CC BY
12Таможенный контроль жидких товаров .
УДК 339.543.5
ТАМОЖЕННЫЙ КОНТРОЛЬ ЖИДКИХ ТОВАРОВ, ПЕРЕВОЗИМЫХ В РЕЗЕРВУАРАХ БОЛЬШОЙ ЁМКОСТИ
Вербов Владимир Фёдорович
Ростовский филиал Российской таможенной академии, декан факультета повышения квалификации, канд. техн. наук, профессор, e-mail: verbovvf@mail.ru
Сукиязов Александр Гургенович
Донской государственный технический университет, профессор кафедры радиоэлектроники, канд. физ.-мат. наук, профессор, e-mail: aleksandarsukiazov@yandex.ru
Шевцов Александр Владимирович
Ростовский филиал Российской таможенной академии, старший преподаватель кафедры таможенного дела, e-mail: sav54@bk.ru
В статье рассмотрены особенности перемещения через таможенную границу жидких товаров (нефть, нефтепродукты и др.) в резервуарах большой ёмкости (цистерны, танкеры). Обоснована необходимость повышения точности измерения уровня контролируемой жидкости с целью минимизации материальных потерь. Авторами предлагается техническое решение несложного поплавкового измерителя уровня жидкости с абсолютной погрешностью измерения до нескольких миллиметров
Ключевые слова: таможенный контроль; топливно-энергетические товары; танкер; цистерна; измерение объёма и веса жидких товаров; погрешность измерения; поплавковые измерители уровня жидкости
CUSTOMS CONTROL OF LIQUID GOODS TRANSPORTED IN HIGH-CAPACITY TANKS
Verbov Vladimir F.
Russian Customs Academy Rostov branch,Dean of the Advanced Training Faculty, Candidate of Technical Sciences, Professor, e-mail: verbovvf@mail.ru
Sukiyazov Alexander G.
Don State Technical University, Professor of Radio Electronics Department, Candidate of Physical and Mathematical Sciences, Professor, e-mail: aleksandar-sukiazov@yandex.ru
Shevtsov Alexander V.
Russian Customs Academy Rostov branch, Senior Lecturer of the Department of Customs, e-mail: sav54@bk.ru
The article considers the features of the movement of liquid goods (oil, oil products, etc.) across the customs border in large-capacity tanks (tanks, tankers). The necessity of increasing the accuracy of measuring the level of the controlled liquid in order to minimize material losses is substantiated. The authors propose a technical solution for a simple float liquid level meter with an absolute measurement error of up to several millimeters
Keywords: customs control; fuel and energy products; tanker; tank; measuring the volume and weight of liquid goods; measurement error; float liquid level meters
Для цитирования: Вербов В.Ф., Сукиязов А.Г., Шевцов А.В. Таможенный контроль жидких товаров, перевозимых в резервуарах большой ёмкости // Учёные записки Санкт-Петербургского имени В.Б. Бобкова филиала Российской таможенной академии. 2021. № 2 (78). С. 9-14.
Согласно данным таможенной статистики основой российского экспорта традиционно являются топливно-энергетические товары, удельный вес которых в товарной структуре экспорта составляет более 60 % [1].
В основе указанной группы находится множество товаров, среди которых можно выделить: непосредственно сырую нефть и продукты её переработки (дизельное топливо, бензин, керосин, промышленное масло, топливо для отопительных систем, мазут и другие жидкости технического назначения).
Данные категории товаров перемещаются через таможенную границу различными видами транспорта - морским (речным), железнодорожным, автомобильным, а также трубопроводным.
Этими же видами транспорта могут перемещаться и другие виды жидких товаров, в частности,
сжиженный газ, химические кислоты и щёлочи и т.д.
В соответствии со ст. 9 Таможенного кодекса ЕАЭС все товары, перемещаемые через таможенную границу Союза, подлежат таможенному контролю (ТК). При этом ТК в отношении жидких товаров осуществляется с определенными особенностями. Например, при подаче таможенной декларации фактическое предъявление товаров, перемещаемых трубопроводным транспортом, таможенному органу не требуется, а их количество (вес) определяется специальными приборами учёта [2].
Если жидкие товары перемещаются иными видами транспорта, то их предъявление таможенному органу для ТК при подаче таможенной декларации обязательно, а количество (вес) определяется иным способом. Так, при измерении количества фактически залитых товаров, предназначенных для вывоза
с таможенной территории в железнодорожных цистернах или танках судов, производится определение уровня перевозимых в них жидкостей.
