Устройство для контроля над сливом нефтесодержащих вод с танкеров (его варианты)

Устройство для контроля над сливом нефтесодержащих вод с танкеров (его варианты)

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к области охраны окружающей среды, конкретнее к проблемам предотвращения загрязнения моря нефтью с танкеров и приравненных к ним нефтеналивных судов в процессе перевозок нефти. Целью изобретения является повыщение точности устройства за счет компенсации времени срабатывания устройства. Цель изобреW тения по первому варианту достигается те.м, / что в устройство, содержащее пробоотборник , расположенный на сливном трубопроводе , пробоотборный трубопровод,с расположенными на нем пробоотборным клапаном и насосом, датчик концентрации нефтеводяной смеси, установленный на выходе пробоотборного трубопровода, блок контроля предельных значений нефтесодержания и блок управления пробоотборным клапаном и сливными клапанами, расположенными на сливном трубопроводе, введены первый пороговый блок, интегратор, блок памяти, сумматор , делитель, квадратор, первый блок умножения , блок выбора максимума, задатчик, второй блок умножения, блок вычитания и второй пороговый блок. По второму варианту цель достигается тем, что в устройство введены первый пороговый блок, интегратор , первый блок памяти, первый сумматор, делитель, квадратор, первый блок умножения , второй сумматор, блок выбора максимума , задатчик, второй блок умножения, первый блок вычитания, фильтр, второй блок вычитания, второй пороговый блок, второй блок памяти, третий блок вычитания и третий пороговый блок. 2 с.п.ф-лы, 4 ил. с S W N3 ГчЭ СО со со

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ÄÄSUÄÄ1229733 (gt) 4 G 05 D ll/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H A BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3768372/24-24 (22) 10.07.84 (46) 07.05.86. Бюл. № 17 (71) Научно-исследовательский институт автоматизации производственных процессов в промышленности (72) Ю. И. Карпов, P. А. Тевзадзе, А. E. Пасс, А. М. Веретенник, А. М. Махарадзе и И. П. Мурадели (53) 62-50 (088.8) (56) Система контроля над сливом нефтесодержащих вод с танкеров ОТМ вЂ” 17Х. Проспект фирмы раЪсос1 Bristol Ltd, 1982, № 328871.

Проспект Salwico Oil Content Monitor фирмы Salin und Wicander, Швеция, 1982. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ НАД

СЛИВОМ НЕФТЕСОДЕРЖАЩИХ ВОД С

ТАНКЕРОВ (ЕГО ВАРИАНТЫ) (57) Изобретение относится к области охраны окружающей среды, конкретнее к проблемам предотвращения загрязнения моря нефтью с танкеров и приравненных к ним нефтеналивных судов в процессе перевозок нефти.

Целью изобретения является повышение точности устройства за счет компенсации времени срабатывания устройства. Цель изобретения по первому варианту достигается тем, «1 что в устройство, содержащее пробоотборник, расположенный на сливном трубопроводе, пробоотборный трубопровод с расположенными на нем пробоотборным клапаном и насосом, датчик концентрации нефтеводяной смеси, установленный на выходе пробоотборного трубопровода, блок контроля предельных значений нефтесодержания и блок управления пробоотборным клапаном и сливными клапанами, расположенными на сливном трубопроводе, введены первый пороговый блок, интегратор, блок памяти, сумматор, делитель, квадратор, первый блок умножения, блок выбора максимума, задатчик, второй блок умножения, блок вычитания и второй пороговый блок. По второму варианту цель достигается тем, что в устройство введены первый пороговый блок, интегратор, первый блок памяти, первый сумматор, делитель, квадратор, первый блок умножения, второй сумматор, блок выбора максимума, задатчик, второй блок умножения, первый блок вычитания, фильтр, второй блок вычитания, второй пороговый блок, второй блок памяти, третий блок вычитания и третий пороговый блок. 2 с.п.ф-лы, 4 ил.

1229733

Изобретение относится к охране окружак>IILoй среды, конкретнее к проблеме предотврапьения загрязнения моря нефтью с танкеров и приравненных к ним нефтеналивных судов в процессе перевозок нефти.

Нефтеналивные и приравненные к пим л;Lll c ilc,lblo уменьшения загрязнения моря

:1сф1ью, содержащейся в сливаемых балластных и промывочных водах, оборудуются системами автоматического контроля над сливо» таких вод. Слив нефтесодержащих бал- 10 ластных и промывочных вод должен автоматически прекращаться как только контролируемые параметры нефтесодержания, вычисляемые с учетом концентрации нефти в сливаемой воде, превысят установленные ИМО

11редел ы, при этом остатки нефтесодержаIIIHx вод направляются в отстойные танки.

