Системы измерительные СТРУНА+

Назначение

Системы измерительные "СТРУНА+" (далее - системы) предназначены для непрерывных измерений уровня, температуры, плотности, массы и объёма светлых нефтепродуктов (далее - НП), сжиженных углеводородных газов(далее - СУГ) с учётом массы паровой фазы и других взрывоопасных, агрессивных и пищевых жидкостей, для измерений уровня или сигнализации наличия подтоварной воды в резервуарах, измерений объёмной доли горючих паров, газов (пары НП, СУГ и др.) и метана (кроме рудничного газа) в атмосфере

промышленной зоны, избыточного давления в резервуарах и трубопроводах, контроля утечек.

Описание

Системы состоят из измерительных каналов уровня, плотности, температуры, массы, объема продукта, избыточного давления, уровня подтоварной воды, объёмной доли горючих паров, газов и метана.

В качестве измерительных компонентов систем применяют:

- первичные преобразователи параметров ППП;

- датчики уровня и температуры ДУТ;

- датчики давления ДД1;

- датчики загазованности оптические ДЗО (Госреестр №57765-14).

В качестве связующих компонентов систем применяют:

- кабельные линии связи;

- конверторы интерфейсов КИ;

- клеммные коробки КК1;

- устройства распределительные УР;

- блок радиомодема БРМ3 .

В качестве вспомогательных компонентов систем применяют:

- блок индикации БИ1;

- блоки управления БУ2;

- программа "АРМ СТРУНА МВИ".

Системы применяют для учётно-расчётных (инвентаризация, хранение, приём, отпуск) и технологических операций в резервуарах автозаправочных станций (далее - АЗС), автогазоза-правочных станций (далее - АГЗС), нефтебаз (далее - НБ), объектов химической и пищевой промышленности(далее - АПЖ) и для градуировки резервуаров(далее - ГР).

В соответствии с областью применения, комплектностью и особенностями монтажа системы выпускаются в вариантах исполнения согласно таблице 1.

Таблица 1 - Варианты исполнения систем

ППП конструктивно выполнены в виде труб (измерительных секций) из нержавеющей стали (от 1 до 8 в зависимости от исполнения ППП), поплавков уровня и плотности, контроллера, расположенного на одной из секций в верхней части (рисунки 1 - 3). В трубах ППП размещены магнитострикционные датчики уровня и плотности, датчики температуры, сигнализаторы уровня подтоварной воды. Контроллер ППП осуществляет первичное преобразование уровня, температуры, плотности продукта и уровня подтоварной воды в цифровой код, вычисление массы и объёма (при загрузке в ППП градуировочных таблиц резервуаров).

Измерения уровня в ППП основаны на измерении времени распространения ультразвуковой волны в металлическом проводнике-волноводе. Генерация ультразвуковой волны происходит по принципу магнитострикции непосредственно в проводнике-волноводе. При изменении напряженности магнитного поля происходит деформация кристаллической структуры проводника-волновода, что создает механическую волну, распространяющуюся с ультразвуковой скоростью. Точка измерений соответствует положению магнитного поля постоянных магнитов, расположенных на подвижном элементе - поплавке, который расположен концентрично относительно герметичной трубы ППП.

Рисунок 1 - ППП             Рисунок 2 - ППП

с поверхностным плотномером    с погружным плотномером

Рисунок 3 -ППП НБ

При взаимодействии кругового магнитного поля, вызванного токовым импульсом в проводнике-волноводе, и поля постоянных магнитов поплавка образуется винтовое магнитное поле и, вследствие эффекта магнитострикции, формируется ультразвуковой импульс, который распространяется в противоположных направлениях по волноводу в виде крутильной волны. Волна, бегущая к верхней части ППП, преобразуется в приёмном устройстве в электрический сигнал и поглощается демпфирующим устройством. Промежуток времени между моментом генерации ультразвукового импульса и его приемом прямо пропорционален измеряемому расстоянию от поплавка до приёмного устройства. На основе измерений времени распространения ультразвука в металлическом проводнике-волноводе рассчитывается уровень продукта. Измеренное значение уровня преобразуется в цифровой код.

ППП. Высокая

Измерения температуры в ППП осуществляются с помощью интегральных кварцевых датчиков температуры, установленных по длине трубы точность измерений температуры достигается за счет индивидуальной градуировки каждого датчика. Датчики непосредственно преобразуют измеряемую температуру в цифровой код.

Дискретность измерений температуры 0,1 °С. На одном ППП в зависимости от варианта исполнения может быть установлено от 2 до 21 датчика температуры.

Измерения плотности в ППП осуществляются двумя вариантами исполнения плотномеров (поверхностным или погружным).

