Устройство для обнаружения утечек нефти и продуктов ее переработки

Предложенное устройство относится к области защиты окружающей среды от загрязнений нефтью и другими жидкими углеводородами и может быть использовано для обнаружения утечки в грунт нефти и продуктов ее переработки при их хранении и транспортировке, а так же для обнаружения не только факта, но и места утечки из резервуара нефти и продуктов ее переработки. Устройство для обнаружения утечек нефти и продуктов ее переработки содержит резервуар, дно которого выполнено в виде листов, соединенных между собой в единое днище резервуара и датчики утечки, выполненные в виде пластин и расположенных под резервуаром, при этом днище резервуара выполняет роль одной из пластин конденсатора, а любая из пластин, расположенных под резервуаром, выполняет роль второй пластины конденсатора, в качестве диэлектрика используют песчанно-гравийную смесь (ПГС) или препарат «Прекан», информация об утечке регистрируется изменением электрической емкости соединенной последовательно с кварцевым резонатором, после чего по изменению выходной частоты кварцевого генератора отслеживают динамику изменений электрических емкостей расположенных под днищем резервуара, затем полученную информацию сравнивают с имеющейся в базе данных, а на основе полученного результата определяют факт и место утечки нефти и продуктов ее переработки из резервуара.

Полезная модель относится к области защиты окружающей среды от загрязнений нефтью и другими жидкими углеводородами и может быть использована для обнаружения утечки в грунт нефти и продуктов ее переработки при их хранении и транспортировке, а так же для обнаружения не только факта, но и места утечки из резервуара нефти и продуктов ее переработки.

Известен «Датчик утечки нефтепродуктов» [Патент 2190844 от 10.10.2002], заключающийся в том, что для обнаружения попавшего в грунт нефтепродукта используется датчик, представляющий собой два или несколько электродов, один из которых окружен слоем диэлектрика, который полностью или частично выполнен из материала, растворимого в жидких нефтепродуктах. Поэтому при наличии утечки нефтепродуктов вблизи расположенного датчика, диэлектрик растворяется, сопротивление между электродами последнего уменьшается, что регистрируется измерителем сопротивления (омметром).

Основной недостаток известного устройства является сложность конструкции датчика и невысокая точность обнаружения и регистрации утечки нефтепродуктов методом измерения распределенного сопротивления между электродами. Кроме того, невозможно точно определить место утечки нефтепродуктов из-за измерения усредненного сопротивления между электродами, т.к. определение места утечки нефтепродуктов кратно, как минимум, расстоянию между электродами.

Задачей заявляемой полезной модели является создание устройства, позволяющего обнаружить утечку нефти и продуктов ее переработки, которое позволило бы точно определить факт и место утечки,

обеспечивая надежность, безопасность работы устройства и простоту эксплуатации.

Указанный технический результат достигается тем, что устройство для обнаружения утечек нефти и продуктов ее переработки содержит резервуар 1 с днищем 2, заполненный нефтью или продуктами ее переработки. Между днищем 2 резервуара 1 и грунтом на глубине Н размещают пластины 3 на расстоянии L друг от друга, которые в данном случае выполняют функцию датчиков утечки нефти и продуктов ее переработки, засыпают песчано-гравийной смесью (ПГС) 4 или препаратом «Прекан», который получен в результате реагентного обезвреживания отходов транспорта нефти. Песчано-гравийная смесь выполняет функцию диэлектрика электрического конденсатора, образованного днищем резервуара и пластинами, расположенными под ним. По изменению диэлектрической проницаемости ПГС изменяется емкость указанного электрического конденсатора, по изменению которой, определяют факт и место утечки нефти и продуктов ее переработки из резервуара. Количество металлических пластин (3) (П₁ П₂,...П_N) соответствует числу листов раскройки днища (2) резервуара (1), так как при нарушении целостности днища (2) на одной из пластин, при ремонте будет заменена именно эта пластина целиком. Согласно действующей нормативной документации локальный ремонт менее размеров листа раскройки днища резервуара недопустим. Кроме того, устройство для обнаружения утечек нефти и продуктов ее переработки содержит электронный коммутатор ЭК (5), соединяющий каждую из металлических пластин (3) с кварцевым генератором КГ (6), соединенным с ПЭВМ (7).

На Фиг.1 представлена схема обнаружения утечек и схематично изображено устройство для обнаружения утечек нефти и продуктов ее переработки.

На Фиг.2 изображена схема подключения емкостей к кварцевому резонатору.

