CC BY
14УДК 62-791.2
И.А. Яблуновский
Камчатский государственный технический университет, Петропавловск-Камчатский, 683003 e-mail: [email protected]
АНАЛИЗ МЕТОДОВ ИЗМЕРЕНИЙ И УЧЕТА НЕФТЕПРОДУКТОВ В СУДОВЫХ УСЛОВИЯХ
Измерение уровня нефтепродуктов, как правило, используется в коммерческом учете, и любая критическая погрешность может нанести серьезный ущерб предприятию. Также контроль уровня должен осуществляться с целью безопасности эксплуатации судна и обеспечения безопасности окружающей среды. Качественный контроль измерения уровня топлива в судовых условиях является особенно необходимым. Обеспечение высокой точности измерения и учета нефтепродуктов в судовых условиях является актуальной задачей, направленной на минимизацию погрешности технологического процесса измерений. Неточность измерений, как правило, происходит из-за специфических свойств нефтепродуктов и несоблюдения должным образом инструкций. Применение современных методов измерения в совокупности с эффективными средствами контроля уровня жидкостей позволяет существенно повысить показатели эффективности производства и потребления электроэнергии, сократить затраты на топливо и эксплуатацию судна, обеспечить безаварийную эксплуатацию оборудования, а также повысить безопасность мореплавания.
Ключевые слова: контроль учета, методика измерений, свойства нефтепродуктов, температурные фракции, агрессивность нефтепродуктов.
I.A. Yablunovski
Kamchatka State Technical University, Petropavlovsk-Kamcharsky, 683003 e-mail: [email protected]
ANALYSIS OF THE METHODS OF MEASUREMENT AND ACCOUNTING OF PETROLEUM PRODUCTS IN SHIP CONDITIONS
Measuring the level of petroleum products, as a rule, is used in commercial accounting, and any critical error can cause serious damage to the enterprise. Also, level control should be carried out for the purpose of safe operation of the vessel and ensuring the safety of the environment. Qualitative control of fuel level measurement in ship conditions is especially necessary. Ensuring high accuracy of measurement and accounting of oil products in ship conditions is an urgent task aimed at minimizing the error of the measurement process. Measurement inaccuracy is usually due to the specific properties of petroleum products and failure to properly follow instructions. The use of modern measurement methods in conjunction with effective means of controlling the level of liquids can significantly increase the efficiency of production and consumption of electricity, reduce the cost of fuel and ship operation, ensure trouble-free operation of equipment and increase navigation safety.
Key words: accounting control, measurement technique, properties of petroleum products, temperature fractions, aggressiveness of petroleum products.
Для того чтобы точно разобраться в заявленной теме, необходимо проанализировать основные свойства нефтепродуктов. Сама же по себе нефть является природной смесью преимущественно из углеводорода и других менее численных элементов. В процессе получения нефтепродукта: бензина, керосина, дизельного топлива и т. д., нефть делится на фракции по температуре кипения, которые в свою очередь делятся на темные и светлые вещества. К темному веществу относится фракция мазута (газотурбинное топливо, моторные, трансмиссионные и осевые масла, вакуумные газойли, гудрон, битум) с температурой кипения выше 320°С. Эта фракция содержит тяжелые остатки первичной и вторичной переработки нефти. К светлым веществам относятся бензиновые фракции (в частности, авиатопливо и автотопливо), у которых температура кипения
варьируется от 150 до 250°С, также керосиновая фракция с температурой кипения 180-280°С и газойлевая фракция с температурами кипения от 280 до 350°С, которая в основном используется в качестве дизельного топлива [1].
Одним из важнейших свойств нефтепродуктов является плотность и вязкость. Так, при увеличении плотности фракции и температуры кипения вязкость продукта растет, следовательно, наибольшей вязкостью обладают мазуты, а наименьшей бензины. Нефть и нефтепродукты при нагревании обладают такой способностью, как тепловое расширение, данный факт необходимо учитывать при изменении окружающей среды. Нельзя не отметить агрессивность бензинов и дизельного топлива, в состав которых входит большое количество нафтеновых кислот и соединений серы. Действие этих веществ усиливается при хранении и при контакте с водой. Также оксиды серы, соединяясь с водой, образуют кислоты, которые способствуют коррозийной реакции элементов конструкции. Моторные масла, трансмиссионные масла, тормозная жидкость в отличие от бензинов при хранении не меняют своих свойств и не обладают коррозийным воздействием, поэтому отнесем их к слабоагрессивным химическим веществам. Исходя из того, что нефтепродукты являются агрессивными веществами, надо иметь четкое представление о материалах, из которых будет изготовлен тот или иной датчик, уровнемер [2].
Самыми подходящими материалами для изготовления элементов датчиков и уровнемеров, находящимися в постоянном контакте с нефтепродуктами, являются нержавеющие стали, пластики, полипропилен, поливинилденфторид и политетрафторэтилен, специальные резины. Все они обладают повышенной устойчивостью к воздействию светлых и темных нефтепродуктов.
