1 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ИЗМЕРЕНИЯХ КОЛИЧЕСТВА ЖИДКОСТЕЙ В РЕЗЕРВУАРАХ
По типу конструкции резервуары подразделяются на:
– горизонтальные (рисунок 1);
– вертикальные (рисунок 2);
– шаровые (рисунок 3).
Рисунок 1 – Горизонтальный резервуар
Рисунок 2 – Вертикальный резервуар
Рисунок 3 – Шаровой резервуар
Наиболее востребованными для хранения нефти и нефтепродуктов являются горизонтальные резервуары. Внутренний вид конструкции и схема такого резервуара приведены на рисунке 4 и 5.
Рисунок 4 – Внутренняя конструкция резервуара
Рисунок 5 – Схема стального наземного горизонтального резервуара
Для определения количества жидкости, находящейся в резервуаре, необходимо иметь таблицу наполнения – градуировочную таблицу, цифры которой показывают зависимость между высотой наполнения и объемом наполнения.
Разметку шкал в мерах объема выполняют по данным предварительного измерения. Эти шкалы устанавливают и крепят в строго определенном месте и положении по отношению к стенке резервуара. Шкалы, размеченные в мерах объема, следует применять для резервуаров объемом до 100 м3 (только в отдельных случаях этот объем может быть выше). Отметки шкал могут быть нанесены в литрах, декалитрах и гектолитрах или же в целых, кратных и дольных значениях кубических метров. Однако разметку шкал следует выполнять в значениях, соответствующих одинаковым значениям объема. Расстояние между соседними штрихами шкалы не следует делать менее 1–2 мм.
Измерительная рейка и рулетка с лотом являются в настоящее время узаконенными и постоянно применяемыми мерами при измерении высоты уровня жидкости (наполнения) в резервуарах.
Для измерения высоты уровня жидкости до 3 м применяют обычно рейки, а от 3 м и выше – рулетки с лотами.
Измерение высоты уровня жидкости в резервуаре является важным фактором, от которого зависит точность измерения количества жидкости в градуированных (калиброванных) резервуарах.
Погрешность измерения высоты наполнения резервуара складывается в основном из погрешности при отсчете по шкалам реек и рулеток и из погрешности нанесения отметок на этих шкалах. Погрешность отсчета составляет 1 мм, а допускаемая погрешность нанесения отметок шкал реек составляет 2 мм для всей шкалы рейки. Поэтому во избежание больших погрешностей при определении количества жидкости резервуары могут быть использованы для измерения при условии, если высота уровня жидкости в резервуаре не менее 500 мм, либо разница высот уровней в начале и конце налива или слива не менее 200 мм.
Правильное измерение высоты уровня с помощью рейки может быть осуществлено при наличии в резервуаре направляющей (зондовой) трубы. Эта труба обеспечивает постоянство места измерения, предотвращает отклонение рейки от вертикального положения во время измерения действует как успокоитель волн в месте измерения.
На рисунке 6 показаны четыре варианта пользования рейками.
При пользовании рейками необходимо принять меры, исключающие возможность неправильного измерения; в процессе измерения должно быть сразу выявлено присутствие посторонних тел на дне резервуара или в зондовой трубе.
При определении высоты наполнения резервуара с помощью рулеток с лотами возможны четыре варианта измерения, показанные на рисунке 7.
При измерении лот может опускаться:
? до дна резервуара (рисунок 7, а);
? до касания с поверхностью специально установленной полки (рисунок 7, б);
? до совпадения отметки на рулетке со штриховой отметкой люка или отверстия, предназначенного для измерения (рисунок 7, в);
? до касания с поверхностью жидкости (рисунок 7, г).
1– резервуар; 2 – зондовая труба; 3 – рейка; 4 – цепь; 5 – перекладина;
Рисунок 6 – Положение рейки при измерении высоты уровня жидкости в резервуаре;
1 – лот; 2 – резервуар; 3 – лента рулетки; 4 – полка; 5 – указатель или риска;
Рисунок 7 – Измерение высоты уровня жидкости в резервуаре;
(положение рулетки с лотом)
2 МЕТОДЫ ГРАДУИРОВКИ РЕЗЕРВУАРОВ
2.1 Градуировка резервуаров объемным методом
Резервуары градуируют объемным или геометрическим методами.
