CN103885467A - 识别容器的浮置顶部的运行中的不期望的状况 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于识别容器的浮置顶部的运行中的不期望的状况的方法，该方法包括：确定容器中的物品的填充物位，使用安装在顶部上的物位计来检测顶部上的参考位置与表面之间的参考距离，形成作为参考距离与期望值之间的差的参考距离偏差，以及将参考距离偏差与指定范围进行比较。如果所述参考距离偏差在指定范围之外，则存储包括参考距离偏差和填充物位的数据集合。针对多个时间点重复这些步骤，然后，基于所存储的参考距离偏差和填充物位的数据集合，识别不期望的状况。因此，本发明提供了一种用于诊断浮置顶部容器的经济方法。

Description

识别容器的浮置顶部的运行中的不期望的状况

技术领域

本发明涉及用于识别容器的浮置顶部的运行中的不期望的状况的控制系统及方法。

背景技术

在外浮置顶部存储容器中，浮置顶部适于浮置在容器中所贮藏的物品上。已知提供用于浮置顶部容器的监测系统。

这种类型的系统的目的是对浮置顶部进行控制，即，确保能够检测到与顶部没有恰当地浮置在物品表面上的情况相关的危险情形。也存在与环境要求相关的优点，例如，在顶部被物品淹没的情况下避免挥发性碳氢化合物蒸发到环境中。最后，监测系统可以消除或者至少降低对于检查活动的需要。通常，每年或者甚至每个季度必须由人打开浮置顶部的浮筒中的舱盖来对浮筒进行泄露检查。这种类型的工作具有一定的人身风险，并且可以用顶部倾斜系统来最小化。

通常，浮置顶部与物品表面之间的监测距离基本上是恒定的。由于外部影响（诸如风、雨或雪），几厘米的微小偏差是可接受的，但是超过某一特定阈值（例如，在某些应用中大于5cm）的偏差通常表示某种故障或者不期望的状况。

期望提供一种用于预测何时存在主要故障状况的诊断功能，以便在发生任何事故之前处理这些故障状况。

发明内容

本发明的目的在于提供这样的诊断功能。该目的及其他目的通过以下方法来实现，该方法包括以下步骤：

a）通过向容器中发射电磁传输信号并且接收由物品的表面反射的电磁回波信号来确定容器中的物品的填充物位，

b）使用安装在顶部上的物位计来检测顶部上的参考位置与表面之间的参考距离，

c）形成作为参考距离与期望值之间的差的参考距离偏差，

d）将参考距离偏差与指定范围进行比较，

e）如果参考距离偏差在指定范围之外，则存储包括参考距离偏差和填充物位的数据集合，

f）针对多个时间点重复步骤a）至步骤e），

g）基于所存储的参考距离偏差和填充物位的数据集合，识别不期望的状况。

“不期望的”状况可以是潜在的或者实际的故障。故障不仅表示从安全或者管理的角度来看的严重故障，还表示从测量精度和可靠性角度来看的严重故障。后一种故障可能不需要报警，但是通过对这样的故障或者这样的故障发生的可能性进行诊断，可以获得改进的物位计安装性能。

根据本发明，确定作为检测到的参考距离与期望值之间的差的参考距离偏差。针对在指定范围之外的每个偏差，存储检测到的参考距离和填充物位，并且对多个这样的数值集合进行分析并将其用于识别故障状况。

本发明基于以下认识：存储这样的数值集合而不是大量的参考距离数据和填充物位数据是足够的。因此，本发明提供了一种用于对浮置顶部容器进行诊断的经济方法。

通过将任何记录的距离偏差与检测到的填充物位相关联，可以获得用于识别故障状况的信息。从而，可以对容器顶部的运行进行诊断并且可以在适当的时间启动服务措施或者维修。

优选地，在基本上相同的时间点获取每个数据集合中的数值。实际上，可以在短于0.1s或者甚至短于0.01s的时间段内执行步骤a）和步骤b）。

指定范围通常在±2cm至±20cm的范围内，并且可以在例如±3cm至±6cm的范围内。另外，还要注意，该范围不必是对称的。较大的偏差可能在期望值以上或者以下是可接受的。也可以在填充容器时应用第一指定范围，而在排空容器时应用第二指定范围。确切的范围值取决于诸如安装细节和安装寿命等的因素。

优选地，在上述顶部的至少三个位置处执行步骤b）。这使得能够确定顶部是否偏离水平位置以及顶部偏离水平位置的程度。这样的指示本身就可以表示不期望的状况。

附图说明

将参考附图对本发明进行更详细的描述，附图示出了本发明的当前优选实施例。

图1是适于实现本发明的、具有浮置顶部和顶部监测系统的容器的透视图和示意图；

图2是图1的某些细节的侧视图；

图3是根据本发明实施例的、图1中的控制系统的框图；以及

图4是根据本发明实施例的方法的流程图。

具体实施方式

现在，参考用于未公布的美国申请13/294,364中所公开的那种类型的浮置顶部的监测系统来对本发明的实施例进行描述，该申请通过引用合并到本文中。

图1至图2示出了具有底部2和侧壁3的大型浮置顶部容器1。容器2由钢制成并且具有几十米的直径。该容器容纳有物品4，诸如液态油或者石油产物。浮置顶部5借助于与浮置顶部5集成在一起的浮子（浮筒）6漂浮在物品4的顶部上。

