измерения уровня жидкостей по принципу действия можно подразделить на следующие:

- визуальные;

- поплавковые, в  которых для измерения уровня используется поплавок или другое тело, находящееся на поверхности жидкости. Их отличает простота конструкции, низкая стоимость, хорошая стыкуемость с системами телемеханики и сбора данных. Но, в то же время, они имеют низкую надежность на высоковязких жидкостях (из-за налипания среды на поплавке, направляющих струнах и перфорирующей ленте), они подвержены износу и чувствительны к грязи;

- буйковые, в которых для измерения уровня используется массивное

тело (буёк), частично погружаемое в жидкость. Их особенность: высокая точность при измерении уровня раздела двух сред. Эти уровнемеры характеризуется высокой требовательностью к техническому обслуживанию в процессе её эксплуатации;

- гидростатические, основанные на измерении гидростатического давления столба жидкости. Эти уровнемеры могут работать на любых жидкостях (в том числе и нефти) при высоких температурах и давлениях. Также с их помощью возможно определение косвенных параметров: массы, объема, плотности. Но в то же время. при изменении условий среды, требуют замены средств компенсации или стабилизации. Дополнительно необходим сравнительный датчик давления;

- электрические, в которых величины выходных электрических параметров зависят от уровня жидкости. Их недостатком является невозможность использования в средах вязких, кристаллизующихся, образующих твердые осадки и налипающих на электроды преобразователей;

- ультразвуковые, основанные на принципе отражения  от поверхности звуковых волн. Ультразвуковые уровнемеры не  соприкасаются с продуктом и  имеют низкую цену. В то же  время необходимость применения звуковода снижает точность.

- радарные, основанные  на принципе отражения от  поверхности сигнала СВЧ. На сегодняшний день являются самыми универсальными, так как их эксплуатация обеспечивает минимальный контакт измерительного устройства с контролируемой средой, они могут работают вне зависимости от изменений температуры и давления (причем радарные указатели уровня жидкости применимы в таких условиях, в каких невозможно использование других методов). Радарные уровнемеры имеют большую устойчивость к таким факторам как запыленность, испарения с контролируемой поверхности, пенообразование, обладают высочайшей точностью. Недостатком радарного метода является дороговизна таких приборов;

- радиоизотопные, основанные на использовании  интенсивности потока ядерных излучений, зависящих от уровня жидкости. Они  не подвержены  влиянию температуры, давления, абразивной окружающей среды, пыли, ударов и вибрации и применяются для измерения уровня тяжелых агрессивных сред. В то же время возможно облучение персонала и эти уровнемеры имеют высокую цену.

Помимо классификации уровнемеров по принципу действия, эти

уровнемеры по взаимодействию с измеряемой средой делятся на контактные и бесконтактные (рисунок 2.1). Контактные, в свою очередь, разделяются на уровнемеры с подвижным ЧЭ и уровнемеры с неподвижным ЧЭ.

 Рисунок 2.1- Классификация уровнемеров

К уровнемерам с подвижным ЧЭ относятся поплавковые и буйковые уровнемеры. К уровнемерам с неподвижным ЧЭ – емкостные, радиоизотопные, гидростатические, и радарные микроволновые (рефлексные). Бесконтактные уровнемеры могут быть ультразвуковыми и радарными (высокочастотными). Далее вышеперечисленные уровнемеры будут рассмотрены подробнее.

 

2.2 Поплавковые уровнемеры

 

Их принцип действия основан на законе Архимеда. Согласно этому закону на ЧЭ, находящийся в жидкости, действует подъемная (выталкивающая) сила.

Принцип действия поплавкового уровнемера основан на следящем действии ЧЭ поплавка, плавающего на поверхности жидкости и перемещающегося вместе с ее уровнем. Рассмотрим работу поплавкового уровнемера с противовесом (рисунок 2.2). Это поплавковый уровнемер широкого диапазона измерения. Средняя плотность поплавка меньше плотности жидкости. Противодействие выталкивающей силе создается силой тяжести поплавка, то есть состояние равновесия системы "поплавок - противовес" описывается уравнением:

   

Gn = G – F = G – ρ· g· S· x ,                                                                        (2.1)

 

где G – сила тяжести поплавка, Н;

     Gn – сила тяжести противовеса, Н;

F – выталкивающая сила, Н;

x –  глубина погружения ЧЭ, м;

S – площадь сечения ЧЭ, м ;

g – ускорение свободного падения, равное 9,81 м/c ;

ρ – плотность жидкости, в которую погружен ЧЭ, кг/м .