Работа устройства для обнаружения утечек нефти и продуктов ее переработки.

Для хранения нефти и продуктов ее переработки используются металлические резервуары вертикальные стальные (РВС). При строительстве днище РВС выполняют из металлических пластин. Металлическое днище резервуара выполняет роль одной из пластин конденсатора.

В общем случае электрический конденсатор состоит из 2-х расположенных параллельно друг другу металлических пластин, между которыми находится диэлектрик. Величина электрической емкости С конденсатора определяется по формуле:

где: С - емкость конденсатора (ф);

- диэлектрическая проницаемость диэлектрика (ф/м);

S - площадь пластин (м²);

D - расстояние между пластинами (м).

- диэлектрическая проницаемость - определяет способность диэлектрика поляризоваться в электрическом поле, является количественной оценкой и всегда >1. [Справочник по элементам радиоэлектронных устройств под ред. Н.А.Куликовского. М. «Энергия» 1978 г. с.279]

Между днищем РВС (2) и грунтом на глубине Н и на расстоянии L друг от друга размещают металлические пластины 3, которые выполняют роль второй пластины конденсатора. В качестве диэлектрика может быть использован препарат «Прекан» или песчано-гравийная смесь (ПГС) 4, которая всегда подсыпается в фундамент под днище РВС. Согласно [Журавлева Л.В. Электроматериаловедение М. ИРПО, изд. Академии, 2002 г., с.210] для стекла, ситала, кремния (из чего состоит ПГС) величина

диэлектрической проницаемости лежит в пределах от 5...7, для минерального масла, нефти =2,1...2,3 [Журавлева Л.В. Электроматериаловедение М. ИРПО, изд. Академии, 2002 г., с.229].

Если в результате коррозии или трещины в днище (2) РВС происходит утечка нефти или нефтепродуктов через повреждения в днище, этим продуктом пропитывается ПГС (4) и уменьшается диэлектрическая проницаемость последнего с 5...7 до 2,1...2,3, и, как следствие, уменьшается электрическая емкость конденсатора расположенного в зоне утечки, смотри формулу (1). Уменьшение емкости регистрируется изменением частоты КГ (6) к которому поочередно подключаются пластины (3) конденсаторов через электронный коммутатор (5), соединяющий последовательно каждую из металлических пластин (3) с кварцевым генератором (6), соединенным с ПЭВМ (7).

Благодаря этому, при наличии утечек нефти или продуктов ее переработки вблизи расположения одной из пластин, продуктом пропитывается ПГС, что повлечет изменение диэлектрической проницаемости материала, выполняющего функцию диэлектрика, находящегося между днищем резервуара (2), выполняющего функцию одной пластины конденсатора, и одной из пластин (3) выполняющие функцию второй пластины конденсатора. В результате этого изменяется электрическая емкость конденсатора, образованного между днищем резервуара (2) и одной из пластин (3), что позволяет добиться надежной и достоверной регистрации не только факта, но и места утечки нефти и продуктов ее переработки из резервуара в грунт.

Каждая металлическая пластина (3) через электронный коммутатор (5) последовательно подключаются к кварцевому генератору (6), который в свою очередь соединен с ПЭВМ (7). Регистрация изменения емкости происходит изменением выходной частоты КГ (6), причем последняя включена последовательно с кварцевым резонатором (КР) (Фиг.2) через ЭК (5), что позволяет получить максимальную крутизну преобразования и,

как следствие, максимальное изменение частоты КТ (6) от изменения электрической емкости конденсатора.

Таким образом выходные частоты КГ (6) (f_1: f₂,...f_N) зависят от величины электрических емкостей (С₁, С₂,...С_N) значения которых, в свою очередь, зависят от значений диэлектрической проницаемости диэлектрика ПГС между пластинами (3) и днищем РВС (2).

Таким образом: выходная частота КГ есть функция от емкости

С₁, С₂,...С _N: И; f_1; f₂,...f_N=F(Ci, С₂...С_N),

которая зависит от диэлектрической проницаемости ПГС находящегося между пластинами:

С₁, С₂,...С_N=F (₁,₂..._N).

После сборки конструкции, проведения гидравлических испытаний резервуара, до начала эксплуатации РВС производят контрольный замер значений емкостей С₁ , С₂,...С_N с каждой из пластин, находящихся в ПГС. Каждому значению электрической емкости С₁, С₂,...С_N соответствует определенное значение выходной частоты КГ 6 f_1: f₂,...f_N и определенное значение диэлектрической проницаемости ПГС находящегося между пластинами (3) и днищем резервуара (2).

