Применение АПК «Ардис» для взвешивания вагонов с учетом выталкивающей силы воздуха

Особенности учета

Измерение объемов нефтепродуктов, транспортируемых железнодорожными цистернами, может производиться в процессе налива и слива с помощью расходомеров, но по объективным причинам их применение не всегда возможно и удобно, особенно если используются крупные галерейные эстакады. Объем непосредственно самих цистерн также затруднительно использовать при вычислениях по техническим, метрологическим и организационным причинам. Поэтому чаще всего задача учета нефтепродуктов при отгрузке решается с помощью вагонных весов.

При этом предприятие обязано следовать требованиям ГОСТ 8.587-2019 «Государственная система обеспечения единства измерений (ГСИ). Масса нефти и нефтепродуктов. Методики (методы) измерений», который вступил в силу 30 апреля 2020 г. Особенностью этого ГОСТа является необходимость учитывать при взвешивании нефтепродуктов выталкивающую силу воздуха, то есть силу Архимеда, действующую на перевозимый продукт. Для того чтобы это обеспечить, требуется ряд технических средств и мероприятий, которые в итоге позволяют компенсировать безвозвратные потери, составляющие, согласно практическим подсчетам, 0,09–0,19% массы продукта. В денежном эквиваленте учет силы Архимеда дает серьезную экономию средств предприятия, причем эффект от его применения значительный и быстрый.

Рассмотрим на примере автоматизации динамических вагонных весов, какими техническими средствами можно это обеспечить.

Состав системы

Согласно ГОСТу, для математического расчета поправки на выталкивающую силу воздуха требуются следующие данные:

• масса продукта в вагоне;
• плотность продукта в вагоне;
• температура окружающей среды;
• атмосферное давление.

Автоматически определять указанные параметры и рассчитывать поправку позволяет АПК «АРДИС» с опциональным модулем «Архимедова сила».

«АРДИС» — это система распознавания номеров железнодорожных вагонов, способная работать в сложных условиях промышленных производств, таких как реверсивное движение вагонов в зоне контроля, стесненные условия для установки камер, прохождение вагонов и платформ разных типов через зону контроля, фиксация сочлененных вагонов, распознавание нестандартных номеров внутреннего парка и др.

АПК «АРДИС» включает:

• видеокамеры, осветители и датчики колесных пар;
• сервер распознавания номеров вагонов с программным обеспечением;
• специализированный компьютер с установленным программным АРМ оператора.

Помимо функций распознавания, система с помощью дополнительных модулей может выполнять задачи автоматизации технологических операций с вагонами (взвешивание, загрузка, разгрузка и др.). В частности, в АПК предусмотрены модуль интеграции с вагонными весами, а также программное автоматизированное рабочее место (АРМ) оператора весов, представленное на рис. 1. Оно позволяет в зависимости от особенностей движения вагонов на предприятии выполнять расчет массы нетто каждого вагона в автоматическом, полуавтоматическом или ручном режиме.

Рис. 1. Интерфейс АРМ оператора системы «АРДИС»

Отдельным специализированным модулем, востребованным в нефтеперерабатывающей отрасли, является модуль «Архимедова сила». Он включает:

• датчик температуры окружающего воздуха;
• датчик атмосферного давления;
• программируемый логический контроллер (ПЛК), выполняющий расчет поправки на уровне отдельных вагонов;
• программный модуль «Архимедова сила», интегрированный с информационными системами предприятия и управляющий расчетом поправки на уровне составов.

Алгоритм работы системы

Рассмотрим алгоритм работы «АРДИС» с модулем «Архимедова сила» в интеграции с динамическими вагонными весами. Для начала следует описать базовую последовательность действий по взвешиванию вагонов:

• Подсистема автоматического распознавания номеров вагонов производит видеофиксацию, счет и распознавание вагонов движущегося железнодорожного состава. Одновременно с этим динамические вагонные весы производят взвешивание каждого вагона, проходящего через зону контроля.
• После прохождения последнего вагона модуль интеграции с вагонными весами объединяет данные с весов и распознанные номера.
• При возврате состава через зону видеофиксации после загрузки (или разгрузки) цистерн определяется масса нетто продукта.

Для осуществления автоматической синхронизации данных с весов и распознанных номеров система распознавания устанавливается в непосредственной близости от весов, например, как показано на рис. 2.

Рис. 2. Вагонные весы, снабженные системой распознавания (размещена слева)

После определения массы нетто модуль «Архимедова сила» выполняет расчет поправки. В общем случае система работает по следующему алгоритму:

• Датчики измеряют температуру и атмосферное давление воздуха в момент взвешивания груженых цистерн.
• Значение плотности нефтепродуктов в цистерне попадает в программу модуля из внешней информационной системы, связанной с лабораторией завода.
• Масса налитого нефтепродукта, скорректированная с учетом выталкивающей силы воздуха, вычисляется автоматически по формулам, которые можно найти в ГОСТе 8.587-2019. Для этого при наличии всех исходных данных для расчета поправки (масса нетто, плотность продукта, давление и температура воздуха) модуль «Архимедова сила» передает их в ПЛК, который непосредственно вычисляет скорректированную массу нетто.

В некоторых случаях данный алгоритм может модифицироваться с учетом специфики конкретного объекта внедрения. Например, на объекте внедрения данные о плотности могут приходить с запозданиями или их могут получать не по каждой цистерне, а только по резервуару, из которого цистерны были наполнены.

Экономический эффект

В качестве примера экономической эффективности системы приведем фрагмент отчета по расчету поправки на выталкивающую силу воздуха, полученного на одном из объектов внедрения АПК «АРДИС» с модулем «Архимедова сила» (таблица).

Как видим, поправка в тех условиях составила около 0,1%, однако она может меняться в зависимости от плотности продукта и параметров окружающей среды. Если упростить: поправка будет тем больше, чем ниже плотность продукта, ниже температура и выше атмосферное давление.

Допустим, предприятие отгружает через вагонные весы около 1 млн т нефтепродуктов в течение года. Тогда, приняв 0,1% за среднее значение поправки, получим прибавку в размере 1000 т продукта. Допустим, стоимость 1 т нефтепродукта составляет 30 тыс. руб., тогда годовой экономический эффект выйдет около 30 млн руб., а срок окупаемости соответствующего проекта по автоматизации весов — несколько месяцев.

На данный момент система «АРДИС», разработанная ООО «Малленом Системс», внедрена и успешно работает на более чем 70 крупных промышленных объектах России и СНГ. Системы с модулем «Архимедова сила» в составе используются в том числе на весовых комплексах «ЛУКОЙЛ», «Газпром-нефть» и «Роснефть», помогая предприятиям увеличивать прибыль.

Заключение

В рамках статьи мы постарались осветить техн

ическую строну задачи по учету поправки на выталкивающую силу воздуха при взвешивании нефтепродуктов. В заключение подчеркнем важную роль системы распознавания и ее специализированных модулей, обеспечивающих работу с железнодорожными составами как отдельными объектами, поскольку в подавляющем большинстве случаев предприятия оперируют при отгрузке именно составами, а не независимыми вагонами.

Кроме того, отметим, что за рамками статьи остались узкие вопросы, связанные с метрологической аттестацией таких систем и их интеграцией в информационные среды заказчиков, а также обширная тема автоматизации непосредственно взвешивания. Эти темы требуют освещения в отдельных статьях.