Выбор метода поверки зависит от номинальной вместимости резервуара, наличия требуемых средств измерений, удобства и возможности выполнения измерений, а также экономической целесообразности.
Объемный метод градуировки можно применять для резервуара любой конструкции вне зависимости от того, как он установлен. Этот метод позволяет градуировать с большей точностью, не зависящей от формы резервуара.
Геометрический метод градуировки основан на предположении, что градуируемый резервуар имеет правильную геометрическую форму и что линейные размеры, необходимые для вычисления поинтервального объема, могут быть определены обычными измерительными средствами с достаточной точностью. В действительности же форма резервуара в большинстве случаев имеет отклонение от правильной геометрической формы.
Поверку резервуара проводит физическое лицо, прошедшее курсы повышения квалификации и аттестованное в качестве поверителя в установленном порядке.
К поверке резервуара допускаются лица, изучившие техническую документацию на резервуар и его конструкцию, средства поверки резервуара и прошедшие обучение и инструктаж по безопасности труда в соответствии с [1].
Лица, выполняющие измерения при поверке резервуара, должны быть одеты в спецодежду.
Перед началом поверки резервуара проверяют:
– исправность лестниц и перил резервуара;
– исправность заземления резервуара, насоса и установки;
Уровень поверочной жидкости измеряют через измерительный люк или измерительную трубу. После измерений крышку измерительного люка или измерительной трубы плотно закрывают.
Содержание вредных паров и газов в воздухе вблизи или внутри резервуара на высоте 2000 мм не должно превышать санитарных норм, установленных [11].
Для освещения в темное время суток применяют светильники во взрывозащищенном исполнении.
При подготовке резервуара к поверке проводят следующие работы:
– проверяют на месте соответствие конструкции и внутренних деталей резервуара технической документации на него;
– проверяют состояние наружной поверхности стенки резервуара (на отсутствие деформаций стенки, загрязнений, брызг металлов, наплывов, заусенцев; на наличие необходимых арматуры и оборудования; исправность лестниц и перил) для возможности проведения наружных измерений;
– проверяют состояние фундамента резервуара;
– проверяют комплектность и работоспособность средств поверки;
– резервуар полностью опорожняют и зачищают от остатков хранившейся жидкости.
При объемном методе поверки резервуара его вместимость определяют путем непосредственных измерений уровня поверочной жидкости, поступившей в резервуар, с одновременными измерениями ее температуры и объема, соответствующих измеренному уровню жидкости.
Градуировку объемным методом, возможно проводить как с помощью мерников, так и с помощью счетчиков жидкости, что гораздо упрощает ситуацию.
Погрешности измерений параметров резервуаров не должны превышать значений, указанных в таблице 1.
Таблица 1 – Погрешность измеряемых параметров резервуаров при объемном методе
Измеряемый параметр Пределы допускаемой погрешности
измерений
Объем дозы жидкости
при градуировке, % ± 0,15
Уровень жидкости, мм ± 1,0
Температура жидкости, °С ± 0,2
Температура воздуха, °С ± 1,0
Давление жидкости избыточное, % ± 0,4
При соблюдении указанных в таблице 1 пределов допускаемой погрешности измерений погрешность определения вместимости резервуара при объемном методе поверки не должна превышать:
± 0,25 % – при измерениях объема дозы жидкости с погрешностью ± 0,15 %;
±0,20 % – при измерениях объема дозы жидкости с погрешностью ± 0,1 %.
Основные средства поверки резервуара должны быть поверены в установленном порядке.
Перед поверкой резервуара объемным методом, проводят сборку измерительной системы (по схемам, рисунок 8).
– устанавливают уровнемер на горловине резервуара.
– опускают шланг с разбрызгивателем струи.
