Патент на изобретение №2397453

(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ОБЪЕМА ЖИДКОСТИ В ЗАКРЫТОМ РЕЗЕРВУАРЕ

(57) Реферат:

Изобретение относится к измерению уровня жидкости в колодцах, скважинах и герметичных емкостях и может найти применение в буровой технике, химической и нефтехимической промышленности и коммунальных службах. Сущность: измерение объема жидкости в закрытом резервуаре включает изменение объема газа, находящегося над поверхностью жидкости, на известную величину V и определение давления газа до и после изменения этого объема. При этом изменение объема газа проводят путем подачи в закрытый резервуар объема жидкости, равного величине V, приводящего к уменьшению объема газа, а объем жидкости в резервуаре определяют по формуле: ,

где V₀ и V – соответственно объем жидкости в закрытом резервуаре и общий объем резервуара, м³; V – объем жидкости, поданный в резервуар для уменьшения объема газа над свободной поверхностью жидкости, м³; р₀ и p₁ – соответственно давление газа над поверхностью жидкости до и после подачи жидкости объема V, Па (ат). Технический результат: увеличение точности измерения объема жидкости в закрытом резервуаре за счет предотвращения возможности выхода газа, находящегося над свободной поверхностью жидкости. 1 ил.

Предлагаемое изобретение относится к измерению уровня жидкости в колодцах, скважинах и герметичных емкостях и может найти применение в буровой технике, химической и нефтехимической промышленности и коммунальных службах.

Известно устройство для измерения уровня жидкости, содержащее соединенный с преобразователем чувствительный элемент в корпусе, к которому герметично подсоединена полость противодавления с входным отверстием, при этом чувствительный элемент выполнен в виде диафрагмы, а полость противодавления представляет собой канал с разделителем в виде Г-образного колена, заполненного жидкостью или газом, вход в полость которого выполнен в нижнем конце колена (патент РФ 1493877, G01F 23/18, бюл. 26, 1989 г.).

К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относятся сложность конструкции, ее наладки и эксплуатации, что приводит к снижению точности измерения объема в закрытом резервуаре.

Известен способ определения уровня жидкости в закрытой емкости, который заключается в откачивании части воздуха над жидкостью вакуум-насосом с созданием определенного вакуума. Затем вакуум сбрасывается и по времени восстановления атмосферного давления в емкости судят об уровне жидкости в ней (DT 19750620, В60К 15/06; G01F 17/00; G01F 20/14; В60К 15/03, 1999 г.).

К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится сложность оборудования для реализации известного способа, связанная с необходимостью установки вакуум-насоса и регистрационного прибора для определения времени выравнивания давления над жидкостью, что приводит к погрешностям при измерении объема жидкости в закрытом резервуаре.

Известны метод и способы для определения объемов жидкости в закрытом резервуаре или камере с общим объемом V, включающие создание вакуума в газе над поверхностью жидкости путем увеличения объема этого газа за счет перемещения его части V в другой мерный объем, определения объема газа над уровнем жидкости по формуле

где V₁ – объем газа над уровнем жидкости, м³;

р₀ и p₁ – соответственно абсолютные давления газа до и после создания вакуума над уровнем жидкости;

V – мерный объем, в который перемещают часть газа при создании вакуума над уровнем жидкости, при этом отношение давлений p₁/p₀ определяется по формуле:

где m и n – соответственно объемы цилиндров поршневого газового вакуум-насоса до создания вакуума и после его создания.

Окончательно объем жидкости в резервуаре рассчитывается по формуле:

(патент Великобритании GB 341306, G01F 23/16, G01F 23/14, 1931 г.).