Контрольные значения выходных частот f_1; f₂ ,...f_N регистрируются в регистраторе (8) и заносятся в память (10) и базу данных (9) (Фиг.1) для хранения и дальнейшего сравнения с частотами f_1; f₂,...f_NЭ , полученным при замере емкостей С₁, С₂ ,...С_N каждой из пластин (3) в процессе эксплуатации резервуара.

При наличии утечки нефти или продуктов ее переработки вблизи пластин (3) ПГС пропитывается этим продуктом, что приводит к изменению диэлектрической проницаемости ₁, и/или ₂, и/или _N, а значит к изменению значений емкостей С ₁, С₂,...С_N и, как следствие к изменению выходной частоты КГ (6).

В процессе эксплуатации РВС оператор, с помощью ЭК (5) с определенной периодичностью, подключает последовательно пластины (3)

П ₁; П_2;...П_N к КГ (6) и регистрирует полученные значения частот f_1Э; f_2Э,...f _NЭ которые затем поступают в ПЭВМ (7) для сравнения этих значений с контрольными значениями частот КГ (6), находящимися в БД 9 ПЭВМ (7).

По значениям частот КГ 6 базовых и полученных в процессе эксплуатации можно оценить наличие или отсутствие утечки нефти или продуктов ее переработки из РВС.

В случае если значения выходных частот КГ (6) контрольного замера равны значениям частот в процессе эксплуатации в результате обегающего контроля f₁=f_1Э, f₂ =f_2Э,...,f_N=f_NЭ - утечки нет. Если значения частот контрольного замера и частот обегающего контроля не равны f₁#f_1Э, f₂ #f_2Э, f_N#f_NЭ, то делают вывод, что утечка есть, а место утечки определяют по номеру пластины и месту ее расположения под днищем РВС.

При эксплуатации и проведении ремонта РВС будет известно не только о факте утечки нефти и продуктов ее переработки, но и поможет выявить место утечки, минимизировать затраты на проведение ремонта и своевременного вывода РВС из эксплуатации в случае обнаружения утечки и уменьшить риск экологического воздействия на окружающую среду.

Устройство для обнаружения утечек работает следующим образом. При строительстве РВС в основание резервуара (1) на расстоянии Н от днища (2) устанавливают металлические пластины (3), которые через электронный коммутатор (6) подключаются к кварцевому генератору (7). Днище (2) резервуара (1), заземляют средствами электро-химзащиты (ЭХЗ). Под основание резервуара(1) между днищем (2) и пластинами (3) засыпают препарат «Прекан» или песчано-гравийную смесь (4), которая является диэлектриком. Через электронный коммутатор (5) происходит последовательное подключение пластин (3) к кварцевому генератору (6). При наличии утечки вблизи расположения конкретной пластины (3) (П₁, П₂,...П_N), песчано-гравийная смесь (4) пропитывается продуктом утечки, происходит изменение диэлектрической проницаемости ПГС, что приводит к изменению емкости С. Электронный коммутатор (5)

последовательно подключает пластины конденсатора к кварцевому генератору (6) и определяется место утечки нефтепродуктов из резервуара (1) в грунт в виду того, что каждой пластине П₁, П ₂,...П_N соответствует определенная емкость С ₁, С₂...С_N с номинальным значением частот f₁, f₂,...f_N на выходе кварцевого генератора (6), в следствии чего частотный сигнал (КГ)(6) поступает на вход порта ПЭВМ (7), регистрируется и сравнивается с первоначальной частотой, которая соответствовала первоначальному значению емкости без утечки нефтепродукта, что позволяет определить факт и место утечки нефти и продуктов ее переработки.

Предложенное устройство позволяет обнаружить утечку нефти и продуктов ее переработки и быстро и точно определить факт и место утечки, обеспечивая тем самым безопасность и надежность в процессе эксплуатации резервуара и при проведении ремонтно-восстановительных работ.

Устройство для обнаружения утечек нефти и продуктов ее переработки, содержащее резервуар и датчики утечки, отличающееся тем, что датчики утечки выполнены в виде пластин и расположены под резервуаром, при этом днище резервуара выполняет роль одной из пластин конденсатора, а одна из пластин, расположенная под резервуаром, выполняет роль второй пластины конденсатора, песчано-гравийная смесь выполняет роль диэлектрика, по изменению диэлектрической проницаемости в которой определяют факт и место утечки нефти и продуктов ее переработки из резервуара.