Исследование влияния температуры на погрешность измерения объемов жидких продуктов в резервуарах Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ НА ПОГРЕШНОСТЬ ИЗМЕРЕНИЯ ОБЪЕМОВ ЖИДКИХ ПРОДУКТОВ В РЕЗЕРВУАРАХ

В.Н. ИВАНОВСКИЙ, аспирант МГУЛа,

Л.Е. ЦВЕТКОВА, профессор кафедры физики МГУЛа,

B.C. СОЛДАТОВ, зам. директора по науке НТЦ., с.т.н.,

B.C. ГУДРАМОВИЧ, чл.-корр. Укр. АН

Измерение объемов жидкости продуктов, содержащихся в резервуарах, является одной из важнейших проблем, возникающих при эксплуатации резервуаров различного класса для хранения и переработки нефтепродуктов. Конструкции резервуаров являются весьма сложными строительными сооружениями. Вертикальные стальные цилиндрические резервуары, использующиеся для хранения нефти и нефтепродуктов объемом 100-50000 м3, представляют собой сложные оболочечные конструкции, изготовленные из сваренных в стык разнотолщинных обечаек с системой кольцевых подкреплений. Конструкция опирается на фундамент, состоящий из гидроизолирующего слоя, песочной подушки, слоя уплотненного суглинка, уплотняющего дно котлована щебенки или гравия, несущей породы, бетонного кольца [1,2].

Измерения объемов жидких продуктов, находящихся в резервуарах, в основном проводятся на основе данных, полученных при использовании объемного и геометрического методов (или их комбинации) [1-7]. Использование объемного метода ограничено измерением относительно небольших объемов (до 5000 м3). При этом градуировку резервуара осуществляют при непосредственном заполнении известным объемом жидкости и измерении уровня налива. Геометрический метод заключается в определении вместимости резервуара путем измерения его геометрических размеров и получении градуировочной таблицы (зависимости объема жидкости от уровня заполнения) на основании проведенных расчетов. Такие методы весьма трудоемки и могут быть реализованы для ограниченного числа возможных случаев эксплуатации.

Таким образом, важными вопросами при построении зависимости объема нефтепродуктов от уровня налива являются измерение уровня налива, определение геометрических размеров резервуара и разработка системы, позволяющей на основе данных замеров в конкретных условиях оперативно определять объем продукта.

. Сложность проблемы заключается в том, что при эксплуатации резервуар подвергается воздействию различных изменяющихся (дестабилизирующих) факторов, приводящих к деформированию резервуаров (изменению геометрических параметров): давление продукта; избыточное давление в газовом пространстве; вес покрытия и снегового покрова; температурные воздействия и др.

Исследования влияния различных факторов на погрешность измерения объемов жидких продуктов проведены при использовании расчетной модели вертикального цилиндрического резервуара, разработанной на основе соотношений строительной механики тонкостенных конструкций [4-7].

Резервуары изготовлены из сваренных стык в стык п разнотолщинных обечаек толщиной /г, (г =1+п), длиной 1,49 м. Резервуары одинакового объема имеют одинаковый внутренний радиус К, ¿7-уровень заполнения резервуара (рис. 1).

Анализ результатов проведенных исследований показывает, что к значительной погрешности при измерении объемов жидких продуктов в резервуаре приводит деформирование стенок, происходящее вследствие давления столба жидкости, и влияние температуры.

Рис. 1. Схема вертикального цилиндрического резервуара

Ниже приведены результаты теоретических исследований влияния изменения геометрических параметров резервуаров, происходящего вследствие изменения температуры стенки в области налива, на объем содержащихся в резервуаре жидких продуктов.

Деформирование г-й обечайки описывается уравнением

(I W;

dx

Eh

Ъя

-at.,

(1)

где w¡ - радиальный прогиб г-й обечайки,

А4

Е/г,. _3(1-д2) 4 RfD¡ ~ R? • hf

где ¡л - коэффициент Пуассона, h¡ - толщина обечайки,

R¡ = R + hj2 - радиус срединной поверхности г-й обечайки,

t¡ - температура стенки.