 

1 - поплавок; 2 - гибкий трос; 3 - шкала; 4 – противовес

Рисунок 2.2 – Принцип действия поплавкового уровнемера

 

 Поплавок 1 связан с противовесом 4 гибким тросом 2. К противовесу крепится стрелка, указывающая по шкале 3 значения уровня жидкости в аппарате. Уравнение равновесия такой системы выведено без учета силы тяжести троса и трения в роликах. Для передачи информации о значении уровня в аппарате используются сельсинные системы передачи. Абсолютная погрешность измерения таких уровнемеров +4 и +10 мм. Минимальный диапазон измерений 0-12 м, максимальный 0-20 м.

Рассмотрим два вида поплавковых датчиков уровня: герконовый и магнитострикционный. Когда не требуется высокая точность измерения, то удобно применять герконовый датчик уровня с точностью 10 мм и более. Когда точность измерения играет большую роль, то данную задачу хорошо решают магнитострикционные датчики уровня, так как точность измерения у них выше и составляет 1 мм.

Принцип действия герконового датчика уровня (рисунок 2.3) основан на том, что поплавок с постоянным магнитом перемещается вместе с уровнем жидкости по трубе скольжения, в которой находится цепь измерения. Цепь измерения состоит из маленьких чипов, припаянных к печатной плате, в которых находятся герконы и сопротивления. Магнитное поле поплавка переключает герконы и цепь работает по схеме трехпроводного потенциометра. Отдаваемое напряжение пропорционально к высоте уровня жидкости. В зависимости от требований имеются в распоряжении различные растры (расстояние между чипами) от 5 до 20 мм. Непрерывное измерение высоты уровня не зависит от физических и химических свойств среды, таких, как образование пены или пузырей, токопроводимости, вибрации, давления и температуры в указанных пределах.

Рисунок 2.3 -  Принцип действия герконового датчика

 

Далее будут описаны физические основы магнитострикции.

Явление магнитострикции было обнаружено в ферромагнитных материалах, таких как железо, никель, кобальт и их сплавах. Основана магнитострикция на магнитомеханических свойствах этих материалов: если ферромагнетик находится в магнитном поле, то оно вызывает микроскопическую деформацию его молекулярной структуры, что приводит к изменению физических размеров ферромагнетика. Такое поведение объясняется тем, что ферромагнитный материал состоит из огромного количества маленьких элементарных магнитов, которые под воздействием магнитного поля выстраиваются по направлению этого поля.

Явление механической деформации (скручивания) длинного, тонкого ферромагнитного стержня, который находится под воздействием двух магнитных полей: внешнего и внутреннего, создаваемого проводником, по которому протекает электрический ток, называется эффектом Видемана. Именно на этом эффекте основана работа магнитострикционного датчика уровня.

Принцип действия магнитострикционного датчика уровня основан на том, что поплавок с постоянным магнитом перемещается вместе с уровнем жидкости по трубе скольжения, в которой находится волновод - натянутая проволока из магнитострикционного материала (рисунок 2.4).

Рисунок 2.4 - Принцип действия магнитострикционного датчика уровня

 

Генерируемый электроникой датчика токовый импульс передается по волноводу в направлении поплавка в котором размещен постоянный магнит. В волноводе, в точке пересечения магнитного поля, вызванного токовым импульсом, с магнитным полем поплавка возникает механическая (акустическая) волна, которая движется обратно с константной, ультразвуковой скоростью в направлении измерительной головки датчика. Измеренное время между стартом токового импульса и приходом/возвращением импульса в виде ультразвуковой волны и является точным определением уровня (т.е. расстояния до поплавка).