К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относятся сложности измерений и промежуточных расчетов, а также аппаратурного оформления, включающего мерный сосуд для фиксации объема V, газовый поршневой вакуум-насос для фиксации объемов m и n (формула 2), U-образный дифманометр и шкалу для измерения объема V, что приводит к погрешностям при измерении объема жидкости в закрытом резервуаре.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту по совокупности признаков и выбранному за прототип является способ измерения объема жидкости в закрытом резервуаре, включающий увеличение объема газа на известную величину V, при этом увеличение объема газа на известную величину V проводят за счет откачивания из закрытого резервуара объема жидкости, равного величине V, измеряют давление газа над поверхностью жидкости до и после откачивания этого объема V и объем жидкости в резервуаре определяют по формуле:

где V₀ и V – соответственно объем жидкости в закрытом резервуаре и общий объем резервуара, м³;

V – объем жидкости, откаченной из резервуара для увеличения объема жидкости над свободной поверхностью жидкости, м³;

р₀ и p₁ – соответственно давление газа над поверхностью жидкости до и после откачивания жидкости объема V, Па (ат) (патент РФ 2344380, G01F 23/00, 2009 г.).

К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, является снижение точности измерений объема жидкости в закрытом резервуаре, когда в объем жидкости V при ее откачивании в сливной патрубок попадает часть газа, находящегося над свободной поверхностью жидкости. Особенно эта проблема прорыва газа в сливной патрубок возникает, когда закрытый резервуар находится под давлением.

Задачей предлагаемого технического решения является предотвращение возможности выхода газа, находящегося над свободной поверхностью жидкости в закрытом резервуаре, при измерении объема жидкости в нем.

Техническим результатом предлагаемого способа измерения объема жидкости в закрытом резервуаре является увеличение точности измерения этого объема.

Поставленный технический результат достигается тем, что в способе измерения объема жидкости в закрытом резервуаре, включающем изменение объема газа, находящегося над поверхностью жидкости, на известную величину V и определение давления газа до и после изменения этого объема, при этом изменение объема газа проводят путем подачи в закрытый резервуар объема жидкости, равного величине V, приводящего к уменьшению объема газа, а объем жидкости в резервуаре определяют по формуле:

где V₀ и V – соответственно объем жидкости в закрытом резервуаре и общий объем резервуара, м³;

V – объем жидкости, поданный в резервуар для уменьшения объема газа над свободной поверхностью жидкости, м³;

р₀ и p₁ – соответственно давление газа над поверхностью жидкости до и после подачи жидкости объема V, Па (ат).

Подача жидкости объемом V в закрытый резервуар – более точный технологический процесс, чем откачивание такого же объема жидкости из этого резервуара, особенно когда объем жидкости V₀ в резервуаре мал и при откачивании возможен прорыв газа в сливной патрубок. Особенно эта возможность увеличивается, когда газ над поверхностью жидкости и сама жидкость находятся под значительным избыточным давлением. Таким образом, предлагаемый способ измерения объема жидкости в закрытом резервуаре позволяет более точно определить этот объем во всем диапазоне возможных уровней жидкости в резервуаре и давлений в нем по сравнению со способом, выбранным за прототип.

Схема установки для реализации предлагаемого способа измерения объема жидкости в закрытом резервуаре представлена на чертеже.

Она состоит из закрытого резервуара 1 общим объемом V, в котором находится какое-то количество жидкости V₀, образующей уровень жидкости 2. Резервуар имеет сверху патрубок 3 для периодического налива жидкости. Патрубок 3 герметично закрыт крышкой 4. Сверху резервуара также установлен манометр 5 для измерения давления в газе (воздухе) над уровнем жидкости 2. Сбоку резервуара установлен патрубок с вентилем 6, к которому присоединен жидкостной насос 7. Для измерения объема жидкости V, подаваемой в резервуар жидкостным насосом 7, служит мерная емкость 8. На дне резервуара 1 установлен патрубок с вентилем 9 для подачи жидкости потребителям.

Реализацию предлагаемого способа измерения жидкости в закрытом резервуаре проводят следующим образом.

