識別容器的浮置頂部的運行中的不期望的狀況的製作方法

2023-10-11 06:09:14

識別容器的浮置頂部的運行中的不期望的狀況的製作方法
【專利摘要】本發明涉及一種用於識別容器的浮置頂部的運行中的不期望的狀況的方法，該方法包括：確定容器中的物品的填充物位，使用安裝在頂部上的物位計來檢測頂部上的參考位置與表面之間的參考距離，形成作為參考距離與期望值之間的差的參考距離偏差，以及將參考距離偏差與指定範圍進行比較。如果所述參考距離偏差在指定範圍之外，則存儲包括參考距離偏差和填充物位的數據集合。針對多個時間點重複這些步驟，然後，基於所存儲的參考距離偏差和填充物位的數據集合，識別不期望的狀況。因此，本發明提供了一種用於診斷浮置頂部容器的經濟方法。
【專利說明】識別容器的浮置頂部的運行中的不期望的狀況
【技術領域】
[0001]本發明涉及用於識別容器的浮置頂部的運行中的不期望的狀況的控制系統及方法。
【背景技術】
[0002]在外浮置頂部存儲容器中，浮置頂部適於浮置在容器中所貯藏的物品上。已知提供用於浮置頂部容器的監測系統。
[0003]這種類型的系統的目的是對浮置頂部進行控制，S卩，確保能夠檢測到與頂部沒有恰當地浮置在物品表面上的情況相關的危險情形。也存在與環境要求相關的優點，例如，在頂部被物品淹沒的情況下避免揮發性碳氫化合物蒸發到環境中。最後，監測系統可以消除或者至少降低對於檢查活動的需要。通常，每年或者甚至每個季度必須由人打開浮置頂部的浮筒中的艙蓋來對浮筒進行洩露檢查。這種類型的工作具有一定的人身風險，並且可以用頂部傾斜系統來最小化。
[0004]通常，浮置頂部與物品表面之間的監測距離基本上是恆定的。由於外部影響(諸如風、雨或雪)，幾釐米的微小偏差是可接受的，但是超過某一特定閾值(例如，在某些應用中大於5cm)的偏差通常表示某種故障或者不期望的狀況。
[0005]期望提供一種用於預測何時存在主要故障狀況的診斷功能，以便在發生任何事故之前處理這些故障狀況。

【發明內容】

[0006]本發明的目的在於提供這樣的診斷功能。該目的及其他目的通過以下方法來實現，該方法包括以下步驟:
[0007]a)通過向容器中發射電磁傳輸信號並且接收由物品的表面反射的電磁回波信號來確定容器中的物品的填充物位，
[0008]b)使用安裝在頂部上的物位計來檢測頂部上的參考位置與表面之間的參考距離，
[0009]c)形成作為參考距離與期望值之間的差的參考距離偏差，
[0010]d)將參考距離偏差與指定範圍進行比較，
[0011]e)如果參考距離偏差在指定範圍之外,則存儲包括參考距離偏差和填充物位的數據集合，
[0012]f)針對多個時間點重複步驟a)至步驟e)，
[0013]g)基於所存儲的參考距離偏差和填充物位的數據集合，識別不期望的狀況。
[0014]「不期望的」狀況可以是潛在的或者實際的故障。故障不僅表示從安全或者管理的角度來看的嚴重故障，還表示從測量精度和可靠性角度來看的嚴重故障。後一種故障可能不需要報警，但是通過對這樣的故障或者這樣的故障發生的可能性進行診斷，可以獲得改進的物位計安裝性能。
[0015]根據本發明，確定作為檢測到的參考距離與期望值之間的差的參考距離偏差。針對在指定範圍之外的每個偏差，存儲檢測到的參考距離和填充物位，並且對多個這樣的數值集合進行分析並將其用於識別故障狀況。
[0016]本發明基於以下認識:存儲這樣的數值集合而不是大量的參考距離數據和填充物位數據是足夠的。因此，本發明提供了一種用於對浮置頂部容器進行診斷的經濟方法。
