Способ измерения объема жидкости в закрытом резервуаре

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. Техническим результатом является упрощение способа измерения объема жидкости в закрытом сосуде за счет уменьшения необходимых технологических операций, упрощение аппаратурного оформления и, как следствие, уменьшение затрат времени на проведение измерений. Способ измерения объема жидкости в закрытом резервуаре включает увеличение объема газа, находящегося над поверхностью жидкости, на известную величину ДУ и определение давления газа до и после увеличения объема газа. При этом увеличение объема газа проводят путем откачивания из закрытого резервуара объема жидкости, равного величине AV, измерения давлений газа над поверхностью жидкости до и после откачивания и объем жидкости в резервуаре определяют по формуле

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

ΔV - объем жидкости, откаченной из резервуара, м³;

р₀ и p₁ - соответственно давление газа над поверхностью жидкости до и после откачивания жидкости объемом ΔV, Па (ат). 1 ил.

 

Предлагаемое техническое решение 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, заполненный 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, относится сложность конструкции, ее наладки и эксплуатации.

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 (DE 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.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту и выбранным за прототип являются метод и способы для определения объемов жидкости в закрытом резервуаре или камере, общим объемом V, создание вакуума в газе над поверхностью жидкости путем увеличения объема этого газа за счет перемещения его части ΔV в другой мерный объем, определение объема газа над уровнем жидкости по формуле

где V₁ - объем газа над уровнем жидкости;

p₀ и p₁ - соответственно абсолютные давления газа до и после создания вакуума над уровнем жидкости;

ΔV - мерный объем, в который перемещают часть газа при создании вакуума над уровнем жидкости;

При этом отношение давление 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 тип (формула 2), U-образный дифманометр и шкалу для измерения объема ΔV.

Техническим результатом предлагаемого технического решения является упрощение способа измерения объема жидкости в закрытом сосуде за счет уменьшения необходимых технологических операций, упрощения аппаратурного оформления и, как следствие, уменьшение затрат времени на проведение измерений.

Поставленный технический результат достигается тем, что в способе измерения объема жидкости в закрытом резервуаре, включающем увеличение объема газа, находящегося над поверхностью жидкости, на известную величину ΔV и определение давления газа до и после увеличения объема газа, согласно изобретению увеличение объема газа проводят путем откачивания из закрытого резервуара объема жидкости, равного величине ΔV, измерения давление газа над поверхностью жидкости до и после откачивания и объем жидкости в резервуаре определяют по формуле

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

ΔV - объем жидкости, откаченной из резервуара, м³;

p₀ и p₁ - соответственно давление газа над поверхностью жидкости до и после откачивания жидкости объемом ΔV, Па (ат).

Откачивание из резервуара объема жидкости ΔV жидкостным насосом проще, чем откачивание такого же объема газа, находящегося над поверхностью жидкости, так как не требует использования специального герметического сосуда и поршневого вакуум-насоса для газа с фиксированными объемами m и n.

Кроме того, нет необходимости как в способе, выбранном за прототип, устанавливать герметично вспомогательный сосуд и всасывающий вакуум-насос. Обеспечить герметичность при отборе газа сложнее, чем при отборе жидкости, а значит утечки газа могут привести к потере точности измерения.

Если жидкость находится под давлением или давление равно атмосферному, то для слива из резервуара объема этой жидкости ΔV не нужен даже жидкостной насос. Измерение давления газа над поверхностью жидкости до и после откачивания ее объема ΔV несложно определить с помощью манометра.

Упрощается и процедура расчета объема жидкости в резервуаре, так как вместо использования трех формул (1-3) достаточно одной формулы (4). Все вышесказанное приводит к уменьшению затрат времени на измерение объема жидкости в резервуаре.

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

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 3. В нижней части резервуара установлен патрубок с вентилем 6, к которому присоединен жидкостной насос 7. Для слива жидкости, откачиваемой жидкостным насосом 7 из резервуара 1, служит мерная емкость 8.