При применении счетчика жидкости 9 (рисунок 8) дополнительно промывают измерительную систему и измеряют расход поверочной жидкости в следующей последовательности:
– переводят трехходовой кран 7 в положение «Циркуляция»;
– включают насос 11 или открывают вентиль 17;
– одновременно фиксируют показания счетчика жидкости 9 и секундомера;
– после того, как стрелка указателя счетчика жидкости 9 сделает не менее одного оборота (ролик счетного механизма поворачивается на один оборот) или число импульсов, зарегистрированное счетчиком импульсов, составит не менее 1000 импульсов, выключают секундомер и одновременно фиксируют показание счетчика жидкости.
1 – поверяемый резервуар; 2 – поплавок уровнемера; 3 – уровнемер; 4 – расширитель струи;
5, 17 – вентили; 6 – манометр; 7 – трехходовой кран; 8 – термометр (измеритель температуры); 9 – счетчик жидкости; 10 – дроссель; 11 – насос; 12 – всасывающая линия насоса;
13 – фильтр; 14 – приемный резервуар; 15 – линия технологической обвязки;
16 – технологический трубопровод;
Рисунок 8 – Измерительная система для поверки резервуара с применением уровнемера и счетчика жидкости;
Расход поверочной жидкости , дм3/с, через счетчик жидкости рассчитывают по формулам:
– для счетчиков с непосредственным отсчетом объема жидкости в дм3:
; (1)
– для счетчиков с импульсным выходным сигналом в импульсах:
; (2)
где – показания счетчика жидкости, соответствующие концу отсчета времени, дм3, имп., соответственно;
– показания счетчика, соответствующие началу отсчета времени, дм3, имп., соответственно;
– время, определяемое по секундомеру, с;
– коэффициент преобразования счетчика, имп./дм3; определяют по шкале счетного механизма конкретного счетчика.
Для точности градуировки объемным методом нужно учитывать вместимость образцовых мерников
В таблице 2 приведены ориентировочные объемы каждого наполнения для резервуара диаметром 3000 мм. Эти данные с успехом могут быть использованы для резервуаров меньшего диаметра.
Таблица 2 – Ориентировочные объемы каждого наполнения для резервуара
диаметром 3000 мм
Высота наполнения,
% общего наполнения Измеряемое наполнение, % объема резервуара Число сливаемых доз
и измерений высоты
До 1
От 1 до 5
От 5 до 25
От 25 до 75
От 75 до 95
От 95 до 99
От 99 до 100 0,5
1,0
2,0
5,0
2,0
1,0
0,5 2
4
10
10
10
4
2
В процессе градуировки могут возникнуть погрешности, связанные с разностью температуры в мерниках и в градуируемом резервуаре, а также погрешность из-за отклонения температуры мерника и резервуара от нормальной, равной 20 °С, которой должны соответствовать значения вместимостей, вносимых в градуировочную таблицу.
При несоблюдении указанных условий результаты объемных измерений следует пересчитывать для температуры 20 °С по формуле:
, (3)
где – коэффициент объемного расширения металла мерника;
– вместимость мерника при температуре взвешивания;
– температура взвешивания.
Согласно [5] поверку резервуаров объемным методом с использованием уровнемера и мерников осуществляется следующим образом.
1. Измеряют базовую высоту резервуара измерительной рулеткой с грузом.
2. Предварительно вычисляют:
а) полную вместимость цилиндрической части V, дм3, резервуара по формуле:
, (4)
где – внутренний диаметр резервуара, мм;
– длина цилиндрической части резервуара, мм.
Значения и берут из исполнительного документа;
б) объем -й дозы поверочной жидкости , дм3, соответствующий изменению уровня жидкости в резервуаре не более чем на 30 мм, по формуле:
, (5)
где , – коэффициенты наполнения цилиндрической части резервуара при уровнях поверочной жидкости в резервуаре и соответственно.
Значение , соответствующее уровню , вычисляют по формуле:
, (6)
где .
Резервуар наполняют дозами жидкости до предельного уровня , мм, вычисляемого по формуле:
, (7)
где – внутренний диаметр резервуара;
–глубина заложения горловины.
Значение определяют по результатам измерений глубины заложения горловины.
Измеряют измерительной рулеткой с грузом:
– максимальный уровень жидкости в резервуаре ;
– базовую высоту резервуара .
