Бесконтактное термографическое определение уровня заполнения емкостей и автоматическая фиксация номеров подвижного состава

Технологические процессы налива светлых и темных нефтепродуктов на железнодорожных эстакадах нефтеперерабатывающих заводов и перевалочных нефтебаз относятся к категории производств с предельным уровнем техногенной и пожарной опасности. В зонах налива непрерывно присутствуют взрывоопасные паровоздушные смеси углеводородов, что накладывает строжайшие требования к конструкции применяемого электрооборудования. Традиционные методы контроля заполнения железнодорожных цистерн, основанные на ручном замере метроштоком через открытую горловину либо использовании контактных поплавковых датчиков уровня, несут в себе серьезные эксплуатационные ограничения и подвержены влиянию человеческого фактора.

Ошибки операторов при визуальном контроле уровня налива способны привести к аварийному переливу горючих жидкостей через верхний срез горловины цистерны. Пролив нефтепродуктов на железнодорожное полотно влечет за собой колоссальные экологические штрафы, остановку технологического цикла налива и катастрофический риск воспламенения паров от случайной искры. Для кардинального повышения промышленной безопасности и автоматизации учета на наливных эстакадах предприятий топливно-энергетического комплекса был разработан и внедрен комплекс взрывозащищенного тепловизионного и визуального контроля на базе специализированного оборудования отечественного производства.

Физические основы тепловизионной градиентометрии и безопасность взрывоопасных зон

Инженерное решение задачи бесконтактного дистанционного определения уровня жидких нефтепродуктов в закрытых металлических емкостях базируется на явлении дифференциальной теплоемкости. Жидкая фракция углеводородов, поступающая по наливному стояку из заглубленных резервуаров или технологических установок, обладает иной температурой по сравнению с окружающей воздушной средой внутри газового пространства цистерны. Металлическая обечайка резервуара цистерны обладает высокой теплопроводностью и мгновенно прогревается либо охлаждается в зоне контакта с поступающей жидкостью.

Высокочувствительная микроболометрическая матрица тепловизора с температурной чувствительностью менее сорока милликельвинов уверенно фиксирует тепловой градиент на внешней поверхности металлической стенки цистерны. Программные алгоритмы аналитического модуля выделяют четкую термографическую границу раздела сред «жидкость — насыщенный пар», непрерывно рассчитывая текущую высоту столба продукта и скорость его подъема в реальном времени. Такой подход полностью исключает необходимость прямого контакта измерительных приборов со взрывоопасной и химически агрессивной жидкой средой, исключая механический износ датчиков и сохраняя герметичность технологического процесса.

Все приборы наблюдения, размещаемые непосредственно в зонах налива классов один и два, выполнены во взрывозащищенных оболочках с маркировкой взрывозащиты вида «взрывонепроницаемая оболочка». Массивные корпуса из специального коррозионностойкого алюминиевого сплава или нержавеющей стали способны выдержать внутреннее давление возможного взрыва горючей смеси без передачи детонации в окружающую атмосферу эстакады. Оптические иллюминаторы видеокамер и тепловизоров изготовлены из высокопрочного закаленного стекла и монокристаллического германия с защитным алмазоподобным покрытием, устойчивым к абразивному воздействию пыли и химических реагентов.

Оптическое распознавание номеров вагонов и сквозная интеграция с АСУТП налива

Для создания целостной системы технологического контроля термографический контур объединен с каналом высокоточного оптического видеонаблюдения высокого разрешения. При подаче железнодорожного состава на эстакаду длиннофокусные уличные камеры с моторизованными трансфокаторами автоматически считывают восьмизначные инвентарные номера цистерн и трафаретные надписи калибровочных типов котлов. Встроенная аналитика распознавания железнодорожных номеров передает полученные данные в автоматизированную систему управления технологическими процессами (АСУТП) налива предприятия.

АСУТП производит автоматическую сверку фактического номера прибывшей цистерны с электронной накладной и путевым листом, проверяя допустимость налива назначенного сорта нефтепродукта в данный тип резервуара. После позиционирования наливного стояка и опускания телескопической трубы в горловину система дает разрешение на запуск насосных агрегатов, одновременно активируя тепловизионный мониторинг зоны налива. В интерфейсе оператора эстакады в режиме реального времени отображается синтезированная видеокартинка, на которой визуальный видеоряд совмещен с термографической шкалой заполнения и числовым графиком текущего объема в литрах.

Интеллектуальный программный модуль непрерывно рассчитывает динамику налива и при достижении девяноста пяти процентов полезного объема цистерны формирует предупреждающий светозвуковой сигнал на пульте диспетчера. В случае превышения критического порога заполнения девяносто восемь процентов комплекс выдает команду сухого релейного контакта на автоматический электромагнитный клапан-отсекатель и шкаф управления насосной станцией, мгновенно прекращая подачу топлива даже при отказе ручного управления оператора.

Предотвращение технологических аварий и безаварийная эксплуатация наливных терминалов

Помимо непрерывного контроля уровня налива жидких углеводородов, взрывозащищенный комплекс решает важнейшие задачи предиктивной диагностики механического и электрического оборудования эстакады. Тепловизионные датчики в круглосуточном автоматическом режиме сканируют температурные поля фланцевых соединений, насосных агрегатов, подшипниковых узлов приводов и заземляющих проводников эстакады. Аномальный локальный нагрев подшипника насоса или ослабление контакта контура заземления обнаруживаются на ранней стадии задолго до появления видимого дыма или термического разрушения узла, предотвращая возникновение очагов возгорания.

Внедрение комплекса на объектах топливно-энергетического комплекса позволило полностью исключить инциденты аварийного перелива нефтепродуктов, сократить время технологического цикла налива железнодорожного состава на пятнадцать процентов за счет точного автоматического дозирования и свести к нулю время пребывания обслуживающего персонала в загазованной взрывоопасной зоне. Опыт эксплуатации подтвердил высочайшую надежность оборудования в условиях жесткого температурного диапазона от минус сорока до плюс пятидесяти градусов Цельсия и агрессивного воздействия паров сернистых нефтепродуктов.

Кратко о проекте

Отрасль внедрения: Нефтегазоперерабатывающая промышленность, резервуарные парки и железнодорожные наливные эстакады предприятий топливно-энергетического комплекса.
Назначение комплекса: Бесконтактное высокоточное определение уровня заполнения железнодорожных цистерн при наливе нефтепродуктов, предиктивный тепловизионный контроль технологического оборудования эстакады и оптическое считывание номеров подвижного состава.
Ключевое оборудование: Взрывозащищенные промышленные тепловизоры с температурной чувствительностью менее 40 мК во взрывонепроницаемых оболочках класса 1Ex d IIC T6 Gb; оптические видеокамеры высокого разрешения с моторизованной длиннофокусной оптикой; взрывозащищенные соединительные коробки и блоки питания; сервер технологического видеоанализа с модулями железнодорожного LPR и интеграции с АСУТП.
Специальные технические требования: Полное соответствие требованиям взрывозащиты по ГОСТ IEC 60079, стойкость корпусов к химически агрессивным средам паров углеводородов, диапазон рабочих температур от -40 °C до +50 °C, аппаратная выдача управляющего сигнала отключения насосов за время менее 0,1 секунды.
Технологический эффект: Стопроцентное исключение аварийных переливов топлива, сокращение времени налива железнодорожного маршрута на 15%, автоматическая верификация вагонов по электронной накладной, минимизация нахождения персонала в опасной зоне эстакады и круглосуточный предиктивный тепловой контроль подшипников и заземлений.

Компания:  Karneev Systems