Цель изобретения — повышение точноти устройства за счет компенсации времени срабатывания устройства.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства по первому варианту", на фиг. 2 то же, по второму варианту; на фиг. 3 -- фун циональная схема блока контроля предо, .I, ных значений нефтесодержания; на фиг. функциональная схема блока управлени: -I,. боотборным и сливными клапанами. 25

Устройство для контроля над сливом неф. тесодержащих вод с танкеров по первому варианту (фиг. 1) содержит пробоотборник

1 и сливные клапаны 2 и 3, установленные на сливном трубопроводе, пробоотборный клапан 4 и пробоотборный насос 5, установленные на пробоотбор1гом трубопроводе, датчик 6 концентрации нефтеводяной смеси, пороговые блоки 7 и 8, интегратор 9, задатчик 10 корректирующей уставки, блок 11 памяти, блоки 12 и 13 умно>кения, сумматор 14, блок 15 вычитания, делитель 6, квадратор 17, блок 18 выбора максимума, блок 19 контроля предельных значений нефтесодер>кания и блок 20 управления пробоотборным и сливными клапанами.

Устройство для KoHTpo„ la 1111Д сливом 11еф- 4О тесодержащих вод с танкеров IIo второму варианту (см. фиг. 2) содержи г пробоотборник

1 и сливные клапаны 2 и 3. установленные на сливном трубопроводе, пробоотборный клапан 4 и пробоотборный насос 5, установленные на пробоотборном трубопроводе, датчик

6 концентрации нефтеводяной смеси, Ilopoговые блоки 7 — 9, интегратор !О, задатчик

11 корректирующей установки, блоки 12;; 13 памяти, блоки 14 и 15 уможения, сумматоры

16 и 17, блоки 18 20 вычитания, делитель

21, квадратор 22, блок 23 выбора макси»ума, блок 24 контроля предельных значений нефтесодержания, блок 25 управления пробоотборным и сливными клапанами и фильтр?6

Слив нефтесодержащих балластных и промывочных вод (HCB) с танкеров разрешен только в том случае, когда мгновенная интенсивность слива нефти не превышает

60 л на милю пройденного пути, а общее количество слитой за балластный рейс нефти не превышаез предела К, определяемого по количеству перевезенного в предыдущем рейсе груза, из которого образуется сливаемый остаток, с учетом года постройки танкера и сроком оборудования еlo системой контроля нефтесодержания.

Текущие значения мпн>венной интенсивности слива нефти F и количества слитой нефти рассчитывак>тся Ilo формулам

СQ

Е= тс

5= ) СQ(й, где С вЂ” концентрация нефти в сливаемых

НСВ;

Я вЂ” pdcxo„l, сливаемых НСВ;

l — скорость с»дна;

T — время, в течение которого произво1ится контролируемый слив НСВ.

Блок контроля предельных значений

11сфтесодержания в составе предлагаемого усройства предназначен для автоматического вычисления контролируемых параметров нефтесодержания — — мгновенной интенсивности слива Е и общего количества сл1;той неф.ги S, и выработки сигнала на прекращение слива НСВ за борт в случае превышения этими параметрами установленных пределов. Блок контроля состоит из блока

27 умножения, интегратора 28, делителя 29, пороговых блоков 30 и 3! и элемента ИЛИ 32 (фиг. 3) .

Блок управления пробоотборным и сливными клапана»и состоит из гидрораспределителя 33, гидроцилиндров 34 и 35, пневмораспределителя 36 и пневмоцилин,ра 37 (фиг. 4) К гидрораспределителю подключены напорная масляная магистраль и выход блока контроля. Гидрораспределитель сосдинен гидравлическими магистралями с гидропилиндрами 34 и 35, штоки которых»exdHèчески связаны с затворами сlHBHbix клапанов 2 и 3. К пневмораспределителю

11одклк>чс11ы IIHPB?v10MBI HcTpH Ib H Bblxog блока контроля. Пневмораспределитель соединен нневмомагистралью с пневмоцилиндром, HIToK которого механически связан с затвором пробоотборного клапана 4.

Устройство по первому варианту работает следу1ощим образом.