Измерения плотности поверхностным плотномером (рисунок 1) осуществляется с помощью двух поплавков (верхнего и нижнего). Верхний поплавок, являющийся одновременно элементом системы измерений уровня, имеет форму, обеспечивающую минимально возможное погружение или всплытие при изменении плотности жидкости в рабочем диапазоне. Постоянные магниты, встроенные в верхний поплавок, всегда располагаются по вертикали выше магнитов нижнего поплавка. Нижний поплавок имеет конструкцию, обеспечивающую максимально возможное погружение или всплытие при изменении плотности жидкости. Поплавки располагаются концентрично друг относительно друга и вдоль несущей трубы ППП. Изменение рас-

стояния между магнитами, встроенными в поплавки, при изменении плотности жидкости фиксируется, как изменение разности времен прохождения ультразвуковой волны от верхнего и нижнего поплавков до приёмного устройства. По величине этой разности вычисляется плотность жидкости.

Измерения плотности погружным плотномером (рисунки 2 и 3) осуществляются с помощью погруженных в жидкость поплавка и уравновешивающих цепочек. Поплавок располагается концентрично относительно трубы ППП. Внутри поплавка располагаются постоянные магниты. При изменении плотности жидкости изменяется выталкивающая сила, которая уравновешивается силой тяжести в результате изменения длины цепочек, нагружающих поплавок. Величина перемещения поплавка пропорциональна изменению плотности. Измерения перемещения поплавка осуществляются аналогично измерениям уровня. На один ППП в зависимости от варианта исполнения может быть установлено от 1 до 7 погружных плотномеров. Измеренное значение плотности преобразуется в цифровой код.

Принцип измерений уровня подтоварной воды в ППП - магнитострикционный (аналогичен рассмотренному выше при измерении уровня), при этом поплавок уровня подтоварной воды находится на границе раздела сред воды и рабочей жидкости, например, нефтепродукта.

Принцип работы сигнализатора подтоварной воды в ППП кондуктометрический. При достижении уровнем воды порога срабатывания сигнализатора резко уменьшается сопротивление чувствительного элемента, которое преобразуется в соответствующий цифровой код. В зависимости от варианта исполнения ППП сигнализатор может отсутствовать, может иметь один или два порога сигнализации.

Датчик уровня и температуры ДУТ (рисунок 4) конструктивно выполнен в виде трубы из нержавеющей стали, поплавка и контроллера. Измерение уровня в ДУТ основано на использовании линейки герконов и поплавка с магнитами. При изменении уровня поплавок перемещается вдоль трубы, в которой размещена плата с герконами. В зоне размещения поплавка часть герконов замыкается. Контроллер ДУТ формирует цифровой код, пропорциональный уровню жидкости. Измерение температуры в ДУТ осуществляется с помощью интегрального кварцевого датчика, аналогичного описанному в ППП.

Датчики давления ДД1 (рисунок 5) конструктивно выполнены в корпусе из нержавеющей стали, внутри которого размещены тензопреобра-зователь и контроллер. Измерения давления в ДД1 осуществляются тензометрическим методом на основе тензорезисторов, нанесенных на мембрану тензопреобразователя ДД1, представляющих собой измерительный мост. Изменение давления приводит к разбалансу моста, значение которого далее преобразуется в цифровой сигнал. ДД1 может подключаться непосредственно к ППП или группами до 9 шт. через клеммные коробки КК1 (рисунок 6) к каналу УР.

Датчики загазованности оптические ДЗО (Госреестр №57765-14) конструктивно выполнены в виде корпуса с размещёнными внутри малогабаритными измерительными преобразователями (МИП) и фильтром для защиты МИП от пыли и влаги (рисунок 7). Принцип действия ДЗО основан на избирательном поглощении инфракрасного излучения молекулами углеводородов в области длин волн от 3,3 до 3,4 мм. ДЗО выдают измеренное значение объёмной доли взрывоопасных паров и газов по цифровому интерфейсу “UART”. ДЗО устанавливаются в конверторы интерфейсов КИ (рисунок 8) и подключаются группами до 5 штук на один канал УР. Конверторы интерфейсов КИ содержат контроллер, который преобразует интерфейс “UART” от ДЗО в интерфейс RS-485 для магистрального подключения КИ с ДЗО к УР.

Рисунок 7 - ДЗО

Рисунок 8 - ДЗО с КИ

Все датчики систем (ППП, ДД1, ДУТ, ДЗО) выдают измеряемые параметры в цифровом коде, что позволяет размещать их на расстоянии до 1200 м от устройства УР.

Устройство УР (рисунок 9) осуществляет сбор информации от датчиков непосредственно или через клеммные коробки КК1 (от ДД1) или через конверторы интерфейсов КИ (от ДЗО).

Отображение измерительной информации от датчиков может осуществляться на экране БИ1 (рисунок 10) или на мониторе персонального компьютера.

Блоки управления БУ2 (рисунок 11) предназначены для выдачи управляющих сигналов на световую и/или звуковую сигнализацию, а также на другие исполнительные устройства при достижении измеряемыми параметрами запрограммированных пороговых значений с целью предупреждения аварийных ситуаций, в том числе утечек продукта из резервуара.

Места пломбирования составных частей систем (пломба ОТК) показаны на рисунке 12.