[0017]通過將任何記錄的距離偏差與檢測到的填充物位相關聯，可以獲得用於識別故障狀況的信息。從而，可以對容器頂部的運行進行診斷並且可以在適當的時間啟動服務措施或者維修。
[0018]優選地，在基本上相同的時間點獲取每個數據集合中的數值。實際上，可以在短於
0.1s或者甚至短於0.0ls的時間段內執行步驟a)和步驟b)。
[0019]指定範圍通常在±2cm至±20cm的範圍內，並且可以在例如±3cm至±6cm的範圍內。另外，還要注意，該範圍不必是對稱的。較大的偏差可能在期望值以上或者以下是可接受的。也可以在填充容器時應用第一指定範圍，而在排空容器時應用第二指定範圍。確切的範圍值取決於諸如安裝細節和安裝壽命等的因素。
[0020]優選地，在上述頂部的至少三個位置處執行步驟b)。這使得能夠確定頂部是否偏離水平位置以及頂部偏離水平位置的程度。這樣的指示本身就可以表示不期望的狀況。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]將參考附圖對本發明進行更詳細的描述，附圖示出了本發明的當前優選實施例。
[0022]圖1是適於實現本發明的、具有浮置頂部和頂部監測系統的容器的透視圖和示意圖；
[0023]圖2是圖1的某些細節的側視圖；
[0024]圖3是根據本發明實施例的、圖1中的控制系統的框圖；以及
[0025]圖4是根據本發明實施例的方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0026]現在，參考用於未公布的美國申請13/294，364中所公開的那種類型的浮置頂部的監測系統來對本發明的實施例進行描述，該申請通過引用合併到本文中。
[0027]圖1至圖2示出了具有底部2和側壁3的大型浮置頂部容器I。容器2由鋼製成並且具有幾十米的直徑。該容器容納有物品4，諸如液態油或者石油產物。浮置頂部5藉助於與浮置頂部5集成在一起的浮子(浮筒)6漂浮在物品4的頂部上。
[0028]容器I還裝備有可以測量物品4的填充物位L的物位計8。依據應用，物位計8可以是任意適合的類型。在圖2更詳細地示出的示例中，物位計8是非接觸式雷達物位計(RLG)，即，具有定向天線9的物位計，該定向天線9使得電磁傳輸信號能夠自由地傳播到容器中並且接收來自該容器的電磁回波信號，從而基於傳輸信號和反射信號確定距物品表面4a的距離。這裡，RLG8被安裝在蒸餾管10 (即，通過浮置頂部5中的開口 11 (見圖2)沿容器內壁延伸的豎直管)的頂部中。
[0029]根據正常的安裝實踐安裝蒸餾管，並且這裡僅作為示例進行簡要描述。蒸餾管10被布置成距容器壁3 —定距離，並且其低端被從容器壁3伸出的支撐結構12a來支撐。蒸餾管10在距容器底部2 —定距離處終止。蒸餾管10的頂端穿過被安裝至容器壁3的支撐平面12b。然後，蒸餾管10支撐RLG8。該管穿過容器頂部5的浮子6，從而開口 11為穿過浮子6的密封通道。在浮子6的上側靠近開口 11處布置有滾筒18，滾筒18用於確保容器頂部5可以沒有太大摩擦地沿管10上下移動。也可以在開口 11中或者其周圍設置另外的滾筒以及各種密封裝置。
[0030]進一步參考圖2，浮置頂部5具有沿其周界連續地延伸並且處於容器壁3緊內側的密封裝置7，以限制浮置頂部5與容器壁3的內側3a之間的液體和氣體通路。該密封裝置包括所謂的承座13，承座13藉助於連接在浮子6與承座13之間的縮放吊架14與容器壁3保持接觸。可以通過調節吊架14的砝碼15來控制承座13與容器壁3之間的壓力。頂部5與承座13之間設置有通常由耐油橡膠製成的主密封件16。頂部5與容器壁3之間設置有通常為橡膠唇的次級密封件17。由於環境治理而經常需要引入次級密封件，但次級密封件的引入可能會引起頂部5與容器I之間的摩擦力的增加。