НрН проведении слива по сливному трубопроводу проба нефтесо,1ержащей воды через пробоотоорник 1, пробоотборный клапан 4 и пробоотборный трубопровод подается пробоотборным насосом 5 на вход датчика

6 концентрации. В течение большей части времени слива концентрация нефти в сливае»ои воде постоянна и имеет малое значение, поэтому влияние времени срабатывания устройства на точ1юсть измерения незначительно. ИнтегpHTop 9 в этот период не запуп1ен и сигнал нулевого уровня с 10 выхода

1229733 через блоки 11, 14, 15, 16 f7 и 12 подается на один вход блока 18 выбора максимума. Поскольку на другой вход блока 18 поступает отличный от нуля сигнал о концентрации от датчика 6 концентрации, этот сигнал через блок 18 поступает на вход блока 19 контроля предельных значений нефтесодержания.

Содержание нефти в сливаемых водах в этот период незначительно, поэтому сливной клапан 3 открыт, а 2 закрыт, т, е. слив нефтесодержащих вод производится в море.

В заключительный период слива концентрация быстро возрастает, при этом разница между значением концентрации в сливном трубопроводе и сигналом о концентрации на выходе датчика концентрации зависит от скорости изменения концентрации и инерционности датчика и пробоотборного оборудования. Процесс изменения концентрации нефти

С(/) в конечный период слива можно представить соотношением: с (ц —;-; (1) где а — — параметр, характеризующий скорость нарастания концентрации (чем а больше, тем плавнее нарастает скорость);

t — параметр, определяющий момент захвата приемным устройством сливного трубопровода слоя отстоявшейся нефти.

Эти параметры могут быть выражены через входной сигнал C(t) и через его интеграл, причем операция интегрирования позволяет отфильтровать флюктуации концентрации. Приняв за начало отсчета времени точку ti=0, имеем с (/) = 1 — — — - dl = — A . (2) о

Используя соотношение (1), совместно с его начальными условиями при ti=0, получаем выражение для параметра t :

col,)= с, — -+; (t — t) к,,« =t (3)

Анализ начальных условий формулы (3) показывает, что знак«+» в этом выражении должен быть исключен. Тогда после преобразований соотношения (2) с использованием (3) получаем следу югцее выражение для параметров А:

Практически определить параметр А мож но зафиксировав момент 4 достижения концентрацией значения C:

C= С(4) = К Ci

Исследованиями установлено, что достаточная степень сглаживания флюктуаций концентрации достигается йри значении

К= 3. Тогда пз формулы (4) следует выражение для А:

tz а

А= 1,37 C(tl) 1,37 df . (5) (1 — t ) (6) (6a)

Сигнал C(t) «a входе устройства в точке отбора пробы может быть восстановлен по сигналу С(/) на выходе концентратомера

20 согласно соотношению:

E(t) = C(t+ и), (7) где 0 — задержка срабатывания устройства, включающая задержку пробы в

25 пробоотборном оборудовании и время срабатывания датчика концентрации.

Сюда могут быть включены время закрытия сливных клапанов, а также задержка срабатывания блоков 18 и 19.

Используя соотношения (1), (6) и (7), получаем откорректированное с учетом величины 0 значение концентрации

Устройство начинает работать с момента времени /ь когда уровень сигнала о концентрации нефти в сливаемой воде íà выходе датчика концентрации достигает значения Сь В

40 этот момент срабатывает пороговый блок 7. который запускает интегратор 9. Продолжая возрастать, сигнал концентрации достигает уровня С, в этот момент (4) срабатывает пороговый блок 8, благодаря чему в блоке 1 фиксируется вычисленное согласно формуле (5) значение А. Это значание суммирустся с выходным сигналом интегратора и подается на вход «делимое» делителя 16. Одновременно посредством блока 15 вычитания формируется сигнал, подаваемый на вход «Дели50 тель» делителя 16. Задатчиком 10 корректирующей уставки устанавливается значение

8, соответствующее задержке срабатывания устройства формула (8). В соответствии с формулой (8) квадратором 17 и блоком 12 выполняются дальнейшие преобразования, необходимые для расчета величины C(t) .

