способ измерения объема жидкости в закрытом резервуаре

Формула изобретения

Способ измерения объема жидкости в закрытом резервуаре, включающий увеличение объема газа, находящегося над поверхностью жидкости, на известную величину V и определение давления газа до и после увеличения объема газа, отличающийся тем, что увеличение объема газа проводят путем откачивания из закрытого резервуара объема жидкости, равного величине V, измерение давления газа над поверхностью жидкости до и после откачивания и объем жидкости в резервуаре определяют по формуле:

где V₀ и V - соответственно объем жидкости в закрытом резервуаре и общий объем резервуара, м³;

V - объем жидкости, откаченной из резервуара, м ³;

р₀ и p₁ - соответственно давление газа над поверхностью жидкости до и после откачивания жидкости объемом V, Па (ат).

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое техническое решение относится к измерению уровня жидкости в колодцах, скважинах и герметичных емкостях и может найти применение в буровой технике, химической и нефтехимической промышленности и коммунальных службах.

Известно устройство для измерения уровня жидкости, содержащее соединенный с преобразователем чувствительный элемент в корпусе, к которому герметично подсоединена полость противодавления с входным отверстием, при этом чувствительный элемент выполнен в виде диафрагмы, а полость противодавления представляет собой канал с разделителем в виде Г-образного колена, заполненный жидкостью или газом, вход в полость которого выполнен в нижнем конце колена (патент РФ №1493877, G01F 23/18, бюл. №26, 1989 г.).

К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится сложность конструкции, ее наладки и эксплуатации.

Известен способ определения уровня жидкости в закрытой емкости, который заключается в откачивании части воздуха над жидкостью вакуум-насосом с созданием определенного вакуума. Затем вакуум сбрасывается, и по времени восстановления атмосферного давления в емкости судят об уровне жидкости в ней (DE 19750620, В60К 15/06; G01F 17/00; G01F 20/14; В60К 15/03, 1999 г.).

К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится сложность оборудования для реализации известного способа, связанная с необходимостью установки вакуум-насоса и регистрационного прибора для определения времени выравнивания давления над жидкостью.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту и выбранным за прототип являются метод и способы для определения объемов жидкости в закрытом резервуаре или камере, общим объемом V, создание вакуума в газе над поверхностью жидкости путем увеличения объема этого газа за счет перемещения его части V в другой мерный объем, определение объема газа над уровнем жидкости по формуле

где V₁ - объем газа над уровнем жидкости;

p₀ и p₁ - соответственно абсолютные давления газа до и после создания вакуума над уровнем жидкости;

V - мерный объем, в который перемещают часть газа при создании вакуума над уровнем жидкости;

При этом отношение давление p₁/p₀ определяется по формуле

где m и n - соответственно объемы цилиндров поршневого газового вакуум-насоса до создания вакуума и после его создания.

Окончательно объем жидкости в резервуаре рассчитывается по формуле

(Патент Великобритании GB 341306, G01F 23/16, G01F 23/14, 1931 г.)

К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относятся сложности измерений и промежуточных расчетов, а также аппаратурного оформления, включающего мерный сосуд для фиксации объема V, газовый поршневой вакуум-насос для фиксации объемов тип (формула 2), U-образный дифманометр и шкалу для измерения объема V.

Техническим результатом предлагаемого технического решения является упрощение способа измерения объема жидкости в закрытом сосуде за счет уменьшения необходимых технологических операций, упрощения аппаратурного оформления и, как следствие, уменьшение затрат времени на проведение измерений.

Поставленный технический результат достигается тем, что в способе измерения объема жидкости в закрытом резервуаре, включающем увеличение объема газа, находящегося над поверхностью жидкости, на известную величину V и определение давления газа до и после увеличения объема газа, согласно изобретению увеличение объема газа проводят путем откачивания из закрытого резервуара объема жидкости, равного величине V, измерения давление газа над поверхностью жидкости до и после откачивания и объем жидкости в резервуаре определяют по формуле

где V₀, V - соответственно объем жидкости в закрытом резервуаре и общий объем резервуара, м³;

V - объем жидкости, откаченной из резервуара, м ³;

p₀ и p₁ - соответственно давление газа над поверхностью жидкости до и после откачивания жидкости объемом V, Па (ат).

Откачивание из резервуара объема жидкости V жидкостным насосом проще, чем откачивание такого же объема газа, находящегося над поверхностью жидкости, так как не требует использования специального герметического сосуда и поршневого вакуум-насоса для газа с фиксированными объемами m и n.

Кроме того, нет необходимости как в способе, выбранном за прототип, устанавливать герметично вспомогательный сосуд и всасывающий вакуум-насос. Обеспечить герметичность при отборе газа сложнее, чем при отборе жидкости, а значит утечки газа могут привести к потере точности измерения.