容器1还装备有可以测量物品4的填充物位L的物位计8。依据应用，物位计8可以是任意适合的类型。在图2更详细地示出的示例中，物位计8是非接触式雷达物位计（RLG），即，具有定向天线9的物位计，该定向天线9使得电磁传输信号能够自由地传播到容器中并且接收来自该容器的电磁回波信号，从而基于传输信号和反射信号确定距物品表面4a的距离。这里，RLG8被安装在蒸馏管10（即，通过浮置顶部5中的开口11（见图2）沿容器内壁延伸的竖直管）的顶部中。

根据正常的安装实践安装蒸馏管，并且这里仅作为示例进行简要描述。蒸馏管10被布置成距容器壁3一定距离，并且其低端被从容器壁3伸出的支撑结构12a来支撑。蒸馏管10在距容器底部2一定距离处终止。蒸馏管10的顶端穿过被安装至容器壁3的支撑平面12b。然后，蒸馏管10支撑RLG8。该管穿过容器顶部5的浮子6，从而开口11为穿过浮子6的密封通道。在浮子6的上侧靠近开口11处布置有滚筒18，滚筒18用于确保容器顶部5可以没有太大摩擦地沿管10上下移动。也可以在开口11中或者其周围设置另外的滚筒以及各种密封装置。

进一步参考图2，浮置顶部5具有沿其周界连续地延伸并且处于容器壁3紧内侧的密封装置7，以限制浮置顶部5与容器壁3的内侧3a之间的液体和气体通路。该密封装置包括所谓的承座13，承座13借助于连接在浮子6与承座13之间的缩放吊架14与容器壁3保持接触。可以通过调节吊架14的砝码15来控制承座13与容器壁3之间的压力。顶部5与承座13之间设置有通常由耐油橡胶制成的主密封件16。顶部5与容器壁3之间设置有通常为橡胶唇的次级密封件17。由于环境治理而经常需要引入次级密封件，但次级密封件的引入可能会引起顶部5与容器1之间的摩擦力的增加。

本领域技术人员可以理解，浮置顶部容器1及其相关联的部件还可以包括用于填充和排放物品的管配件、管、阀、致动器以及各种测量和控制装置等。

回到图1，容器1装备有用于监测浮置顶部5的监测系统20。该监测系统具有顶上子系统，顶上子系统包括安装在浮置顶部5的间隔的感测位置处的一个或几个（在示例中为3个）雷达物位计21。物位计21的优选感测位置可以根据浮置顶部5和容器1的具体机械设计而变化。然而，物位计21优选地位于已经存在于浮置顶部5中的开口22附近。这些开口22可以包括顶部支撑脚23的入口或者其他开口（诸如各种检查开口），这些开口在浮置顶部容器运行时通常安装有盖子。顶部支撑脚23通常用于在容器1中的物品4的含量完全为空时将浮置顶部5支撑在最低位置处。

如图2更加详细地示出的，每个物位计21用于测量在各自的感测位置14相对于浮置顶部的竖直参考点距物品表面4a的参考距离D。在本发明的所述的实施例中，物位测量单元21是如下类型的导波雷达物位计：其使用单导体探针或双导体探针24将电磁信号引导到容器中，并且接收来自由介质界面引起的阻抗转变的回波。替代地，物位测量单元21可以是非接触式雷达物位计，其具有使得电磁传输信号能够自由地传播到容器中并且接收来自这些信号的反射的定向天线。然而，为了在需要再次供电之前提供长时间运行，一个重要的条件是用于物位测量的技术具有低的功耗。本系统中优选类型的雷达物位计21具有大约在±5cm至±1mm之间的精确度。这基本上能够用于精确地确定浮置顶部5的任何异常浮置高度并且保持低的功耗。

在所说明的实施例中，每个雷达物位计21都包括本质上安全的无线电通信单元25，无线电通信单元25用于向外部传递在具体的感测位置中确定的距物品表面的距离。每个雷达物位计21还优选地具有内部电源，如可能连接至太阳能电池单元的电池。在监测系统20的一个版本中，RLG21不需要配线，使得该系统非常灵活和通用。

监测系统20还具有顶外子系统，即，没有布置在顶部自身上的子系统，该子系统包括无线电通信单元26，无线电通信单元26被布置成与雷达物位计21无线通信且被布置成将检测到的距离D传送给通常远离容器1并且在非危险环境中的控制系统27。

根据本发明的实施例，物位计8也连接至控制系统27。该连接可以是无线的，类似于RLG21与控制系统27之间的连接，或者其可以是有线连接。当物位计8被安装在容器1顶部上的固定位置处时，无线连接可能不太重要。在很多情形下，可能已经存在将RLG8与控制系统27所在的远程位置相连接的已有布线，例如双线控制回路。

