датчик контроля и сигнализации границы раздела сред нефтепродукт-вода

Формула изобретения

1. Датчик контроля и сигнализации границы раздела сред нефтепродукт-вода, содержащий фланец с отверстиями для крепления, над которым крепится крышка с помощью шпильки и гайки, три электрода со стаканами, заполненными чистой водой и размещенными на их нижних концах, при этом короткий электрод верхнего уровня и длинный электрод нижнего уровней закреплены во фланце посредством сальников-изоляторов, третий - общий электрод - выполнен той же длины, что и электрод нижнего уровня, защитный экран в виде короткой трубы, соединенный в верхней части с фланцем, причем электроды со стаканами размещены внутри экрана, имеющего в верхней части диафрагменное кольцо с отверстиями, совпадающими с отверстиями на трубе экрана, установленное с возможностью поворота для изменения проходного сечения отверстий с образованием компенсатора качки, отличающийся тем, что третий электрод также крепится во фланце с помощью сальника-изолятора, при этом стакан электрода верхнего уровня и стакан электрода нижнего уровня снаружи покрыты диэлектрической изоляцией, все стаканы крепятся к электродам с помощью резьбы, стопорятся контргайками и фиксируются в экране с помощью одной или нескольких распорок из диэлектрического материала, причем на нижнем торце экрана установлена крупноячеистая защитная сетка.

2. Датчик по п.1, отличающийся тем, что электроды со стаканами с чистой водой совместно с электронной частью образуют колебательный контур, входящий в резонанс при наличии электропроводной среды (воды) между электродами и приводящий к срыву резонанса при наличии диэлектрической среды (нефтепродукта).

Описание изобретения к патенту

Изобретение относиться к контрольно-измерительной технике и предназначено для сигнализации и контроля верхнего и нижнего положения границы раздела сред нефтепродукт-вода, выработки управляющего сигнала и выдачи его в систему автоматического управления нефтеводяных сепарационных установок и в других случаях, например для контроля границы раздела вода-воздух.

Известны контактные датчики уровня, принцип действия которых основан на замыкании электрической цепи при погружении электродов датчика в контролируемую жидкость.

Известно устройство контроля, содержащее электрод со стаканом в нижней части, заполненный чистой водой, изолятор электрода, а в качестве второго электрода используется корпус емкости, в которой находится контролируемая нефтеводяная среда (СССР, а.с. №1442837, кл. G01F 23/24).

Наиболее близким к предлагаемой конструкции является устройство контроля и сигнализации положения границы сред нефтепродукт-вода (Евразийский патент №001683 от 28.03.2001 г., кл. G01F 23/24).

Указанная конструкция содержит фланец с сальниками-изоляторами, электроды со стаканами, покрытыми снаружи изоляцией, заполненными чистой водой и размещенными в защитном экране с диафрагменным кольцом, систему очистки электродов, выполненную в виде одной или нескольких вертикальных трубок с отверстиями по всей длине, нижний торец которых выполнен зубчатым и установлен на конусный отбойник-отражатель, расположенный в нижнем торце трубы экрана, а верхний соединен с подводящим радиальным каналом, выполненным во фланце, и снабженный пропускным клапаном. Электроды выполнены разными по длине и верхним концом закреплены посредством сальников-изоляторов во фланце, а один из электродов, являющийся общим и соединенный с фланцем без изолятора, снабжен дополнительным стаканом с чистой водой, смонтированным на уровне стакана короткого электрода.