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

Измеряют давление газа в резервуаре 1 над уровнем жидкости 2 p₀, открывают вентиль 6, включают насос 7 и сливают из резервуара 1 в емкость 8 фиксированный объем жидкости ΔV.

Уровень жидкости 2 в резервуаре 1 уменьшается, а объем газа (воздуха) над жидкостью увеличивается на фиксированный объем жидкости ΔV.

Таким образом, если объем газа в резервуаре 1 увеличивается, то по закону Бойля-Мариотта давление уменьшится. Регистрируют манометром 5 давление p₁ в резервуаре 1 после слива фиксированного объема ΔV.

Тогда из закона Бойля-Мариотта следует

p₀·(V-V₀)=p₁·[V-(V₀-ΔV],

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

Пример 1. Необходимо измерить объем жидкости V₀ в закрытом резервуаре, имеющим общий объем V=1 м³. Давление газа в резервуаре, измеренное манометром 5, р₀=2 ат. Открывают вентиль 6 и сливают ΔV=10 л жидкости в мерную емкость 8. Измеряют давление газа p₁=1,9 ат с помощью манометра в резервуаре после слива жидкости ΔV=10 л. Рассчитывают по формуле (4) объем жидкости в закрытом резервуаре 1

Пример 2. Необходимо измерить объем жидкости V₀ в закрытом резервуаре, имеющим общий объем V=2 м³. Давление газа в резервуаре, измеренное манометром 5, р₀=1,033 ат (атмосферное давление). Открывают вентиль 6 и сливают часть жидкости ΔV=15 л в мерную емкость 8. Измеряют давление p₁=0,8 ат манометром 5 после слива части жидкости ΔV=15 л. Рассчитывают по формуле (4) объем жидкости в закрытом резервуаре 1

Пример 3. Необходимо измерить объем жидкости V₀ в закрытом резервуаре 1, находящемся под землей и имеющим объем V=10 м³. Давление газа в резервуаре, измеренное манометром 5, р₀=1,1 ат (небольшое избыточное давление). Открывают вентиль 6 и сливают часть жидкости ΔV=50 л в мерную емкость 8. Измеряют давление р₁=1,05 ат манометром 5 после слива части жидкости ΔV=50 л. Рассчитывают по формуле (4) объем жидкости в закрытом резервуаре 1

.

Таким образом, предлагаемый способ измерения объема жидкости в закрытом резервуаре позволяет определять объем жидкости в нем без применения специальных электрических или пневматических датчиков и уровнемеров в емкостях любой формы, находящихся под землей или на эстакадах, этажерках и других местах, труднодоступных для измерения. Он прост по приборному, аппаратурному и технологическому исполнению, так как требует для реализации только манометра, мерной емкости и жидкостного насоса для откачивания небольшой части жидкости из резервуара. Если в закрытом резервуаре жидкость находится под избыточным давлением, то для слива ее части ΔV не нужен даже жидкостной насос. Как видно из приведенных примеров 1-3, предлагаемый способ измерения объема жидкости в закрытом резервуаре не только прост по технологическим операциям и расчетам, но и по сравнению со способом, принятым за прототип, уменьшает затраты времени на технологических операциях и расчетах, то есть увеличивает скорость измерения. Кроме того, способ безопасен в технологическом исполнении и не требует высокой квалификации работающего персонала.

Способ измерения объема жидкости в закрытом резервуаре, включающий увеличение объема газа, находящегося над поверхностью жидкости, на известную величину ΔV и определение давления газа до и после увеличения объема газа, отличающийся тем, что увеличение объема газа проводят путем откачивания из закрытого резервуара объема жидкости, равного величине ΔV, измерение давления газа над поверхностью жидкости до и после откачивания и объем жидкости в резервуаре определяют по формуле:

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

ΔV - объем жидкости, откаченной из резервуара, м³;

р₀ и p₁ - соответственно давление газа над поверхностью жидкости до и после откачивания жидкости объемом ΔV, Па (ат).