[0031]本領域技術人員可以理解，浮置頂部容器I及其相關聯的部件還可以包括用於填充和排放物品的管配件、管、閥、致動器以及各種測量和控制裝置等。
[0032]回到圖1，容器I裝備有用於監測浮置頂部5的監測系統20。該監測系統具有頂上子系統，頂上子系統包括安裝在浮置頂部5的間隔的感測位置處的一個或幾個(在示例中為3個)雷達物位計21。物位計21的優選感測位置可以根據浮置頂部5和容器I的具體機械設計而變化。然而，物位計21優選地位於已經存在於浮置頂部5中的開口 22附近。這些開口 22可以包括頂部支撐腳23的入口或者其他開口(諸如各種檢查開口)，這些開口在浮置頂部容器運行時通常安裝有蓋子。頂部支撐腳23通常用於在容器I中的物品4的含量完全為空時將浮置頂部5支撐在最低位置處。
[0033]如圖2更加詳細地示出的，每個物位計21用於測量在各自的感測位置14相對於浮置頂部的豎直參考點距物品表面4a的參考距離D。在本發明的所述的實施例中，物位測量單元21是如下類型的導波雷達物位計:其使用單導體探針或雙導體探針24將電磁信號引導到容器中，並且接收來自由介質界面引起的阻抗轉變的回波。替代地，物位測量單元21可以是非接觸式雷達物位計，其具有使得電磁傳輸信號能夠自由地傳播到容器中並且接收來自這些信號的反射的定向天線。然而，為了在需要再次供電之前提供長時間運行，一個重要的條件是用於物位測量的技術具有低的功耗。本系統中優選類型的雷達物位計21具有大約在±5cm至±lmm之間的精確度。這基本上能夠用於精確地確定浮置頂部5的任何異常浮置高度並且保持低的功耗。
[0034]在所說明的實施例中，每個雷達物位計21都包括本質上安全的無線電通信單元25，無線電通信單元25用於向外部傳遞在具體的感測位置中確定的距物品表面的距離。每個雷達物位計21還優選地具有內部電源，如可能連接至太陽能電池單元的電池。在監測系統20的一個版本中，RLG21不需要配線，使得該系統非常靈活和通用。
[0035]監測系統20還具有頂外子系統，即，沒有布置在頂部自身上的子系統，該子系統包括無線電通信單元26，無線電通信單元26被布置成與雷達物位計21無線通信且被布置成將檢測到的距離D傳送給通常遠離容器I並且在非危險環境中的控制系統27。
[0036]根據本發明的實施例，物位計8也連接至控制系統27。該連接可以是無線的，類似於RLG21與控制系統27之間的連接，或者其可以是有線連接。當物位計8被安裝在容器I頂部上的固定位置處時，無線連接可能不太重要。在很多情形下，可能已經存在將RLG8與控制系統27所在的遠程位置相連接的已有布線，例如雙線控制迴路。
[0037]圖3示出了控制系統27的示意性的框圖，控制系統27包括輸入接口 31、諸如處理器32等的處理電路、存儲器33以及用戶接口 34。存儲器存儲要由處理器32執行以實現根據本發明的實施例的方法的軟體代碼35。應當注意，可替選地，某些功能可以用硬體或者軟體與硬體組合的方式來實現。
[0038]現在，將參考圖4來對控制系統27的操作進行描述，圖4示出了各個步驟的流程圖。