Данная конструкция обладает рядом недостатков, к которым относятся:

1. Сложность, громоздкость и неудовлетворительная эффективность системы очистки электродов от нефтепродуктов, отложения солей, механических частиц;

2. Пропускной клапан требует тщательной притирки и, как правило, не обеспечивает герметичности;

3. При большой длине электродов под воздействием вибрации и качки расстояние между электродами меняется, что приводит к изменению сопротивления электропроводной среды и, как следствие, к ложным срабатываниям устройства;

4. Стаканы соединяются с электродами с помощью резьбы, а для их стопорения используются шайбы Гровера. В морской воде шайбы разрушаются и стаканы при вибрации самопроизвольно откручиваются с электродов;

5. Общий электрод, имеющий два стакана, относительно сложен в изготовлении, а второй верхний стакан не требуется;

6. При изменении солености воды между электродами со стаканами изменяется величина тока между электродами, а это приводит к нестабильности срабатывания устройства;

7. При нагреве контролируемой среды удельная электропроводность изменяется, что приводит к ложным срабатываниям устройства.

Цель изобретения - улучшение конструкции, повышение надежности и устранение отмеченных недостатков.

Поставленная цель достигается тем, что датчик содержит фланец с отверстиями по периметру для крепления его к горловине резервуара или сепаратора, над которым крепится крышка с помощью шпильки и гайки, три электрода со стаканами, заполненными чистой водой и размещенными на их нижних концах, при этом короткий электрод верхнего уровня и длинный электрод нижнего уровня закреплены во фланце посредством сальников-изоляторов, третий - общий электрод - выполнен той же длины, что и электрод нижнего уровня, защитный экран в виде короткой трубы, соединенный в верхней части с фланцем, причем электроды со стаканами размещены внутри экрана, имеющего в верхней части диафрагменное кольцо с отверстиями, совпадающими с отверстиями на трубе экрана, установленное с возможностью поворота для изменения проходного сечения отверстий с образованием компенсатора качки, причем третий электрод также крепится во фланце с помощью сальника-изолятора, при этом стакан электрода верхнего уровня и стакан электрода нижнего уровня снаружи покрыты диэлектрической изоляцией, все стаканы крепятся к электродам с помощью резьбы, стопорятся контргайками и фиксируются в экране с помощью одной или нескольких распорок из диэлектрического материала, причем на нижнем торце экрана установлена крупноячеистая защитная сетка. Кроме того, электроды со стаканами с чистой водой совместно с электронной частью образуют колебательный контур, входящий в резонанс при наличии электропроводной среды (воды) между электродами и приводящий к срыву резонанса при наличии диэлектрической среды (нефтепродукта).

Отверстия экрана и диафрагменного кольца обеспечивают свободное переливание нефтеводяной среды и перекрываются диафрагменным кольцом при его повороте до 95% от полного проходного сечения, в результате экран с отверстиями и диафрагменное кольцо с отверстиями образуют компенсатор ложных срабатываний при качке корабля с одновременной защитой электродов со стаканами от механических частиц, вязких и липких нефтяных конкреций.

Для предотвращения самопроизвольного откручивания стаканов с электродов при вибрации предусмотрены контргайки, а для более точной фиксации верхней и нижней границы раздела сред нефтепродукт-вода стаканы верхнего (короткий электрод) и нижнего положения (длинный электрод) снаружи покрыты диэлектрической изоляцией, а стакан общего (длинного) электрода такого покрытия не имеет.

Электроды в верхней части крепятся во фланце с помощью сальников-изоляторов, обеспечивая тем самым герметичность и диэлектрическую развязку между электродами и фланцем.

Для предотвращения колебаний электродов со стаканами при вибрации и качке корабля предусмотрена одна или несколько распорок из диэлектрического материала.

На чертеже представлена конструкция датчика. Датчик содержит фланец 1 с отверстиями 2 по периметру для крепления в вертикальном положении к горловине сепаратора или резервуара, сальники-изоляторы электродов 3, диафрагменное кольцо 4 с отверстиями 5, защитный экран 6, представляющий собой открытую в нижней части трубу с защитной крупноячеистой сеткой 9, соединенную винтами в верхней части с фланцем 1, стаканы 10 с диэлектрической изоляцией 11, электроды 12, клеммы электродов 13, крышку 14, шпильку с гайкой 15. Электроды 12 верхними концами крепятся во фланце 1 посредством сальников-изоляторов 3, переходя над фланцем в клеммы 13, а на нижних концах электродов с помощью резьбы крепятся стаканы 10, стопорящиеся от самопроизвольного откручивания контргайками 7. Стаканы 10 электродов верхнего и нижнего уровней покрыты диэлектрической изоляцией 11, а стакан общего электрода диэлектрической изоляции не имеет. С целью исключения раскачивания при вибрации и качке корабля электроды закреплены одним или несколькими упорами 8. Клеммы 13 электродов 12 защищены от посторонних предметов клеммной крышкой, издерживаемой шпилькой с гайкой 15.