Например, высоту налива нефтепродуктов в отсеках нефтеналивного судна можно определить методом замера высоты налива или методом замера пустоты танков (отсеков). При перемещении нефтепродуктов в железнодорожных цистернах зачастую общий уровень жидкости определяется метршто-ком, рулеткой или соответствующим уровнемером для железнодорожных цистерн, который содержит обязательный измеритель уровня жидкости.
Высоту налива жидкости в резервуар необходимо знать для определения её реального объёма. Зная же объём, нетрудно вычислить и вес контролируемой жидкости, учитываемый при таможенном контроле.
Отметим, что объём жидкости определяется умножением площади поперечного сечения резервуара на значение высоты её столба. Площадь поперечного сечения может быть постоянной и заранее известной, например, в резервуарах, имеющих форму вертикального цилиндра или прямоугольника, или изменяющейся в зависимости от высоты столба жидкости, например, в резервуарах, имеющих форму горизонтального цилиндра, форму шара и др. Во втором случае площадь сечения автоматически вычисляется в измерителе по известным математическим формулам в зависимости от уровня жидкости.
Вес жидкости определяется путём умножения полученного значения объёма жидкости на её плотность. Если учесть, что плотность жидкости и площадь поперечного сечения резервуара известны, то определение объёма и веса жидкости сводится к измерению только её уровня и производству несложных математических действий.
Нетрудно вычислить математическую зависимость между ошибкой в определении веса перевозимой жидкости (Р) и абсолютной погрешностью измерения её высоты столба (А). Следует отметить, что абсолютные погрешности измерения могут быть как положительными, так отрицательными.
Пусть перевозится зимнее дизельное топливо с плотностью р = 860 кг/м3 в танкере с размерами танков: длина L = 200 м, ширина М = 20 м. Тогда при абсолютной погрешности измерения уровня топлива А = ± 2 см погрешность определения его веса составит:
Р = L•М•А•р = 200 м ■ 20 м ■ 0,02 м ■ 860 кг/м3 = = ± 68 800 кг
Пусть 1 кг топлива соответствует 1,19 л, а отпускная цена топлива с перерабатывающего завода равна 30 руб./л. В данном случае кто-то из участников торговой сделки теоретически может недополучить или переплатить минимум 2 456 160 руб. Очевидно, что при увеличении геометрических размеров резервуаров и абсолютной
погрешности измерения, а также при возрастающих реальных объёмах перевозимых жидких товаров в резервуарах большой ёмкости, денежные потери будут ощутимее.
Из изложенного выше следует, что с целью минимизации финансовых потерь при транспортировке соответствующей жидкости в резервуарах необходимо повышать точность измерения её уровня. Помимо этого к измерителям уровня жидкости для повышения эффективности проведения ТК будут предъявляться также следующие требования:
- возможность получения результата в цифровой форме;
- возможность передачи информации о текущем значении уровня (объёма, веса) контролируемой жидкости на любые расстояния по беспроводным (проводным) линиям связи в режиме реального времени.
Это связано с масштабной цифровизацией экономики страны, электронным декларированием товаров и созданием в таможенных органах фактического контроля интеллектуальных пунктов пропуска с увеличивающимся количеством совершаемых автоматических операций без участия человека [3].
В настоящее время существует большое количество измерителей уровня жидкости, работающих на самых различных физических принципах: поплавковые, ультразвуковые, оптические, дифма-нометрические, ёмкостные, магнитострикционные, магнитные, вибрационные, буйковые, с измерением раздела фаз сред и др. [4].
Безусловно, каждый тип измерителя уровня жидкости имеет свои преимущества и недостатки, анализ которых позволил сделать важный вывод: на практике самыми распространёнными, относительно технически несложными и обладающими достаточной надёжностью являются поплавковые измерители уровня жидкости [5]. Общим же недостатком поплавковых измерителей является не всегда высокая точность измерения.
Стоит отметить, что при измерении уровня жидкости в резервуарах большого объёма абсолютная погрешность порядка нескольких сантиметров считается достаточно высокой. Однако такая погрешность, как показано выше, может приводить к значительным финансовым потерям.
В связи с этим возникает острая необходимость в разработке высокоточных именно поплавковых измерителей уровня жидкости с абсолютной погрешностью до нескольких миллиметров. Известные поплавковые уровнемеры не обладают такой высокой точностью либо имеют очень сложные технические решения.