Результаты измерений объема и температуры жидкости в мерниках, уровня , температуры и плотности жидкости в резервуаре, глубины заложения горловины , базовой высоты , максимального уровня вносят в протокол.
Измерения величин при поверке резервуара должны быть проведены группой лиц, включающей не менее трех поверителей, прошедших курсы повышения квалификации [7].
2.2 Градуировка резервуаров геометрическим методом
Поверку резервуаров геометрическим методом проводят при соблюдении следующих условий:
– разность диаметров в одном сечении и разных сечениях, бочкообразность и конусность каждого пояса резервуара должны быть не более значений, определенных по формулам (3) – (5) или (6) [11];
– непрямолинейность образующей резервуара (излом образующей) – не более 10 мм;
– диаметр местной отдельной вмятины (выпучины) – не более 100 мм, максимальная ее глубина (выпуклость) – не более 5 мм;
– степень наклона резервуара – не более 0,03 при условии определения вместимости резервуара с учетом его угла наклона.
При поверке резервуара измеряют его линейные размеры. Число измерений каждого линейного размера – не менее двух. Среднее арифметическое результатов двух измерений принимают за действительное значение линейного размера.
Если измерения линейных размеров резервуара производят с помощью измерительной рулетки по ГОСТ 7502–98, ее натягивают с усилием, определяемым по пружинному динамометру или прилагаемым при помощи груза и ролика [6].
Для выявления овальности сечения пояса при определении внутреннего диаметра по результатам измерений длины его окружности дополнительно измеряют наружный диаметр пояса измерительной рулеткой и двойным отвесом (рисунок 9).
1 – двойной отвес; 2 – измерительная рулетка 3 – резервуар;
Dн – наружный диаметр цилиндрической части резервуара;
Рисунок 9 – Схема двойного отвеса;
Цилиндрическая часть резервуара состоит из основных поясов и из двух поясков, за счет глубины заложения переднего .и заднего днищ (рисунок 10).
1, 6 – днища; 2, 4, 5 – пояса; 3 – горловина; 7 – отвес;
8 – измерительная металлическая линейка;
Рисунок 10 – Схема измерений параметров резервуара;
Длину i-го пояса резервуара (расстояние между линиями пересечения поясов) измеряют измерительной рулеткой с наружной стороны по двум образующим пояса. Показания рулетки отсчитывают с погрешностью до 1 мм.
Выступ днища . (рисунок 5) – расстояние между торцом пояса и плоскостью, проходящей через основания днища.
Углубление днища – расстояние между торцом пояса и линией пересечения основания днища с поясом.
Длину выступа или углубления днища измеряют штангенциркулем или линейкой по верхней и нижней образующим. Показания штангенциркуля или линейки отсчитывают с погрешностью до 1 мм.
Для измерений выпуклости днища (для резервуаров со сферическими днищами) или высоты конуса (для резервуаров с коническими днищами) сверху резервуара по центру днища опускают отвес.
Глубину заложения днища измеряют изнутри резервуара штангенциркулем или металлической линейкой не менее двух раз. Расхождение между результатами двух измерений не должно быть более 1 мм. При невозможности измерений глубины заложения днища и отсутствии данных по исполнительным документам на резервуар значение глубины заложения днища принимают равным 100 мм.
Глубину заложения горловины t (рисунок 10) измеряют штангенциркулем или линейкой от нижней кромки горловины до верхней (внутренней) образующей резервуара, проходящей через плоскость симметрии резервуара.
Базовую высоту измеряют ежегодно. При ее изменении более чем на 0,1 %, повторяют процедуру поверки.
2.3 Градуировка резервуаров с использованием 3D сканера
Технология лазерного сканирования успешно конкурирует с объемным (проливным) методом, а по скорости выполнения во много раз превышает его. Кроме того, в труднодоступных для автотранспорта местах, где и ведется добыча полезных ископаемых, становится просто незаменимым. Процесс съемки полностью автоматизирован, а участие оператора сводится лишь к подготовке сканера к работе.
При проведении сканирования внутренней полости резервуара проводят следующие операции.
Подготавливают сканер к работе в соответствии с требованиями его технической документации.