В основу работы датчика положена удельная электропроводность воды с образованием совместно с электронной частью резонансного колебательного контура, при наличии воды между электродами со стаканами.

Работает датчик следующим образом. Перед началом работы стаканы 10 электродов 12 заполняются чистой водой, датчик в вертикальном положении с помощью фланца 1 закрепляется на горловине сепаратора или резервуара, в котором находится контролируемая нефтеводяная среда, а на клеммы 13 подается ток с определенной частатой и напряжением.

При заполнении сепаратора или резервуара нефтеводяной средой нижняя часть датчика до фланца также заполняется средой, а при последующем разделении среды на воду и нефтепродукт пространство между электродами 12 со стаканами 10 заполняется то водой, то нефтепродуктом. В нефтеводяной среде в стаканах 10 всегда находится чистая вода, предотвращая загрязнение внутренней поверхности стакана и части электрода в нем, а при подъеме границы раздела фаз нефтепродукт-вода зеркало стаканов освобождается от нефтепродукта. При заполнении пространства между электродами 12 со стаканами 10 водой электрическая цепь замыкается, колебательный контур, образованный электродами и электронной частью датчика, входит в резонанс, по цепи начинает течь максимальный ток и срабатывает соответствующий исполнительный элемент. По мере опускания границы разделела фаз нефтепродукт-вода нефтепродукт покрывает зеркало стаканов 10 (сначало верхнего, а затем нижних) и электрическая цепь разрывается, в колебательном контуре резонанс прекращается, ток в электрических цепях контура снижается до 0 и наоборот. В колебательном контуре переменной величиной, в основном, является сопротивление среды между электродами со стаканами, то снижаясь до очень малых величин при наличии воды, то увеличиваясь до очень большой величины (почти до бесконечности) при наличии нефтепродукта.

При качке корабля и размещенных в нем сепаратора или цистерны с датчиком «линза» отделенного от воды нефтепродукта в них, стремясь занять горизонтальное положение, будет синхронно качаться, перемещаясь в вертикальной плоскости с определенной амплитудой и периодом, зависящим от силы качки, а нефтепродукт во внутренней полости экрана 6 датчика будет синхронно повторять перемещение основной «линзы» нефтепродукта, перемещаясь из внутренней или во внутреннюю полость экрана через отверстия 5 экрана 6 и диафрагменного кольца 4, совместно образующих компенсатор ложных срабатываний датчика при качке корабля. Компенсация ложных срабатываний датчика при качке корабля происходит за счет дросселирования нефтепродукта при его перетекания через регулируемое проходное сечение отверстий 5 в экране 6 и диафрагменном кольце 4 при его заблоговременном развороте и стопорении винтом. Разворотом диафрагменного кольца 4, исходя из вязкости нефтепродукта, опытным путем подбирают такое проходное сечение отверстий 5, что время перетекания нефтепродукта из полости экрана 6 датчика в «линзу» и наоборот значительно отстает от времени перемещения основной «линзы» нефтепродукта в сепараторе или цистерне, а амплитуда колебаний нефтепродукта в полости экрана 6 значительно меньше амплитуды колебаний «линзы» нефтепродукта в сепараторе или цистерне, что приводит к уменьшению ложных срабатываний датчика.

Изобретение обеспечивает четкий, надежный контроль положения границы раздела фаз нефтепродукт-вода при качке корабля до ±45° периодом 2...9 с и при изменении температуры контролируемой среды.