[0039]在步驟SI中，輸入接口 31接收測量數據，包括來自RLG8的填充物位L和來自各RLG21的參考距離Dn。這些測量數據基本上在同一時間(即，在短的時間段內)獲得。優選地，該時間段短於0.ls，並且通常短於0.01s。
[0040]在步驟S2中，將各參考距離Dn與從存儲器24讀取的期望值Dn,exp進行比較，以形成參考距尚偏差。在步驟S3中，確定該偏差是否落在可接受:的偏差範圍之外。
[0041]如果可接受的範圍關於O對稱(S卩，在期望距離以下接受的偏差量與在期望距離以上接受的偏差量相同)，那麼可以通過將偏差的絕對值與閾值進行比較(即，確定Dn-Dn,exp > Th是否成立)來執行步驟S3，其中，Dn是參考距離，Dnjexp是期望值，Th是指定閾值。
[0042]如果可接受的範圍是不對稱的，例如，如果與期望值以上相比，期望值以下可接受更大的偏差，那麼應該將偏差與可接受範圍的兩個端點進行比較(即，確定Thbelw < Dn-Dn, exp〈Thabove是否成立)，其中，Dn是參考距尚，Drbexp是期望值，Thbelow和Thabtjve分別是表不可接受的負參考偏差(期望位置以下的頂部)和可接受的正參考偏差(期望位置以上的頂部)的指定閾值。
[0043]可接受的範圍還可以根據容器正在被填充或者正在被排空而不同。當容器正在被排空時，參考距離更有可能超過期望值，例如，雖然容器頂部在排空期間被暫時地卡住，但是參考距離卻不太可能降到期望值以下(除了可能在容器頂部滑落而停留在表面的這一非常短暫的時刻降到期望值以下)。相反地，當容器正在被填充時，參考距離更有可能降到期望值以下，例如，如果容器頂部在填充期間被暫時地卡住，但是參考距離卻不太可能超過期望值。
[0044]如果任何RLG21的參考偏差被確定為落在可接受的範圍之外,那麼將該偏差連同在檢測到該偏差時所記錄的填充物位L 一起存儲在存儲器33中(步驟S4)。優選地，也可以存儲來自其他RLG21的偏差值。因而所存儲的這些數據被稱為與特定的填充物位相關聯的偏差數據集合。
[0045]在容器運行期間存儲偏差數據集合。在圖4的實施例中，在諸如容器的填充和/或排放的操作周期內，重複步驟SI至步驟S4。這由步驟S5表示。由處理器32執行的軟體35用於利用所存儲的數據集合來實現各種診斷功能(步驟S5)，以便能夠識別多個不同的故障狀況。下面將就其中的一些進行討論。
[0046]頂部-谷器接合部
[0047]在容器的排空和填充期間，在幾個連續的排空/填充周期內發生的偏差可能表明頂部5與容器壁3之間的接合部(如密封裝置7)中的問題。
[0048]如果在參差不齊的物位處發生了這樣的復現的偏差，則可能表明頂部與容器壁之間的密封裝置7過緊。因此，可能的補救為調整縮放吊架14的砝碼15，從而調整承座13對容器壁3的壓力。該問題也可能是由油垢(即，固化在內容器壁上的物品)的復現的卻暫時的堆積而引起的。
[0049]如果在同樣的物位處發生了這樣的復現偏差，則表明在該物位處存在機械非對稱(例如，變形的容器)或者永久油垢。
[0050]由於該系統具有若干(例如3個)物位計21的事實，因而能夠指示在頂部的哪個部分發生了偏差。這樣的指示可以提供關於該問題的進一步信息。
[0051]與底部相接觸的支撐腳
[0052]如果靠近容器的底部2發生了偏差，則表明頂部支撐腳23可能與容器底部2相接觸。在這種情況下，不建議採用這些狀況期間的物位讀數，因為當支撐腳與底部相接觸時，物位測量的容器頂部校正是不可靠的。因此，所計算的體積是不確定的。