Решение (1) имеет вид

W; = е~р'Л (с{ ■ cos Дх + с'г ■ sin f3¡X¡) + e~PÁLrX:) X х [с' • cos [i(L -*,.) + с' • sin fl(L - x¡)] + w,,

где ci‘, C2 , сз' , C41 - произвольные постоянные, определяемые граничными условиями, Wn = - atiRi, (0 < Xi < Li) при постоянной ti,

при переменной температуре to sin -

тш

и

а-Д.-t0-sinrnTtx/U (0<x<U),

[О (и<х<Ь),

I) - уровень налива.

Объем жидкого продукта в резервуаре с учетом деформирования стенок определяется по формуле

и

V(U) = n\[R-w(x)fdx.

На рис. 2 представлены результаты расчета абсолютной погрешности измерения объема ЛУ = V - Уо (где V, Уо - объемы жидкого продукта, определенные с учетом и без учета деформируемости конструкции) в зависимости от уровня налива С/.

Линии 1, 2 на рис. 2 относятся соответственно к типовым резервуарам с объемами 10000 и 30000 м3, сплошные линии относятся к случаю температуры стенок в области налива г = 20 °С, штриховые — / = 60 °С.

Относительная погрешность (е = = (ЛУ/Уо) 100 %) при этом для полностью заполненных резервуаров увеличивается от 0,25 до 0,34 % для резервуаров объемом

10000 м3 и от 0,29 до 0,34 % для резервуаров

-2

объемом 30000 м .

4V. м’

Рис. 2. Абсолютная погрешность измерения объема жидких продуктов

ческие указания/Всесоюзный НИИР; Научный руко-вод. темы Б.Г. Хусаинов.-МИ 1823-87. - Казань, 1987.-71 с.

4. Тимошенко С.П., Войновский-Кригер С. Пластинки и оболочки. - М.: Наука, 1966. - 635 с.

5. Колкунов Н.В. Основы расчета упругих оболочек. -М.: Высшая школа, 1972. - 296 с.

6. Канторович З.Б. Основы расчета химических машин и аппаратов. - М.: Машгиз, 1960. - 743 с.

7. Горбунов-Посадов М.И., Маликова Т.А., Соломин В.И. Расчет конструкций на упругом основании. -М.: Стройиздат, 1984. - 679 с.

Литература

1. Межирицкий Л.М. Оператор нефтебазы. - М.: Недра, 1976 - 240 с.

2. Конструкции строительные стальные для резервуаров вертикальных, цилиндрических для нефти и нефтепродуктов объемов от 100 до 50000 м3: Технические условия ТУ - 36.26.11.-4-89/ Министерство монтажных и специальных строительных работ СССР, 1989.-61 с.

3. Вместимость стальных вертикальных цилиндрических резервуаров. Методика выполнения измерений геометрическими и объемными методами: Методи-

ТАРИРОВКА ТЕРМОИНДИКАТОРОВ С УЧЕТОМ ТЕПЛОВЫХ ПОТОКОВ

А.А ЗАХАРОВ, ст. преподаватель кафедры физики МГУЛа

Холестерические жидкие кристаллы

(ЖК), благодаря свойству менять свой цвет от красного до синего при нагревании, успешно применяются для измерения температуры поверхности [1]. При этом используется лишь один канал информации о цвете - собственно цвет (hue), в то время как каналы насыщенности (saturation) и яркости (brightness) игнорируются исследователями. Несут ли они на самом деле дополнительную информацию о тепловом процессе?

Приведём формулы преобразования исходных значений цветовых характеристик каждого пиксела полноцветного компьютер-

ного изображения (TrueColor) - R (красный), G (зелёный), В (синий) в перцептуальные характеристики отображения цвета. Ниже дан алгоритм для расчёта цветового гона -hue- здесь он обозначен «Я» (впервые опубликовано в [2]):

Если G ¿В {

Z= [(2R -G- B)/(G - B)]N 3;

При G > В Н - (90,0 - arctan (Z))- 255/360;

при G < В Н - (270,0 - arctan (Z))- 255/360;

}

если G = В {