В соответствии с ГОСТ 8.587-2019 [3] устанавливаются методики измерения массы нефти/нефтепродуктов, основанные на следующих методах измерений: косвенном методе динамических измерений; прямом методе динамических измерений; косвенном методе статических измерений; прямом методе статических измерений; косвенном методе, основанном на гидростатическом принципе (рис. 1).
Рис. 1. Классификация методов измерения
Косвенный метод измерений - это метод, результат которого определяют на основании прямых измерений величин, связанных с измеряемой величиной известной зависимостью. Такие способы, как правило, используются при неточных работах, когда невозможно выполнить прямые измерения. Данный метод требует более простого оборудования и меньших временных затрат на измерение. Если применять приборы более высокой точности, то относительная вероятность погрешностей измерений, учитывающая влияние окружающей среды на точность, будет меньше относительной наибольшей возможной. Основными факторами, влияющими на погрешность измерений, являются: точность составления градуировочных таблиц, погрешность измерительного инструмента, термометра и ареометра, а также погрешность счетчика расходомера.
Косвенные методы применяются на предприятиях сферы обеспечения нефтепродуктами среднего и малого объема. Таких предприятий намного больше, чем крупных, поэтому методики
широко распространены. Стоит отметить, что средства автоматизации учета при перемещении нефтепродуктов чаще всего основаны именно на косвенных методах.
Так как косвенный метод разделяется на статический и динамический, то важно будет разобраться в их принципиальных различиях.
Косвенный динамический метод измерений подразумевает измерение, при котором значение массы нефти/нефтепродуктов определяют на основании результатов измерений плотности и объема нефти/нефтепродуктов. Такой метод применяется при измерении массы продукта непосредственно на потоке в нефтепродуктопроводах, где объем продукта измеряют счетчиками или преобразователями расхода с интеграторами.
Косвенный метод статических измерений основан на измерении значения массы нефти/нефтепродуктов, определенной на основании результатов измерений плотности и объема нефти/нефтепродуктов, в мерах полной вместимости. Другими словами, происходит замер уровня налива в цистернах и резервуарах, с последующим определением массы расчетным путем при помощи таблиц калибровочного или градуировочного типа [4].
Также нельзя не отметить косвенный метод, основанный на гидростатическом принципе. Его суть заключается в том, что значение массы нефти/нефтепродуктов определяется на основании результатов измерений гидростатического давления и уровня нефти/нефтепродуктов. При использовании метода происходит измерение гидростатического давления столба жидкости, определение средней площади заполненной части резервуара. Исходя из этих замеров, рассчитывается масса продукта как произведение давления столба жидкости на среднюю площадь заполненной части резервуара, деленное на силу тяжести.
Саму массу можно определить двумя способами. Первый - это рассчитать разность масс в начале и в конце товарной операции, второй - это найти произведение разности гиростатиче-ских давлений в начале и в конце товарной операции на среднюю площадь сечения части емкости, деленное на силу тяжести. Гидростатическое давление столба определяют при помощи манометрических приборов с учетом давления паров продукта. Чтобы определить площадь сечения резервуара, надо измерить уровни продукта в начале и в конце товарной операции, и, используя градировочную таблицу, вычислить среднюю площадь сечения.
Рассмотрим прямой метод измерений, который основан на нахождении искомой величины опытным путем. Данная методика измерения не требует проведения замеров и выполняется по эксплуатационной документации. Чтобы автоматизировать учет количества нефтепродуктов, результаты оформляются моментально, так как в документах, находящихся в электронном виде, отражается точно измеренная масса, значения которой получены путем взвешивания на весах или взяты с расходомера. Через систему учета можно быстро определить массу тары и вес брутто, также дополнительно можно узнать плотность продукта. Точность измерения будет зависеть от погрешности оборудования, которая будет указана в паспорте оборудования. Предельное значение погрешности статического измерения будет больше динамического, так как статические измерения подразумевают проведение двух операций [5, 6].
Прямой метод динамических измерений основан на прямых измерениях массы нефти/нефтепродуктов с применением преобразователей массового расхода в трубопроводах. Массовые расходомеры - это приборы, также имеющие название кориолисовы расходомеры, так названы они из-за эффекта кориолиса. Их принцип работы основан на появлении ускорения при движении среды в вибрирующей трубке. Прямой метод статических измерений основан на прямых измерениях массы нефти/нефтепродуктов с применением весов, примером может являться взвешивание в железнодорожных или в автомобильных цистернах, поэтому прямой статический метод будет очень трудно реализовать в судовых условиях.
Результаты приведенного анализа методов измерения отображены в табл. 1, что позволяет наглядно оценить эффективность и работоспособность каждого метода в судовых условиях.