[0053]在頂部5完全停留在頂部支撐腳23上的情形下，空氣將開始填充頂部5下面的空間，而這通常是不期望的(或者禁止的)情形。在碳氫化合物(石油等)的情況下，頂部5下面的空氣將充滿著氣態的碳氫化合物。當容器再次填充物品時，空氣體積將會被推到頂部以上，從而導致不必要的汙染/危險情形。
[0054]通過引入用於參考距離的預定義的閾值th—。。^，這種情形可以由根據本發明的實施例的系統來檢測。如果超過了該閾值，則表明已經在頂部5與物品表面4a之間形成了氣陷。在這種情形下，系統可能報警。
[0055]應該注意，也可以使用常規的填充物位測量來檢測支撐腳23何時與底部相接觸，但是這樣的警報將取決於正確地輸入的、支撐腳的長度的測量。該測量通常根據容器的設計圖(如果可用)輸入並且經常可能是不精確的。另外，如果物位計停止工作或者沒有被充分校準，那麼這樣的警報功能可能失效。如本發明的該實施例所建議的，通過改為使用物位計21來檢測頂部5的位置，可以獲得對與底部相接觸的支撐腳的冗餘檢測。
[0056]雨水
[0057]通常，如果沒有從頂部排出雨水的話，則雨水可能導致頂部下沉。為此，開放的浮置頂部通常具有排洩系統，該排洩系統包括安裝在頂部5的中央的雨水排洩池28。從排洩池28引出將水傳送到容器外部的軟管29。
[0058]如果步驟S6中的處理表示頂部5浮置過深，則可能表明排洩系統沒有正確地運行。可能需要用於測量排洩池28中的水位並且連接至相同的無線單元26的額外的傳感器(未示出)，以區分該情況與頂部浮置「過深」的其他情況。如果表示低的浮置頂部偏差與來自排洩池傳感器的雨水排洩池已滿的指示同時發生，則表明雨水排洩系統出了問題。這裡，容器頂部監測系統20主要提供有關這種情形的細節。
[0059]本領域的技術人員認識到，本發明絕不限於上述優選實施例。相反地，在所附權利要求的範圍內，許多修改和變型都是可能的。例如，物位計8、21的類型可以不同，並且物位計21的數量和位置也可以不同。此外，為了執行根據本發明的方法的步驟，可以以許多不同的方式來實現控制系統27的細節。
【權利要求】
1.一種用於識別容器的浮置頂部的運行中的不期望的狀況的方法，所述方法包括以下步驟: a)通過向所述容器中發射電磁傳輸信號並且接收由所述容器中的物品的表面反射的電磁回波信號，來確定所述物品的填充物位， b)使用安裝在所述頂部上的物位計來檢測所述頂部上的參考位置與所述表面之間的參考距離， c)形成作為所述參考距離與期望值之間的差的參考距離偏差， d)將所述參考距離偏差與指定範圍進行比較， e)如果所述參考距離偏差在所述指定範圍之外，則存儲包括所述參考距離偏差和所述填充物位的數據集合， f )針對多個時間點重複所述步驟a)至所述步驟e)， g)基於所存儲的參考距離偏差和填充物位的數據集合，識別所述不期望的狀況。
2.根據權利要求1所述的方法，其中，所述指定範圍是對稱的，從而通過確定下式是否成立來執行所述步驟e):
Dn_Dn, exp > Th, 其中，Dn是所述參考距離，Dn,exp是所述期望值，Th是指定閾值。
3.根據權利要求2所述的方法，其中，所述指定閾值在2cm至20cm的範圍內。
4.根據權利要求2所述的方法，其中，所述指定閾值在3cm至6cm的範圍內。
5.根據權利要求1所述的方法，其中，所述指定範圍是不對稱的，從而通過確定下式是否成立來執行所述步驟e):
Thbeiow〈 Dn Dn，esp〈 Tha^oveJ 其中，Dn是所述參考距離，Dn,exp是所述期望值，Thbelow和Thabtjve是指定閾值。