ППП                     БИ1                       ДД1

Рисунок 12 - Пломбирование составных частей систем

Программное обеспечение

Системы имеют встроенное и внешнее программное обеспечение (далее - ПО).

ПО, встроенное в датчики ППП, ДД1, ДУТ, ДЗО предназначено для преобразования значения измеряемых параметров - уровня продукта и подтоварной воды, температуры, плотности, давления, объёмной доли горючих паров и газов, метана в электрический выходной сигнал. ПО, встроенное в ППП предназначено также для хранения градуировочных таблиц резервуаров, вычисления на основе измеренных параметров уровня, плотности, температуры и данных градуировочной таблицы косвенным методом статических измерений массы и объёма светлых нефтепродуктов и сжиженных углеводородных газов (с учётом массы паровой фазы), приведения измеренной плотности к стандартному условию по температуре плюс 15 °С или плюс 20 °С. ПО загружается в датчики на заводе-изготовителе и не может быть изменено потребителем.

Идентификация встроенного программного обеспечения не предусмотрена. Датчики имеют защиту встроенного программного обеспечения от преднамеренных и непреднамеренных изменений, реализованную на этапе производства путём установки системы защиты от чтения и записи. Описание и идентификационные данные ПО датчиков ДЗО приведено в описании типа средств измерений (Госреестр №57765-14).

Внешнее ПО "АРМ СТРУНА МВИ", устанавливаемое на персональный компьютер (ПК) под управлением операционной системы MS Windows предназначено для выполнения следующих функций:

- сбор измерительных параметров уровня продукта и подтоварной воды, температуры, плотности, объема, массы продукта, давления, объёмной доли горючих паров и газов, метана с датчиков ППП, ДУТ, ДД1 и ДЗО;

- вычисление массы и объёма партии НП или СУГ, принятой в резервуар или отпущенной из резервуара;

- приведение объема к стандартному условию по температуре 15°С или 20°С;

- вычисление минимального уровня НП или СУГ в резервуаре и минимальной партии НП или СУГ для принятия в резервуар или отпуска из резервуара, достаточной для обеспечения заданных погрешностей измерений массы и объёма НП или СУГ в зависимости от типа резервуара, текущих значений уровня, плотности и температуры;

- вычисление погрешности измерений массы и объёма НП или СУГ;

- выдача предупредительных сообщений о выходе контролируемых измеряемых параметров за заданные пределы;

- архивирование в базе данных с заданной периодичностью для создания отчётов;

- реализация внешнего программного интерфейса OPC DA 3/00 для клиентских программ типа SCADA;

- реализация внешнего программного интерфейса TPC/IP (для доступа с ПК локальной сети предприятия и с удалённых ПК через интернет).

Внешнее ПО поставляется в комплекте с системами на CD-диске. Работа с данным ПО защищена системой паролей.

Влияние встроенного и внешнего ПО учтено при нормировании метрологических характеристик систем.

Изменение пользовательских настроек (привязка к точке отсчёта и др.) возможно с клавиатуры блока индикации БИ1, при этом код доступа (пароль) вводится с клавиатуры и может быть установлен поверителем при проведении поверки.

Идентификационные данные ПО приведены в таблице 2.

Таблица 2

Класс защиты встроенного и внешнего ПО от преднамеренных и непреднамеренных изменений соответствует уровню "С" по МИ 3286-2010.

Технические характеристики

Знак утверждения типа

наносится на лицевую панель блока БИ1 в процессе изготовления клавиатуры и на титульные листы руководства по эксплуатации и паспорта типографским способом.

Комплектность

Поверка

осуществляется в соответствии с документом "Системы измерительные "СТРУНА+". Методика поверки КШЮЕ.421451.002 МП", утверждённым ИЦ ФГУП "ВНИИМС" в июле 2014 г.

Основные средства поверки

Сведения о методах измерений

приведены в руководстве по эксплуатации КШЮЕ.421451.002РЭ.

Нормативные документы

1. ГОСТ 8.477-82 ГСИ. Государственная поверочная схема для средств измерений уровня жидкости.

2. ГОСТ 8.558-2009 ГСИ. Государственная поверочная схема для средств измерений температуры.

3. ГОСТ 8.024-2002 ГСИ. Государственная поверочная схема для средств измерений

плотности.

4. ГОСТ 8.510-2002 ГСИ. Государственная поверочная схема для средств измерений объема и массы жидкости.

5. ГОСТ Р8.596-2002 ГСИ. Метрологическое обеспечение измерительных систем. Основные положения.

6. ГОСТ Р 52931-2008 Приборы контроля и регулирования технологических процессов. Общие технические условия.

7. ГОСТ 28725-90 Приборы для измерения уровня жидкостей и сыпучих материалов. Общие технические требования и методы испытаний.

8. Технический регламент Таможенного союза ТР ТС 012/2011 "О безопасности оборудования для работы во взрывоопасных средах".

9. ТУ 4210-002-23434764-2013 Системы измерительные "СТРУНА+". Технические условия.

Рекомендация по областям применения в сфере государственного регулирования обеспечения единства средств измерений

- осуществление торговли.