Если жидкость находится под давлением или давление равно атмосферному, то для слива из резервуара объема этой жидкости V не нужен даже жидкостной насос. Измерение давления газа над поверхностью жидкости до и после откачивания ее объема V несложно определить с помощью манометра.

Упрощается и процедура расчета объема жидкости в резервуаре, так как вместо использования трех формул (1-3) достаточно одной формулы (4). Все вышесказанное приводит к уменьшению затрат времени на измерение объема жидкости в резервуаре.

Схема установки для реализации предлагаемого способа измерения объема жидкости в закрытом резервуаре представлена на схеме.

Она состоит из закрытого резервуара 1 общим объемом V, в котором находится какое-то количество жидкости V₀, образующей уровень жидкости 2. Резервуар имеет сверху патрубок 3 для периодического налива жидкости. Патрубок 3 герметично закрыт крышкой 4. Сверху резервуара также установлен манометр 5 для измерения давления в газе (воздухе) над уровнем жидкости 3. В нижней части резервуара установлен патрубок с вентилем 6, к которому присоединен жидкостной насос 7. Для слива жидкости, откачиваемой жидкостным насосом 7 из резервуара 1, служит мерная емкость 8.

Реализацию предлагаемого способа измерения жидкости в закрытом резервуаре проводят следующим образом.

Измеряют давление газа в резервуаре 1 над уровнем жидкости 2 p ₀, открывают вентиль 6, включают насос 7 и сливают из резервуара 1 в емкость 8 фиксированный объем жидкости V.

Уровень жидкости 2 в резервуаре 1 уменьшается, а объем газа (воздуха) над жидкостью увеличивается на фиксированный объем жидкости V.

Таким образом, если объем газа в резервуаре 1 увеличивается, то по закону Бойля-Мариотта давление уменьшится. Регистрируют манометром 5 давление p₁ в резервуаре 1 после слива фиксированного объема V.

Тогда из закона Бойля-Мариотта следует

p ₀·(V-V₀)=p₁ ·[V-(V₀- V],

откуда объем жидкости в резервуаре 1 определяют по формуле (4).

Пример 1. Необходимо измерить объем жидкости V₀ в закрытом резервуаре, имеющим общий объем V=1 м³. Давление газа в резервуаре, измеренное манометром 5, р₀=2 ат. Открывают вентиль 6 и сливают V=10 л жидкости в мерную емкость 8. Измеряют давление газа p₁=1,9 ат с помощью манометра в резервуаре после слива жидкости V=10 л. Рассчитывают по формуле (4) объем жидкости в закрытом резервуаре 1

Пример 2. Необходимо измерить объем жидкости V ₀ в закрытом резервуаре, имеющим общий объем V=2 м ³. Давление газа в резервуаре, измеренное манометром 5, р₀=1,033 ат (атмосферное давление). Открывают вентиль 6 и сливают часть жидкости V=15 л в мерную емкость 8. Измеряют давление p ₁=0,8 ат манометром 5 после слива части жидкости V=15 л. Рассчитывают по формуле (4) объем жидкости в закрытом резервуаре 1

Пример 3. Необходимо измерить объем жидкости V ₀ в закрытом резервуаре 1, находящемся под землей и имеющим объем V=10 м³. Давление газа в резервуаре, измеренное манометром 5, р₀=1,1 ат (небольшое избыточное давление). Открывают вентиль 6 и сливают часть жидкости V=50 л в мерную емкость 8. Измеряют давление р ₁=1,05 ат манометром 5 после слива части жидкости V=50 л. Рассчитывают по формуле (4) объем жидкости в закрытом резервуаре 1

.

Таким образом, предлагаемый способ измерения объема жидкости в закрытом резервуаре позволяет определять объем жидкости в нем без применения специальных электрических или пневматических датчиков и уровнемеров в емкостях любой формы, находящихся под землей или на эстакадах, этажерках и других местах, труднодоступных для измерения. Он прост по приборному, аппаратурному и технологическому исполнению, так как требует для реализации только манометра, мерной емкости и жидкостного насоса для откачивания небольшой части жидкости из резервуара. Если в закрытом резервуаре жидкость находится под избыточным давлением, то для слива ее части V не нужен даже жидкостной насос. Как видно из приведенных примеров 1-3, предлагаемый способ измерения объема жидкости в закрытом резервуаре не только прост по технологическим операциям и расчетам, но и по сравнению со способом, принятым за прототип, уменьшает затраты времени на технологических операциях и расчетах, то есть увеличивает скорость измерения. Кроме того, способ безопасен в технологическом исполнении и не требует высокой квалификации работающего персонала.