Таблица 1
Свойства методов измерения уровня жидкости
Виды методов Точность Надежность Применимость в судовых условиях
Косвенный динамический + +
Косвенный статический + +
Косвенный гидростатический + +
Прямой динамический + +
Прямой статический + -
Исходя из всего вышеперечисленного, можно отметить следующие ключевые моменты.
Во-первых, важно помнить, что нефть обладает специфическими свойствами, поэтому использование каждого метода сугубо индивидуально и подходит под определенные условия и состояния окружающей среды [7, 8].
Во-вторых, так как на судах доминируют косвенные методы измерения, то необходимо минимизировать их погрешность, для этого надо обучить персонал, выполняющий замеры. Очень часто в измерительной системе оказываются инородные предметы, такие как мусор, инструменты, тряпки и т. д. Все они дают катастрофически большие погрешности [9, 10].
В-третьих, должен быть отработан алгоритм проведения замеров, не допускающий ошибок. Если производится замер температуры в высоком резервуаре, то необходимо находить среднюю температуру посредством трех замеров в верхней, нижней и средней точках [11, 12].
В-четвертых, так как измерение уровня производится в коммерческом учете, то необходимо использовать как можно более точные приборы - это термометры, рулетки.
Анализируя таблицу, можно сделать вывод, что применение прямого динамического метода является хорошим решением, данный метод, в котором применяется кориолисов расходомер, является относительно молодым и недооцененным. При использовании данного расходомера упрощается вся система контроля топлива, так как расходомер будет автоматически производить расчеты и сам же будет встроен в системы, что исключает ошибки, связанные с человеческим фактором [13, 14].
Применение же косвенных методов является устаревшим, а также не совсем точным. Для проведения замеров таким методом нужно точно следовать алгоритмам и учитывать факторы, влияющие на ошибки.
Литература
1. Фарзане Н.Г., Илясов Л.В., Азим-заде А.Ю. Технологические измерения и приборы. -М.: Высшая школа. - 1989. - 456 с.
2. Винокуров Б.Б. Современная уровнеметрия жидких сред. - Томск: Томский политехнический университет, 2014. - 118 с.
3. ГОСТ 8.587-2019 Государственная система обеспечения единства измерений. Масса нефти и нефтепродуктов. Методики (методы) измерений. - М.: Стандартинформ. - 2019. - 46 с.
4. Бобровников Г.Н., Катков А.Г. Методы измерения уровня. - М.: Машиностроение, 1977. - 165 с.
5. Хансуваров К.И., Цейтлин В.Г. Техника измерения давления, расхода, количества и уровня жидкости, газа и пара. - М.: Издательство стандартов, 1990. - 287 с.
6. ГОСТ 24802-81 ГСИ. Приборы для измерения уровня жидкости и сыпучих веществ. Термины и определения. - М.: Издательство стандартов, 1982. - 7 с.
7. Белов О.А., Швецов В.А. К вопросу о повышении экологической безопасности судов при долговременном стояночном режиме // Природные ресурсы, их современное состояние, охрана, промысловое и техническое использование: Материалы IX Всерос. науч.-прак. конференции. -Петропавловск-Камчатский, 2018. - С. 119-121.
8. Белов О.А., Зайцев С.А. К вопросу оценки безопасности морских судов камчатского флота // Природные ресурсы, их современное состояние, охрана, промысловое и техническое использование: Материалы X Нац. (всерос.) науч.-практ. конф. - Петропавловск-Камчатский, 2019. - С. 80-83.
9. Белов О.А., Белова Е.П. Инженерное образование как фактор развития техники и технологий // Наука, образование, инновации: пути развития: Материалы Десятой Нац. (всерос.) науч.-практ. конф. - Петропавловск-Камчатский, 2019. - С. 106-108.
10. Белов О.А. Оценка технической готовности системы с учетом влияния человеческого фактора // Вестник Камчатского государственного технического университета. - 2014. - № 30. -С.11-16.
11. Белов О.А., Марченко А.А., Труднев С.Ю. Анализ расчетно-аналитических методов прикладных задач технической безопасности // Вестник Астраханского государственного технического университета. Серия: Морская техника и технология. - 2015. - № 4. - С. 7-15.
12. Белов О.А. Аналитический обзор факторов эффективной эксплуатации морского транспорта // Техническая эксплуатация водного транспорта: проблемы и пути развития: Материалы Междунар. науч.-техн. конф. - Петропавловск-Камчатский, 2019. - С. 5-9.
13. Белов О.А. Задачи оценки безопасного уровня электрохимической защиты корпуса в процессе эксплуатации морских судов // Наука, образование, инновации: пути развития: Материалы Девятой всерос. науч.-практ. конф. - Петропавловск-Камчатский, 2018. - С. 17-20.
14. Белов О.А. Оценка безопасности эксплуатации судовых энергетических установок // Вестник Камчатского государственного технического университета. - 2017. - № 42. - С. 6-10.