На основании изложенного авторами предлагается техническое решение поплавкового измерителя уровня жидкости в резервуарах большой ёмкости, обладающего повышенной точностью измерения высоты уровня жидкости [6].
Принцип действия предлагаемого поплавкового измерителя уровня жидкости иллюстрируется рис. 1, на котором представлены конструкция измерителя и его функциональная электрическая схема.
Так, измеритель уровня жидкости размещается внутри резервуара, имеющего заливную и сливную горловины. Измеритель содержит чувствительный элемент, представляющий собой вертикальную жёсткую немагнитную трубку 1, имеющую длину, несколько превышающую максимально-допустимый уровень жидкости Нмакс в резервуаре, внутри которой расположена измерительная линейка 2, выполненная в виде бифилярной скрутки из изолированного провода с постоянным шагом (периодом) Л0. Электропитание линейки осуществляется напряжением ип от блока питания (БП). По трубке 1 при заливе или сливе жидкости вверх-вниз скользит поплавок 3, на котором жёстко закреплены два датчика магнитного поля Д1 и Д2 и связанные с ними формирователи импульсов ФИ1 и ФИ2. Поплавок, датчики и формирователи импульсов составляют единый измерительный блок (ИБ).
Выходы формирователей ФИ1 и ФИ2 соединены с соответствующими входами реверсивного счётчика импульсов (СЧ), выход которого подключён к входу блока определения уровня и передачи информации (БОУПИ). Блок питания, счётчик импульсов и блок определения уровня и передачи информации размещаются в приборном отсеке (ПО) в верхней части резервуара, выше максимального уровня жидкости.
Информация о текущем уровне жидкости в резервуаре блоком БОУПИ по радиоканалу передаётся на блок визуального отображения информации (БВОИ), который может располагаться на значительном расстоянии от резервуара и с которым взаимодействует оператор.
Для обеспечения вертикального положения чувствительного элемента и предотвращения его колебаний внутри резервуара при заливе или сливе жидкости в верхней части он крепится к стенке резервуара с помощью соответствующего упора (кронштейна) 4, а в нижней части к нему крепится соответствующий груз 5.
Датчики Д1 и Д2 устанавливаются на поплавке так, что их оси чувствительности
Слив
Рис. 1. Конструкция и схема предлагаемого поплавкового измерителя уровня
параллельны друг другу и ориентированы перпендикулярно измерительной линейке. Расстояние между датчиками по вертикали Ь равно:
Ь = (2п+1)
V2,
где Х0 - период скрутки;
п - целое число 1, 2, 3... .
Выбор такого расстояния между датчиками, в частности, выбор числа «п», обоснован тем, что в практической конструкции поплавкового измерителя уровня необходимо учитывать реальные геометрические размеры датчиков Д1 и Д2, а также длину периода Х0. Число «п» - есть количество периодов скрутки Х0, которые должны укладываться между датчиками, чтобы они выдавали сигнал с требуемым сдвигом по фазе (для работы реверсивного счётчика импульсов). На сам принцип работы измерителя «п» не влияет.
Вращательные движения измерительного блока относительно трубки 1 исключены. С целью недопущения воздействия агрессивных жидкостей измерительная линейка 2 соответствующим образом герметизируется в трубке 1. Поплавок 3 должен иметь относительно трубки 1 зазор, который обеспечивает его скольжение вдоль трубки без затирания. Линия связи между формирователями импульсов ФИ1 и ФИ2 и реверсивным счётчиком импульсов СЧ выполнена из подпружиненных проводников. Блок питания БП может быть как переменного, так постоянного напряжения (аккумуляторная батарея).
Рассмотрим принцип работы поплавкового измерителя уровня жидкости. В измерителе два датчика нужны для того, чтобы один из них переключал счётчик из режима суммирования в режим вычитания, а второй - наоборот. Например, если поплавок перемещается вверх, то сначала формируется сигнал на выходе датчика Д1, а затем -на выходе датчика Д2. Первый импульс с датчика Д1 устанавливает счётчик в режим суммирования. Когда поплавок перемещается вниз, то сначала формируется сигнал на выходе датчика Д2, первый импульс которого переводит счётчик в режим вычитания.
