Устройство для контроля над сливом нефтесодержащих вод с танкеров (его варианты)

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК А 1 5 Р 11/00 ЕН ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ИСАНИЕ ИЗ КОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Научно-исследовательский институт автоматизации производственных процессов в промышленности(56) Система контроля над сливом нефтесодержащих вод с танкеров ОТМ - 17 Х. Проспект фирмы ра 6 сос 1 Вгз(о 1.(с), 1982,328871.Проспект Яа 1 исо 01 Соп 1 еп 1 Моп 11(ог фирмы Яа 1 и цпс %1 сапсег, Швеция, 1982. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ НАД СЛИВОМ НЕФТЕСОДЕРЖАЩИХ ВОД С ТАНКЕРОВ (ЕГО ВАРИАНТЫ)(57) Изобретение относится к области охраны окружающей среды, конкретнее к проблемам предотвращения загрязнения моря нефтью с танкеров и приравненных к ним нефтеналивных судов в процессе перевозок нефти. Целью изобретения является повышение точности устройства за счет компенсации времени срабатывания устройства. Цель изобреЯО 1229733 тения по первому варианту достигается тем,. что в устройство, содержащее пробоотборник, расположенный на сливном трубопроводе, пробоотборный трубопровод с расположенными на нем пробоотборным клапаном и насосом, датчик концентрации нефтеводяной смеси, установленный на выходе пробоотборного трубопровода, блок контроля предельных значений нефтесодержания и блок управления пробоотборным клапаном и слив- ными клапанами, расположенными на сливном трубопроводе, введены первый пороговый блок, интегратор, блок памяти, сумматор, делитель, квадратор, первый блок умножения, блок выбора максимума, задатчик, второй блок умножения, блок вычитания и второй пороговый блок. По второму варианту цель достигается тем, что в устройство введены первый пороговый блок, интегратор, первый блок памяти, первый сумматор, делитель, квадратор, первый блок умножения, второй сумматор, блок выбора максимума, задатчик, второй блок умножения, первый блок вычитания, фильтр, второй блок вычитания, второй пороговый блок, второй блок памяти, третий блок вычитания и третий пороговый блок. 2 с.п.ф-лы, 4 ил.Изобретение относится к охране окружак- цьеи среды, конкретнее к проблеме предотврапгения загрязнения моря нефтью с танкеров и приравненных к цим нефтеналивных судов в процессе перевозок нефти.Нс фтецаливцые и приравненные к пим сугса с сслью уменьшения загрязнения моря цсфгью, солержащейся в сливаемых балластных и промывочных водах, оборудуются системами автоматического контроля цад сливом таких вод. Слив нефтесодержащих бал ластных и промывочных вод должен автоматически прекращаться как только 1(онтролируемые параметры нефтесодержания, вычисляемые с учетом концентрации нефти в сливаемой воде, превысят установленные ИМО пределы, при этом остатки нефтесодержагцих вод направляются в отстойные танки.Цель изобретения - повышение точно.ти устройства за счет компенсации времени срабатывания устройства.На фиг. 1 представлена блок-схема устройства по первому варианту", на фиг. 2 то же, по второму вариацту; ца фиг. 3 фуц ционалгнгая схема блока контроля пред(",. цых значений нефтесолержания; на фиг.функциональная схема блока управленц з,.боотборцым и сливными клапанами. 25Устройство для контроля над сливом неф тесодержащих вод с танкеров по первому варианту (фиг. 1) содержит пробоотборник 1 и сливные клапаны 2 и 3, установлеццыс на сливном трубопроводе, цробоотборный клапан 4 и пробоотборный насос 5, установленные на пробоотборном трубопроводе, датчик 6 концентрации нефтеволяной смеси, пороговые блоки 7 и 8, интегратор 9, залатчик 10 корректирующей уставки, блок 11 памяти, бло(и 12 и 13 умножения, сумматор 14, блок 15 вычитания, делитель 6, квадратор 17, блок 18 выбора максимума, блок 19 контроля предельных значений нефтесодерка гния и блок 20 управления пробоотборным и слив- ными клапанами.