Прибор горизонтируют с применением трегера, с дальнейшим контролем электронным встроенным уровнем (при наличии).
Определяют необходимое количество станций сканирования и место их расположения, обеспечивающих исключение не просканированного пространства (теней). Количество станций должно быть не менее двух.
Сканирование проводят последовательно с каждой станции (рисунок 11) в режиме кругового обзора (360°). Дискретность сканирования устанавливают в пределах: от 3 до 5 мм.
Операции сканирования и взаимной привязки станций проводят в соответствии с требованиями технической документации на прибор.
Результаты измерений автоматически фиксируются и записываются в памяти процессора сканера в заранее сформированном файле (директории).
Рисунок 11 – Схема измерений внутренней полости резервуара;
Технология лазерного сканирования, программное обеспечение для обработки результатов лазерного сканирования позволяют точно градуировать резервуары любого размера и любой формы, независимо от отклонений формы резервуаров от проектной документации и от наклона осей резервуаров. Трехмерное лазерное сканирование внутреннего пространства резервуаров дает возможность с высокой точностью обмерять и учитывать в создаваемых градуировочных таблицах объемы, занимаемые конструкциями укрепляющего каркаса резервуара, подогревающими трубопроводами, лестницами, а также и любым другим оборудованием или конструкциями, расположенными внутри резервуара.
3 АНАЛИЗ ПОГРЕШНОСТЕЙ ИЗМЕРЕНИЙ ПРИ ПОВЕРКЕ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ РЕЗЕРВУАРОВ
3.1 Условия выполнения измерений
В соответствии с Законом «Об обеспечении единства измерений», нефтяные резервуары подлежат обязательной поверке. При этом проводится определение вместимости, градуировка резервуаров и составление градуировочной таблицы.
Сегодня градуировка резервуаров является востребованной на рынке хранения и поставки нефтепродуктов.
Естественный износ резервуаров, придонные отложения нефтешламов вызывают изменение геометрических форм емкостей и оказывают влияние на уменьшение их внутреннего пространства.
Это неизбежно влечет за собой трудности с определением истинного количества содержащихся в резервуарах нефтепродуктов.
Градуировка резервуара – процедура учета расхода среды, которая в нем содержится для контроля правильной эксплуатации оборудования. Регламентируется ГОСТ 8.570–200 и 8.346–2000 [2].
На современных объектах нефтяной, нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности обязательными являются 3 вида градуировки резервуара.
– Первичная. Проводится по факту производства, доставки и установки емкости. Выполняется с составлением градуировочной таблицы по результатам замеров с ограниченным сроком актуальности (период действия градуировочной таблицы указывается в отчете).
– Регулярная градуировка резервуара для нефтепродуктов контролируется утвержденным графиком. Он составляется пользователем парка и должен учитывать 2 момента. Во-первых, очередные расчеты не могут проводиться после окончания периода актуальности градуировочной таблицы. Во-вторых, конкретная частота измерений зависит от объема резервуара и типа среды.
– Внеочередная (внеплановая) – способ контроля степени износа резервуарного парка. Проводится при наличии объективных оснований для проверки (после ремонтных манипуляций или профессиональной чистки, при обнаружении конструктивных дефектов, которые могут повлиять на объем резервуара и т. д.).
Срок действия градуировочной таблицы резервуара (она же калибровка) составляет 5 лет (это срок определяет и периодичность градуировки резервуара). Причина ограниченного периода ее актуальности – естественный износ парка:
? коррозия корпуса;
? скопление донных отложений;
? появление вмятин, выбоин и других изменений, которые способны сказаться на внутреннем объеме емкости (исказить фактические данные о его вместительности).
От правильности калибровки резервуара зависит соответствие ожидаемого внутреннего объема резервуара (хранимого ресурса) фактическому. Потому ее значения должны быть получены только по результатам профессионально проведенной проверки.
Для первичной, внеплановой или проверки по графику может быть создана квалифицированная штатная комиссия. В иных случаях процедура осуществляется приглашенными специалистами метрологической службы.