Поскольку концентрация нефти в этот период быстро возрастает, выполняется услоИспользуя выражения (2) и (5), получа10 ем следующие соотношения для параметров формулы (! ):

1229733

C(t) = С (t) + Cr а

С(/):С() + () (lа) С (t) = C(t) — — С

5 вие C(t) ) C(t). Поэтому на вход блока контроля предельных значений нефтесодержания через блок выбора максимума поступает откорректированный сигнал о концентрации С (/), не искаженный влияниеM: адержки срабатывания устройства и соответствующий значению концентрации в точке, отбора пробы. Благодаря этому слив нефтесодержащей воды будет прекращен по сигналам от блока 19 посредством сливных клапанов 2 и 3, управляемых блоком 20 управления, как только контролируемые характеристики нефтесодержания в точке отбора пробы превысит установленные пределы.

Работа устройства по второму варианту основана на представлении процесса изменения концентрации нефти в конечный период слива соотношением:

Сигнал от датчика 6 поступает на вход фильтра 26 с достаточно большой постоянной времени (— 120 с). В период слива основ-ного объема нефтесодержащей воды с медленно меняющимся во времени низким уровнем концентрации нефти сигнал на выходе фильтра незначительно отличается от входного. Поэтому уровень сигнала на выходе блока 19 вычитания близок к нулевому, пороговый блок не срабатывает и блок 13 памяти пропускает выходной сигнал фильтра 26 на вход блока 20 вычитания, выходнои сигнал которого также близок к-нулевому.

При этом, как и в первом варианте устройства, интегратор 10 не запускается и на вход сумматора 17 с выхода блока 4 умножения поступает сигнал нулевого уровня, на дру- -, 35 гой вход сумматора 17 с выхода блока

13 памяти поступает осредненный фильтром

26 сигнал о концентрации. Таким образом, на входы блока 23 поступают осредненный сигнал о концентрации с выхода сумматора 17 и сигнал непосредственно с выхода дат- 40 чика 6 концентрации, наибольший и". них (безразлично какой, поскольку они близки по уровню) проходит на вход блока 24 контроля предельных значений нефтесодержания.

В заключительный период слива концентрация начинает быстро возрастать, при этом сигнал, снимаемый с выхода датчика 6 концентрации, задерживается фильтром 26, благодаря чему возрастает сигнал на выходе блока 19. При определенном уровне этого сигнала Сз срабатывает пороговый блок 8 и блок

l3 памяти фиксирует начальный уровень сигнала Со. На выходе блока 20 формируется сигнал

55 который блоками 7, 9, 12, 15, 16, 18, 21, 22 и 14 испочьзуется как входной для формирования сигнала С (t) аналогично тому, как это обеспечивается в первом варианте устройства. Окончательно выходной сигнал C(t) формируется в сумматоре 17 по формуле после чего через блок 23 он поступает на вход блока 24 и далее снова аналогично первому варианту.

Блок контроля работает следующим образом.

В период слива НСВ на входы блока умножения поступают сигналы о концентрации нефти от блока выбора максимума и о расходе сливаемых НСВ от датчика расхода, а на вход «Делитель» делителя сигнал о скорости судна от судового лага. Эти сигналы обрабатываются блоками 27- — 29 в соответствии с формулами (1) и (2), причем на выходе интегратора формируется сигнал об общем количестве слитой нефти, а на выходе делителя — сигнал о мгновенной интенсивности слива нефти. Уровень срабатывания порогового блока 30 соответствует ограничению на общее количество слитой нефти. уровень срабатывания порогового блока 31 -- ограничению на мгновенную интенсивность слива нефти. Таким образом, как только один или оба контролируемых параметра превысят установленные пределы, сработают пороговый блок 30 и элемент

ИЛИ 32 и через элемент ИЛИ на вход блока управления поступит команда на прекращение слива НСВ за борт.

Блок управления работает следующим образом.

При наличии на выходе блока контроля сигнала, разрешающего слив НСВ за борт, гидрораспределитель подает рабочее масло под давлением к полостям гидроцилиндров

34 и 35, вследствие чего штоком гидроцилиндра 34 открывается клапан 3, пропускающий НСВ за борт, а штоком гидроцилиндрра 35 закрывается клапан 2, перекрывая трубопровод, ведущий к отстойному танку. Одновременно пневмораспределитель подает сж.,тый воздух к пневмоцилиндру, штоком которого открывается пробоотборный клапан 4, вследствии .чего проба НСВ поступает и» вход датчика концентрации. !

1о запрещающему забортный слив НСВ сигналу от блока контроля гидрораспределитель снимает давление рабочего масла с полостей и подает его на полости гидроцилиндров 34 и 35, вследствие чего перекрывается клапан 3, прекращая слив НСВ за борт, и открывается клапан 2, направляя НСВ с недопустимо высокими параметрами нефтесодержания в отстойный танк. Одновременно пневмораспределителем снимается питание с пневмоцилиндра, шток которого, перемещаясь под действием пружины. перекрывает пробоотборный клапан, предотвращая попадание в датчик концентрации НСВ с высоким содержанием нефти и тем саl229733 мым исключая необходимость проведения трудоемких операций по промывке датчика и пробоотборных линий.