Устройство для контроля нал сливом гефтесодержащих вод с танкеров по второму варианту (см. фиг. 2) содержи г пробоотборцик 1 и сливные клапаны 2 и 3. установленные на сливном трубопроводе, пробоотборный клапан 4 и цробоотборный насос 5, установленные на пробоотборном трубопроводе, латчик 45 6 концентрации нефтеводяной смеси, пороговые блоки 7 - 9, интегратор О, задатчик 11 корректирующей установки, блоки 12 и 13 памяти, блоки 14 и 15 уможения, сумматоры 16 и 17, блоки 18 20 вычитания, делитель 21, квадратор 22, блок 23 выбора максимума, блок 24 контроля предельных значений цефтесодержация, блок 25 уцравлеция пробоотборным и сливными клапанами и фильтр 6Слив нефтесодержащих балластных и промывочных вол (НСВ) с танкеров разрешен только в том случае, когда мгновенная интенсивность слива нефти не превышает 60 л на милю пройденного пути, а обгцес количество слитой за балластный рейс нефтине превышае 1 предела К, определяемого поколичеству перевезенного в прелылугцем рейсе груза, из которого образуется сливаемыйостаток, с учетом гола постройки танкераи сроком оборудования его системой контроля нефтесодержация.Текущие значения мгговенцой интенсивности слива нефти Е и количества слитойнефти рассчитывактся по формуламСЯЕ=тс5= ) С(й,гле С - концентрация нефти в сливаемыхНСВ;Я - расхо с сливаемых НСВ;1 - скор(сть судна;Т - время, в течение которого производится контролируемый слив НСВ.Блок контроля предельных значенийцсфтесодержания в составе предлагаемогоусройства предназначен для автоматического вычисления контролируемых параметров цефтесодержания -- мгновенной интенсивности слива Е и общего количестваслг;той цес 1 ти , и выработки сипгала на прекращение слива НСВ за борт в случае превышения этими параметрами установленныхпределов. Блок контроля состоит из блока27 умножения, интегратора 28, делителя 29,пороговых блоков 30 и 3 и элемента ИЛИ 32(фиг. 3).Блок управления пробоотборным и сливцыми клапанами состоит из гидрораспределителя 33, гилроцилицдров 34 и 35, пневмораспрелелителя 36 и цневмоцилинлра 37(фиг. 4) К гидрораспределителю подключены напорная масляная магистраль и выходблока контроля. Гидрорасцределитель соединен гидравлическими магистралями с гидропилиндрами 34 и 35, штоки которых механически связаны с затворами сливныхклапанов 2 и 3. К пневмораспределителю:голклкчецы пневмомагистраль и выход блока контроля. Пневмораспределитель соединен цневмомагистралью с пцевмоцилинлром,цггок которого механически связан с затвором проб(отборного клапана 4.Устройство по первому варианту работаетследуюгцим образом.Г 1 ри проведении слива по сливному трубопроводу проба цефтесолержащей водычерез гробоотборник 1, цробоотборный клапан 4 и пробоотборный трубопровод подаетсяпробоотборным насосом 5 ца вход датчика6 концентрации. В течение большей частивремени слива концентрация нефти в сливаемои воде постоянна и имеет малое значение,поэтому влияние времени срабатывания устройства ца точггость измерения цезначительцо. Интегратор 9 в этот период не запупсец и сигал нулевого уровня с его выхолачерез блоки 11, 14, 15, 16 17 и 12 подается на один вход блока 18 выбора максимума. Поскольку на другой вход блока 18 поступает отличный от нуля сигнал о концентрации от датчика 6 концентрации, этот сигнал через блок 18 поступает на вход блока 19 контроля предельных значений нефтесодержания. Содержание нефти в сливаемых водах в этот период незначительно, поэтому сливной клапан 3 открыт, а 2 закрыт, т, е, слив нефтесодержащих вод производится в море.