Пусть в начальный момент резервуар пуст и поплавок находится в крайнем нижнем положении. При заливе жидкости поплавок 3 начинает перемещаться вертикально вверх, датчики Д1 и Д2 пересекают скрутки измерительной линейки. На выходе первого датчика Д1 появляются импульсы, которые в ФИ1 формируются в прямоугольные и затем поступают на суммирующий вход счётчика. Значение уровня жидкости Н1 пропорционально количеству импульсов Ы+1, подсчитанных счётчиком импульсов:
Н1 = К ■ N , ,
+1
где К - коэффициент пропорциональности.
Счётчик работает так, что, как указывалось выше, первый импульс с выхода датчика Д1 переводит счётчик в режим только суммирования импульсов. При этом импульсы с выхода датчика Д2, хотя и будут поступать на вычитающий вход счётчика, тем не менее не смогут оказывать никакого влияния на подсчёт импульсов по суммирующему входу.
При сливе жидкости поплавок перемещается вертикально вниз, на выходе второго датчика Д2 появляются импульсы. Первый импульс с выхода этого датчика переводит счётчик в режим вычитания. При этом аналогично импульсы с выхода датчика Д1, хотя и будут поступать на суммирующий вход счётчика, но не смогут оказывать никакого влияния на подсчёт импульсов по вычитающему входу.
Таким образом, начинается обратный отсчёт импульсов от
Пусть на какой-то момент времени, на вычитающий вход поступило импульсов. Тогда на этот момент высота уровня жидкости Н2 в резервуаре будет следующей:
Н2 = К ■ ( ^ - N-2 )
Если далее вновь произойдет залив жидкости, то счётчик импульсов будет суммировать импульсы только с выхода датчика Д1 с импульсами, которые на тот момент сохранились в памяти.
Если далее начнётся слив жидкости, то счётчик СЧ будет производить счёт по вычитающему входу, т.е. будет вычитать импульсы, поступающие только с выхода датчика Д2, от суммы импульсов, которая сохранилась в памяти на тот момент. Далее измеритель работает аналогично.
Перемещение поплавка на величину, равную периоду скрутки Х0 приводит к изменению выходного сигнала на один период и соответствует одной единице счётного устройства. Поэтому можем считать, что величина Х0 равна абсолютной погрешности измерения уровня: А = Х0.
В свою очередь значение данной погрешности будет влиять на точность определения объёма или веса контролируемой жидкости.
Из принципа работы измерителя следует, что точность измерения можно получить достаточно высокой, делая шаг скрутки как можно меньше. Несложные расчёты и рассуждения показывают, что шаг Х0 можно довести до нескольких миллиметров, что зависит от диаметра изоляции провода, из которого изготавливается измерительная линейка, и задаваемой точностью.
Таким образом, основными достоинствами данного поплавкового измерителя уровня жидкости является простота реализации и высокая точность измерения уровня жидкости.
Однако, не смотря на отмеченные достоинства, измеритель имеет и недостаток - измеряет уровень только той жидкости, у которой поверхность неподвижна.
Горизонтальное движение резервуара с жидкостью (например, железнодорожной цистерны) с переменной скоростью (при ускорении или торможении) приводит к перемещению объёма жидкости. Это сопровождается возникновением волнового движения на её поверхности. При изменении угла наклона поверхности жидкости, её колебаниях и появлении волн на поверхности поплавок также будет произвольно перемещаться вверх-вниз и измеритель будет работать с большой погрешностью, причём, чем сильнее колебания жидкости, тем будет больше погрешность работы измерителя.
Для исключения отмеченного недостатка предлагается чувствительный элемент и измерительный блок устанавливать внутри вертикальной демпфирующей трубы 6, жёстко закреплённой в перемещаемом резервуаре кронштейном 7 и имеющей в нижней части отверстия для захода и выхода жидкости (рис. 2). На рис. 2 цифровые обозначения элементов измерителя остались прежними.
Волнистой линией показано волнение на поверхности жидкости в резервуаре, однако, не смотря на это, внутри демпфирующей трубы поверхность жидкости остаётся стабильной. Это связано с тем, что основное функциональное назначение трубы с отверстиями внизу в предлагаемом измерителе состоит в демпфировании в ней колебаний столба жидкости. Согласно [7, с. 91-93], движение жидкости в трубе можно рассматривать как колебательную систему с одной степенью свободы, совершающую вынужденные колебания с частотой волнового процесса в перемещающемся резервуаре. Вязкое трение в трубе и наличие отверстий внизу трубы обеспечивают демпфирование жидкости.