Устройство по первому варианту обеспечивает требуемую точность измерения концентрации нефти в сливаемой воде (в пределах погрешности датчика концентрации

-+t- 20О) если концентрация имеет малый начальный (фоновый) уровень. Такую концентрацю имеет хорошо остстоявшаяся вода в балластных танках. I0

Устройство по второму варианту позволяет получить требуемую точность измерения и при повышенном уровне начальной концентрации, когда нет возможности дать воде достаточно отстояться, либо когда из отстойного танка производится слив сильно загрязненной нефтью воды. Таким образом, точность устройства по второму варианту за счет его усложнения в меньшей степени зависит от технологии проведения слива нефтесодержащих вод по сравнению с первым ва- О риантом устройства.

Формула изобретения

1. Устройство для контроля над сливом нефтесодержащих вод с танкеров, содержа- 5 щее пробоотборник, расположенный на сливном трубопроводе, пробоотборный трубопровод с расположенными на нем пробоотборными клапаном и насосом, датчик концентрации нефтеводяной смеси, установленный на выходе пробоотборного трубопровода, ЗС последовательно соединенные блок контроля предельных значений нефтесодержания и блок управления пробоотборным клапаном и сливными клапанами, расположенными на сливном трубопроводе, отличающееся тем, что, с целью повышения точности устройства, оно содержит последовательно соединенные первый пороговый блок, интегратор, блок памяти, сумматор, делитель, квадратор, первый блок умножения и блок выбора максимума, последовательно соединен- 40 ные задатчик, второй блок умножения и блок вычитания, а также второй пороговый блок, вход которого подключен к выходу датчика концентрации нефтеводяной смеси, к входу первого порогового блока, к второму входу блока выбора максимума, к второму 45 входу второго блока умножения, к второму входу интегратора и к второму входу первого блока умножения, а выход — к второму входу блока памяти, выход блока выбора максимума соединен с входом блока контроля предельных значений нефтесодержания, выход второго блока умножения подключен к второму входу блока вычитания, соединенного вторым входом с выходом сумматора, а выходом — с вторым выходом делителя, выход интегратора подключен к второму входу сумматора.

2. Устройство для контроля над сливом нефтесодержащих вод с танкеров, содержащее пробоотборник, расположенный на сливном трубопроводе, пробоотборный трубопровод с расположенными на нем пробоотборными клапаном и насосом, датчик концентрации нефтеводяной смеси, установленный на выходе пробоотборного трубопровода, последовательно соедиенные блок контроля предельных значений нефтесодержания и блок управления пробоотборным клапаном и сливными клапанами, расположенными на спи в ном трубопроводе, отличающееся тем, что, с целью повышения точности устройства, оно содержит последовательно соединенные первый пороговый блок, интегратор, первый блок памяти, первый сумматор, делитель, квадратор, первый блок умножения, второй сумматор и блок выбора максимума, последовательно соединенные задатчик, второй блок умножения и первый блок вычитания, последовательно соединенные фильтр, второй блок вычитания, второй пороговый блок, второй блок памяти и третий блок вычитания, а также третий пороговый блок, вход которого подключен к входу первого порогового блока, к второму входу интегратора, к выходу третьего блока вычитания, к второму входу второго блока умножения и второму входу первого блока умножения, а выход — к второму входу блока памяти, второй вход третьего блока вычитания соединен с выходом датчика концентрации нефтеводяной смеси, с вторым входом второго блока вычитания, с входом фильтра и с вторым входом блока выбора максимума, второй вход второго сумматора подключен к выходу второго блока памяти, выход блока выбора максимума подключен к входу блока контроля предельных значений нефтесодержания, второй вход первого блока вычитания соединен с выходом первого сумматора, а выход — с вторым входом делителя, а второй вход первого сумматора подключен к выходу интегратора. (229733

Составитс1ь Ца qqзгова

Текред И Всрес Корректор М. !1!аронн

Тираж 836 Подписное

Редактор Н. Гулько

Заказ 2228j47 т

0m огпкачибающего насоса

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, >K — 35, Раушская наб., д. 4!5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4 оооогп А ру насосу