В заключительный период слива концентрация быстро возрастает, при этом разница между значением концентрации в сливном трубопроводе и сигналом о концентрации на выходе датчика концентрации зависит от скорости изменения концентрации и инерционности датчика и пробоотборного оборудования. Процесс изменения концентрации нефти С(1) в конечный период слива можно представить соотношением:с ц - , - ,-" -- ,(3) вий формулы (3) этом выражении да после преобрас использованием выражение лля Анализ нача показывает, что должен быть ис зований соотно (3) получаем параметров А: льных усл знак+ ключен. То щения (2) следу юще А Практически определитно зафиксировав момент 1центрацией значения С 2: араметр А можостижения кон= С(12) = КС где а -- параметр, характеризующий скорость нарастания концентрации (чем а больше, тем плавнее нарастает скорость);1 - параметр, определяющий моментзахвата приемным устройством сливного трубопровода слоя отстоявшейся нефти.Эти параметры могут быть выражены через входной сигнал С(1) и через его интеграл, причем операция интегрирования позволяет отфильтровать флюктуации концентрации. Приняв за начало отсчета времени точку 1=0, имеемС(1) =1 --- -Ю= - А . (2)оИспользуя соотношение (1), совместно с его начальными условиями при 1=0, получаем выражение для параметра 1;с(,)= с, - +;Исследованиями установлено, что достаточная степень сглаживания флюктуаций концентрации достигается йри значении К= 3. Тогла пз формулы (4) следует выражение лля А: 5 12а А= 1,37 С(12) 1,37с 11, (5)(1 - 1)2Используя выражения (2) и (5), получа- О ем слелуюгцие соотношения лля параметров формулы (1):(6 а)Сигнал С(1) на входе устройства в точке отбора пробы может быть восстановлен по сигналу С(1) на выходе концентратомера 20 согласно соотношению:(7) Г(1) = С(1+ 0), гле 0 - задержка срабатывания устройства, включающая задержку пробы в 25 пробоотборном оборудовании и время срабатывания датчика концентрации. Сюда могут быть включены время закрытия сливных клапанов, а также задержка срабатывания блоков 18 и 19.Используя соотношения (1), (6) и (7), получаем откорректированное с учетом величины Н значение концентрации 35Устройство начинает работать с момент времени 1 ь когда уровень сигнала о концентрации нефти в сливаемой воде на выходе датчика концентрации достигает значения Сь В 40 этот момент срабатывает пороговый блок 7, который запускает интегратор 9. Продолжая возрастать, сигнал концентрации лостигаст уровня С., в этот момент (1.) срабатывает пороговый блок 8, благодаря чему в блоке 1 фиксируется вычисленное согласно формуле (5) значение А. Это значание суммирустся с выходным сигналом интегратора и полается на вход делимое делителя 16. Одновременно посредством блока 15 вычитания формируется сигнал, полаваемый на вход Дели тель делителя 16. Залатчиком 10 корректирующей уставки устанавливается значение й, соответствующее задержке срабатывания устройства формула (8). В соответствии с формулой (8) квалратором 17 и блоком 12 выполняются дальнейшие преобразования, 55 необходимые Лля расчета величины С(1). Поскольку концентрация нефти в этот период быстро возрастает, выполняется усло(1 а) С = С(г) -- Со 5вие С(1) ) С(1). Поэтому на вход блока контроля предельных значений нефтесодержания через блок выбора максимума поступает откорректированный сигнал о концентрации С (г), не искаженный влиянием задержки срабатывания устройства и соответствующий значению концентрации в точке, отбора пробы. Благодаря этому слив нефте- содержащей волы будет прекращен по сигналам от блока 19 посредством сливных клапанов 2 и 3, управляемых блоком 20 управления, как только контролируемые характеристики нефтесодержания в точке отбора пробы превысит установленные пределы.Работа устройства по второму варианту основана ца представлении процесса изменения концентрации нефти в конечный период слива соотношением: 20Сигнал от датчика 6 поступает на вхол фильтра 26 с достаточно болыпой постоянной времени ( - 120 с). В период слива основ. ного объема цефтесодержагцей воды с медленно меняющимся во времени низким уровнем концентрации нефти сигнал на выходе 25 фильтра незначительно отличается от входного. Поэтому уровень сигнала на выходе блока 19 вычитания близок к нулевому, пороговый блок не срабатывает и блок 13 памяти пропускает выходной сигнал фильтра 26 ца вход блока 20 вычитания, выходнои сигнал которого также близок к- нулевому. При этом, как и в первом варианте устройства, интегратор 10 не запускается и на вход сумматора 17 с выхода блока4 умножения поступает сигнал нулевого уровня, ца дру- -, гой вход сумматора 7 с выхода блока 13 памяти поступает осрелнеццый фильтром 26 сигнал о концентрации. Таким образом, ца входы блока 23 поступают осреднеццый сигнал о концентрации с выхода сумматора 17 и сигнал непосредственно с выхода дат чика 6 концентрации, наибольший из них (безразлично какой, поскольку они близки по уровню) проходит на вход блока 24 контроля предельных значений нефтесодержация.