Собственная частота демпфированной системы, которой является труба с поплавком, равна:
где Ид - угловая частота колебаний жидкости в демпфированной трубе;
и0 - угловая частота свободных колебаний столба жидкости в трубе;
£ - коэффициент демпфирования, зависящий от вязкости жидкости и размеров отверстий внизу трубы.
Угловая частота и, измеряемая в рад/с, связана с циклической частотой /, измеряемой в герцах (Гц), следующим образом:
и = 2п/ или / = и/2п
Практический опыт показывает, что демпфирование за счёт вязкости жидкости может понизить частоту колебаний столба жидкости в трубе более чем в два раза.
Согласно [7, с. 91-93], частота свободных колебаний столба жидкости высотой к в трубе, сообщающейся с резервуаром, может быть найдена по формуле:
где g - ускорение свободного падения.
Из формулы видно, что частота свободных колебаний столба жидкости в трубе зависит
Рис. 2. Конструктивное исполнение предлагаемого измерителя уровня жидкости
от высоты её столба. Чем больше высота к, тем ниже частота /0, а значит, и ниже угловая частота ыд, что следует из (1). Как показывает расчёт, для столба жидкости высотой всего 1 м в поле сил гравитации Земли ^ = 10 м/с2) /0« 0,5 Гц.
Как указывалось выше, за счёт демпфирования возможно понижение частоты f = Ыд/2л в несколько раз по сравнению с /0. Если принять кратность уменьшения частоты равным 3, то íд ~ 0,17 Гц. Для большей высоты столба жидкости к (в цистернах, танках) понижение частоты ^ будет существенно сильнее.
Обычно частота колебаний поверхности жидкости в резервуарах /ВЫН , создающей вынуждающую силу, равна примерно 1 Гц. Следовательно, /д<< /ВЫН, т.е. собственная частота колебаний столба жидкости в демпфирующей трубе намного меньше частоты вынуждающих колебаний жидкости в резервуаре (1 Гц). В связи с этим, колебания жидкости в трубе не успевают за колебаниями жидкости в резервуаре, и она (жидкость) остаётся спокойной. Что и обеспечивает положительный эффект.
Таким образом, в целях минимизации экономических рисков авторами в данной статье предложено техническое решение высокоточного и относительно несложного поплавкового измерителя уровня жидкостей, вес которых необходимо знать при их ТК. Измеритель может производить точные измерения уровня не только неподвижной поверхности жидкости, но и при её перемещениях в резервуарах большой ёмкости, т.е. когда её поверхность нестабильна. Кроме того, измеритель может представлять информацию в цифровом виде в режиме реального времени практически на любые расстояния. Наконец, предлагаемый измеритель может
применяться при создании пунктов пропуска с искусственным интеллектом с минимальным участием человека-оператора в таможенном контроле соответствующих товаров.
Библиографический список:
1. ФТС России: данные таможенной статистики внешней торговли Российской Федерации. Итоги внешней торговли со всеми странами за 2020 - январь 2021 гг. URL: https://customs.gov.ru/statistic/ vneshn-torg/vneshn-torg-countries (дата обращения: 14.04.2021).
2. Приказ ФТС России от 30.01.2012 № 162 «Об особенностях осуществления таможенного контроля нефти, перемещаемой через таможенную границу Таможенного союза трубопроводным транспортом» // СПС «КонсультантПлюс».
3. Распоряжение Правительства Российской Федерации от 23.05.2020 № 1388-р «Стратегия развития таможенной службы Российской Федерации до 2030 года» // СПС «КонсультантПлюс».
4. Датчики уровня жидкости. Официальный сайт РусАвтоматизация. Эксперт в датчиках уровня. URL: https://rusautomation.ru/datchiki_urovnya/datchiki-urovnya-zhidkosti (дата обращения: 30.03.2021).
5. Справочник инженера по контрольно-измерительным приборам и автоматике. Под ред. А.В. Калини-ченко. М: Инфра-Инженерия. 2008. 576 с.
6. Вербов В.Ф., Сукиязов А.Г., Просянников Б.Н. Поплавковый измеритель уровня жидкости. Патент Российской Федерации на изобретение № 2683139. 2019.
7. Вибрации в технике: Справочник в 6-ти томах. М.: Машиностроение. Т. 1. Колебания линейных систем / под ред. В.В. Болотина. 1978. 352 с.