Здесь действует следующий порядок градуировки резервуара:
? уполномоченная комиссия (собственная или приглашенная) выполняет замеры и заполняет данные по калибровке;
? по результатам составляется акт (его визирует – утверждает – главный инженер организации);
? после всех необходимых процедур и подписания акта градуировочную таблицу утверждает глава предприятия;
? выполняется калибровка сосуда по итогам новых замеров (с учетом выявленных неровностей).
Перед градуировкой (измерением внутреннего объема резервуара для нефтепродуктов) независимо от выбора метода необходимо удалить из емкости все остатки рабочей среды и отложения. Измерения могут выполняться только для сосудов, для которых определена базовая высота (рисунок 12) [8].
Рисунок 12 – Зачистка резервуара
Последняя измеряется каждый год (а также после капремонта). Для чего нужно отмерить расстояние от дна сосуда до черты замерной планки (постоянная точка измерения высоты). Черта (риска) планки может располагаться на горловине замерной трубы или люка. Другое название базовой высоты – высотный трафарет.
Градуировка резервуара осуществляется с соблюдением правил безопасности при работе с данным оборудованием. В ходе работ специалисты должны применять профессиональные средства контроля и сбора замеров.
Требования к специалистам, которые проводят работы любым из методов градуировки резервуара:
? подтвержденная квалификация;
? знание и соблюдение требований учета нефтепродуктов;
? наличие разрешения на работы.
Выбирая исполнителя, обязательно проверьте его на предмет присутствия в реестре ремонтных компаний.
При проведении измерений должны быть обеспечены следующие условия:
– температура воздуха – от минус 15 °С до 35 °С;
– атмосферное давление – от 80 до 106,7 кПа.
Резервуары должны быть изготовлены и установлены в соответствии с действующими нормативными документами.
Предприятием (заказчиком) для проведения измерений должно быть выполнено следующее:
– сосуды (резервуары) должны быть полностью собраны, и поставлены на устойчивый фундамент, проверены на прочность и герметичность. При измерениях изнутри резервуаров они должны быть полностью очищены и проветрены;
– подготовлены планы расположения сосeдов, их технические паспорта и чертежи общих видов, а также документация о предыдущей поверке.
3.2 Градуировка резервуара
Схема градуировки резервуара приведена на рисунке 13.
Рисунок 13 – Градуировка резервуара
При анализе результатов градуировки резервуаров различными методами была составлена таблица с пределами погрешностей измерений (таблица 3).
Таблица 3 – Погрешность методов градуировки резервуара
Измеряемый параметр Пределы допускаемой погрешности
измерений, %
Объемный метод (мерники) от 0,25 до 0,3
Объемный метод (счетчики) от 0,2 до 0,25
Геометрический метод (каретка) от 0,3 до 0,35
Геометрический метод (тахеометр) от 0,15 до 0,2
Геометрический метод (3D сканер) от 0,05 до 0,1
Проведя анализ, самым перспективным методом (таблица 3) оказался лазерный сканер, но в виду высокой стоимости (около 100 000–200 000 $) проигрывает тахеометру и объемному методу.
Применение сканера оправдано при проведении измерений внутри резервуаров, в случае, когда их количество исчисляется десятками или сотнями на одном объекте.
Проверим на практике.
Исходные данные техпаспорта:
– Внутренний диаметр, Dсм = 280 см;
– Длина цилиндрической части, L = 520 см;
– Высота конусной части, f = 56 см;
– Шаг градуировки 25 см;
– Объем 34,298 м3.
Составим градуировочную таблицу вместимости. Градуировочная таблица вместимости – это зависимость объёма жидкости от высоты заполнения резервуара Н.
Расчёт производится согласно ГОСТ 8.346–2000 «Резервуары стальные горизонтальные» [2].
Составляем расчётную таблицу градуировки резервуара (приложение В) поинтервально, шаг градуировки 25 см. На основе данных вместимости резервуаров при помощи коэффициентов заполнения.
Вычисляем высоту наполнения Н, см исходя из шага градуировки и внутреннего диаметра D резервуара. Данные заносим в графу 1 «Расчётной таблицы градуировки горизонтального стального резервуара с конусным днищем».