В заключительный период слива концентрация начинает быстро возрастать, при этом сигнал, снимаемый с выхода датчика 6 концентрации, задерживается фильтром 26, благодаря чему возрастает сигнал на выходе блока 19. При определенном уровне этого сигнала Сз срабатывает пороговый блок 8 и блок 13 памяти фиксирует начальный уровень сигнала С,. На выходе блока 20 формируется сигнал 55 который блоками 7, 9, 12, 15, 16, 18, 21, 22 и 14 используется как входной для формирования сигнала С (г) аггалогично тому, как это обеспечивается в первом варианте устройства. Окончательно выходной сигнал С(г) формируется в сумматоре 17 по формуле после чего через блок 23 он поступает на вход блока 24 и далее снова аналогично первому варианту.Блок контроля работает следующим образом.В период слива НСВ ца входы блока умножения поступают сигналы о концентрации нефти от блока выбора максимума и о расходе сливаемых НСВ от датчика расхода, а на вход Делитель делителя сигнал о скорости судна от судового лага. Эти сигналы обрабатываются блоками 27 - 29 в соответствии с формулами (1) и (2), причем на выходе интегратора формируется сигнал об общем количестве слитой нефти, а ца выходе делителя - сигнал о мгновенной интенсивности слива нефти. Уровень срабатывания порогового блока 30 соответствует ограничению ца общее количество слитой нефти, уровень срабатывания порогового блока 31 - ограничению на мгновенную интенсивность слива нефти. Таким образом, как только один или оба контролируемых параметра превысят установленные пределы, сработают пороговый блок 30 и элемент ИЛИ 32 и через элемент ИЛИ на вход блока управления поступит команда на прекращение слива НСВ за борт.Блок управления работает следующим образом.При наличии на выходе блока контроля сигнала, разрешающего слив НСВ за борт, гидрораспрелелитель подает рабочее масло под давлением к полостям гилроцилиндров 34 и 35, вследствие чего штоком гидроцилиндра 34 открывается клапан 3, пропускающий НСВ за борт, а штоком гилроцилиндрра 35 закрывается клапан 2, перекрывая трубопровод, ведущий к отстойному танку. Олцовремецгго пцевмораспределитель подает сжтый воздух к пневмоцилицдру, штоком которого открывается пробоотборный клапан 4, вследствии .чего проба НСВ поступает ца вход датчика концентрации.1 о запрещающему забортцый слив НСВ сигналу от блока контроля гидрораспределитель снимает давление рабочего масла с полостей и полает его ца полости гидроцилиндров 34 и 35, вследствие чего перекрывается клапан 3, прекращая слив НСВ за борт, и открывается клапан 2, направляя НСВ с недопустимо высокими параметрами нефте. содержания в отстойный танк. Одновременно пцевмораспределителем снимается питание с пневмоцилиндра, шток которого, перемещаясь под действием пружины, перекрывает пробоотборцый клапан, предотвращая попадание в датчик концентрации НСВ с высоким содержанием нефти и тем са 1229733мым исключая необходимость проведения трудоемких операций по промывке датчика и пробоотборных линий.