Измеряют давление газа в резервуаре 1 над уровнем жидкости 2 р₀, включают насос 7, открывают вентиль 6 и перекачивают из мерной емкости 8 фиксированный объем жидкости V в резервуар 1. Уровень жидкости 2 в резервуаре 1 увеличивается, а объем газа (воздуха) над жидкостью уменьшается на фиксированный объем жидкости V. Таким образом, если объем газа в резервуаре 1 уменьшается, то по закону Больцмана-Мариотта давление увеличивается. Регистрируют манометром 5 это давление p₁ в резервуаре 1 после подачи в него фиксированного объема жидкости V. Тогда из закона Бойля-Мариотта следует

p₀·(V-V₀)=p₁-[V-(V₀+V)],

откуда объем жидкости в резервуаре 1 определяют по формуле (4).

Пример 1. Необходимо измерить объем жидкости V₀ в закрытом резервуаре, имеющем общий объем V=1 м³. Давление газа в резервуаре, измеренное манометром 5, р₀=2 ат. Включают насос 7, затем открывают вентиль 6 и подают V=10 л жидкости насосом 7 из мерной емкости 8 в резервуар 1. Измеряют давление газа p₁=2,1 ат с помощью манометра 5 в резервуаре 1 после подачи в него объема жидкости V=10 л и по формуле (4) рассчитывают объем жидкости в резервуаре

Пример 2. Необходимо измерить объем жидкости V₀ в закрытом резервуаре, имеющем общий объем V=2 м³. Давление газа (воздуха) в резервуаре, измеренное манометром 5, р₀=1.033 ат (атмосферное давление). Включают насос 7, открывают вентиль 6 и подают насосом из мерной емкости 8 в резервуар 1 объем жидкости V=15 л. Измеряют давление p₁=1.2 ат манометром 5 после подачи в него этого объема V. Рассчитывают по формуле (4) объем жидкости в закрытом резервуаре 1

Пример 3. Необходимо измерить объем жидкости V₀ в резервуаре 1, находящемся под землей и имеющем объем V₀=10 м³. Давление газа в резервуаре, измеренное манометром 5, р₀=1.1 ат (небольшое избыточное давление). Включают насос 7, открывают вентиль 6 и подают насосом из мерной емкости 8 в резервуар 1 объем жидкости V=50 л. Измеряют давление p₁=1.15 ат манометром 5 после подачи в резервуар объема жидкости V=50 л. Рассчитывают по формуле (4) объем жидкости в закрытом резервуаре 1

Таким образом, предлагаемый способ измерения объема жидкости в закрытом резервуаре позволяет определить объем жидкости в нем при любом уровне жидкости и давлении в резервуаре без возможности прорыва части газа из резервуара, как это может случиться в способе, принятом за прототип, когда при высоких давлениях и малом объеме жидкости (а значит ее малом уровне над сливным патрубком) возможен прорыв газов при сливе жидкости, который приводит к ошибкам при определении объема V₀ в прототипе.

Способ прост по приборному, аппаратурному и технологическому исполнению, так как требуется для реализации только манометр, мерная емкость и жидкостной насос для подачи небольшой части жидкости в резервуар, при этом это может быть тот же насос, которым жидкость периодически закачивается в резервуар в основной технологии его использования.

Как видно из приведенных примеров 1-3, предлагаемый способ измерения объема жидкости в закрытом резервуаре точен при любом давлении и объеме жидкости в резервуаре, а также прост по технологическим операциям, расчетам и времени измерения объема жидкости. Кроме того, способ безопасен в технологическом исполнении и не требует высокой квалификации работающего персонала.

Формула изобретения

Способ измерения объема жидкости в закрытом резервуаре, включающий изменение объема газа, находящегося над поверхностью жидкости, на известную величину V и определения давления газа до и после изменения объема газа, отличающийся тем, что изменение объема газа проводят путем подачи в закрытый резервуар объема жидкости, равного величине V, приводящего к уменьшению объема газа, а объем жидкости в резервуаре определяют по формуле
,
где V₀ и V – соответственно объем жидкости в закрытом резервуаре и общий объем резервуара, м³;
V – объем жидкости, поданный в резервуар для уменьшения объема газа над поверхностью жидкости, м³;
p₀ и p₁ – соответственно давление газа над поверхностью жидкости до и после подачи жидкости объема V, Па (ат).

РИСУНКИ