6.根據權利要求1所述的方法，其中，在所述容器的填充期間應用第一指定範圍，在所述容器的排空期間應用第二指定範圍。
7.根據權利要求1所述的方法，其中，在多個填充排空周期內執行所述步驟a)至所述步驟e)，並且，其中，所述步驟g)包括: 確認所述偏差是在連續的填充排空周期內存儲的，以及 將所述不期望的狀況識別為容器壁與所述頂部之間的接合部的問題。
8.根據權利要求7所述的方法，其中，所述步驟g)還包括: 確認所述偏差是針對變化的填充物位存儲的，以及 將所述不期望的狀況識別為所述容器壁與所述頂部之間的密封裝置上的過多的或者不均勻的壓力。
9.根據權利要求7所述的方法，其中，所述步驟g)還包括: 確認所述偏差是針對復現的填充物位存儲的，以及 將所述不期望的狀況識別為在與所述復現的填充物位相對應的位置處的機械不對稱和永久油垢之一。
10.根據權利要求1所述的方法，其中，所述步驟g)還包括: 確認所述偏差是針對所述容器的底部區域的填充物位存儲的，以及 將所述不期望的狀況識別為所述頂部的至少一個支撐腳與所述容器的底面相接觸。
11.根據權利要求10所述的方法，其中，所述步驟g)還包括: 確認所述參考距離超過預先限定的閾值， 將所述不期望的狀況識別為所述頂部停留在所述支撐腳上從而在所述頂部下方形成氣陷。
12.根據權利要求1所述的方法，其中，在所述頂部的至少三個位置處執行所述步驟b)。
13.根據權利要求1所述的方法，其中，在短於0.1s的時間段內執行所述步驟a)和所述步驟b)。
14.根據權利要求13所述的方法，其中，在短於0.01s的時間段內執行所述步驟a)和所述步驟b)。
15.一種用於識別容器的浮置頂部的運行中的不期望的狀況的控制系統，所述系統包括: 接口，用於接收所述容器中的物品的填充物位，以及所述頂部上的參考位置與所述物品的表面之間的參考距離， 處理電路，用於形成作為所述參考距離與期望值之間的差的參考距離偏差，並將所述參考距離偏差與指定範圍進行比較， 存儲器，用於在所述參考距離偏差被認定為在所述指定範圍之外的情況下存儲包括所述參考距離偏差和所述填充物位的數據集合，` 所述處理電路還用於分析多個所存儲的參考距離偏差和填充物位的數據集合，以識別所述不期望的狀況。
16.一種監測系統，用於監測容納有液體物品的浮置頂部容器的浮置頂部，所述系統包括: 物位計，其被設置成通過向所述容器中發射電磁傳輸信號並且接收由所述容器中的物品的表面反射的電磁回波信號，來確定所述物品的填充物位， 安裝在所述浮置頂部上的至少一個物位計，其被設置成檢測所述頂部上的參考位置與所述表面之間的參考距離，以及 根據權利要求15所述的控制系統。
17.—種包括電腦程式代碼的電腦程式產品，當在計算機上運行所述電腦程式代碼時執行以下步驟: 接收容器中的物品的填充物位， 接收所述容器的頂部上的參考位置與所述物品的表面之間的參考距離， 形成作為所述參考距離與期望值之間的差的參考距離偏差， 將所述參考距離偏差與指定範圍進行比較， 如果所述參考距離偏差被認定為在所述指定範圍以外，則存儲包括所述參考距離偏差和所述填充物位的數據集合，以及 對多個所存儲的參考距離偏差和填充物位的數據集合進行分析，以識別不期望的狀況。
【文檔編號】G05D9/12GK103885467SQ201310055508
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2013年2月21日 優先權日:2012年12月21日
【發明者】倫納特·哈格 申請人:羅斯蒙特儲罐雷達股份公司