Устройство по первому варианту обеспечивает требуемую точность измерения концентрации нефти в сливаемой воде (в пределах погрешности датчика концентрации + 20 О") если концентрация имеет малый начальный (фоновый) уровень. Такую концентрацю имеет хорошо остстоявшаяся вода в балластных танках. ОУстройство по второму варианту позволяет получить требуемую точность измерения и при повышенном уровне начальной концентрации, когда нет возможности дать воде достаточно отстояться, либо когда из отстойного танка производится слив сильно загрязненной нефтью воды. Таким образом, точность устройства по второму варианту за счет его усложнения в меньшей степени зависит от технологии проведения слива нефте- содержащих вод по сравнению с первым ва- С риантом устройства.Формула изобретения1. Устройство для контроля над сливом нефтесодержащих вод с танкеров, содержа щее пробоотборник, расположенный на сливном трубопроводе, пробоотборный трубопровод с расположенными на нем пробоотборными клапаном и насосом, датчик концентрации нефтеводяной смеси, установленный на выходе пробоотборного трубопровода,ЗС последовательно соединенные блок контроля предельных значений нефтесодержания и блок управления пробоотборным клапаном и сливными клапанами, расположенными на сливном трубопроводе, отличающееся тем, что, с целью повышения точности устройства, оно содержит последовательно соединенные первый пороговый блок, интегратор, блок памяти, сумматор, делитель, квадратор, первый блок умножения и блок выбора максимума, последовательно соединен С ные задатчик, второй блок умножения и блок вычитания, а также второй пороговый блок, вход которого подключен к выходу датчика концентрации нефтеводяной смеси, к входу первого порогового блока, к второму входу блока выбора максимума, к второму 45 входу второго блока умножения, к второму входу интегратора и к второму входу первого блока умножения, а выход - к второму входу блока памяти, выход блока выбора максимума соединен с входом блока контроля предельных значений нефтесодержания, выход второго блока умножения подключен к второму входу блока вычитания, соединенного вторым входом с выходом сумматора, а выходом - с вторым выходом делителя, выход интегратора подключен к второму входу сумматора.2. Устройство для контроля над сливом нефтесодержащих вод с танкеров, содержащее пробоотборник, расположенный на сливном трубопроводе, пробоотборный трубопровод с расположенными на нем пробоотборными клапаном и насосом, датчик концентрации нефтеводяной смеси, установленный на выходе пробоотборного трубопровода, последовательно соедиенные блок контроля предельных значений нефтесодержания и блок управления пробоотборным клапаном и сливными клапанами, расположенными на спивном трубопроводе, отличающееся тем, что, с целью повышения точности устройства, оно содержит последовательно соединенные первый пороговый блок, интегратор, первый блок памяти, первый сумматор, делитель, квадратор, первый блок умножения, второй сумматор и блок выбора максимума, последовательно соединенные задатчик, второй блок умножения и первый блок вычитания, последовательно соединенные фильтр, второй блок вычитания, второй пороговый блок, второй блок памяти и третий блок вычитания, а также третий пороговый блок, вход которого подключен к входу первого порогового блока, к второму входу интегратора, к выходу третьего блока вычитания, к второму входу второго блока умножения и второму входу первого блока умножения, а выход - к второму входу блока памяти, второй вход третьего блока вычитания соединен с выходом датчика концентрации нефтеводяной смеси, с вторым входом второго блока вычитания, с входом фильтра и с вторым входом блока выбора максимума, второй вход второго сумматора подключен к выходу второго блока памяти, выход блока выбора максимума подключен к входу блока контроля предельных значений нефтесодержания, второй вход первого блока вычитания соединен с выходом первого сумматора, а выход - с вторым входом делителя, а второй вход первого сумматора подключен к выходу интегратора.Государственного ко елам изобретений и сква, Ж - 35, Раушск Патент, г. Ужгород Редактор Н. Гульк(Заказ 222847 Составитель,Текред И Берег Тираж 836 аллаговакорректор М. 11 аронаПодписноекитета СССРоткрытийая наб., д. 45ул Проектная, 4