图3示出了控制系统27的示意性的框图，控制系统27包括输入接口31、诸如处理器32等的处理电路、存储器33以及用户接口34。存储器存储要由处理器32执行以实现根据本发明的实施例的方法的软件代码35。应当注意，可替选地，某些功能可以用硬件或者软件与硬件组合的方式来实现。

现在，将参考图4来对控制系统27的操作进行描述，图4示出了各个步骤的流程图。

在步骤S1中，输入接口31接收测量数据，包括来自RLG8的填充物位L和来自各RLG21的参考距离D_n。这些测量数据基本上在同一时间（即，在短的时间段内）获得。优选地，该时间段短于0.1s，并且通常短于0.01s。

在步骤S2中，将各参考距离D_n与从存储器24读取的期望值D_n，exp进行比较，以形成参考距离偏差。在步骤S3中，确定该偏差是否落在可接受的偏差范围之外。

如果可接受的范围关于0对称（即，在期望距离以下接受的偏差量与在期望距离以上接受的偏差量相同），那么可以通过将偏差的绝对值与阈值进行比较（即，确定D_n-D_n，exp|＞Th是否成立）来执行步骤S3，其中，D_n是参考距离，D_n，exp是期望值，Th是指定阈值。

如果可接受的范围是不对称的，例如，如果与期望值以上相比，期望值以下可接受更大的偏差，那么应该将偏差与可接受范围的两个端点进行比较（即，确定Th_below＜D_n-D_n,exp＜Th_above是否成立），其中，D_n是参考距离，D_n，exp是期望值，Th_below和Th_above分别是表示可接受的负参考偏差（期望位置以下的顶部）和可接受的正参考偏差（期望位置以上的顶部）的指定阈值。

可接受的范围还可以根据容器正在被填充或者正在被排空而不同。当容器正在被排空时，参考距离更有可能超过期望值，例如，虽然容器顶部在排空期间被暂时地卡住，但是参考距离却不太可能降到期望值以下（除了可能在容器顶部滑落而停留在表面的这一非常短暂的时刻降到期望值以下）。相反地，当容器正在被填充时，参考距离更有可能降到期望值以下，例如，如果容器顶部在填充期间被暂时地卡住，但是参考距离却不太可能超过期望值。

如果任何RLG21的参考偏差被确定为落在可接受的范围之外，那么将该偏差连同在检测到该偏差时所记录的填充物位L一起存储在存储器33中（步骤S4）。优选地，也可以存储来自其他RLG21的偏差值。因而所存储的这些数据被称为与特定的填充物位相关联的偏差数据集合。

在容器运行期间存储偏差数据集合。在图4的实施例中，在诸如容器的填充和/或排放的操作周期内，重复步骤S1至步骤S4。这由步骤S5表示。由处理器32执行的软件35用于利用所存储的数据集合来实现各种诊断功能（步骤S5），以便能够识别多个不同的故障状况。下面将就其中的一些进行讨论。

顶部-容器接合部

在容器的排空和填充期间，在几个连续的排空/填充周期内发生的偏差可能表明顶部5与容器壁3之间的接合部（如密封装置7）中的问题。

如果在参差不齐的物位处发生了这样的复现的偏差，则可能表明顶部与容器壁之间的密封装置7过紧。因此，可能的补救为调整缩放吊架14的砝码15，从而调整承座13对容器壁3的压力。该问题也可能是由油垢（即，固化在内容器壁上的物品）的复现的却暂时的堆积而引起的。

如果在同样的物位处发生了这样的复现偏差，则表明在该物位处存在机械非对称（例如，变形的容器）或者永久油垢。

由于该系统具有若干（例如3个）物位计21的事实，因而能够指示在顶部的哪个部分发生了偏差。这样的指示可以提供关于该问题的进一步信息。

与底部相接触的支撑脚

如果靠近容器的底部2发生了偏差，则表明顶部支撑脚23可能与容器底部2相接触。在这种情况下，不建议采用这些状况期间的物位读数，因为当支撑脚与底部相接触时，物位测量的容器顶部校正是不可靠的。因此，所计算的体积是不确定的。

在顶部5完全停留在顶部支撑脚23上的情形下，空气将开始填充顶部5下面的空间，而这通常是不期望的（或者禁止的）情形。在碳氢化合物（石油等）的情况下，顶部5下面的空气将充满着气态的碳氢化合物。当容器再次填充物品时，空气体积将会被推到顶部以上，从而导致不必要的污染/危险情形。

通过引入用于参考距离的预定义的阈值th_airpocket，这种情形可以由根据本发明的实施例的系统来检测。如果超过了该阈值，则表明已经在顶部5与物品表面4a之间形成了气陷。在这种情形下，系统可能报警。

应该注意，也可以使用常规的填充物位测量来检测支撑脚23何时与底部相接触，但是这样的警报将取决于正确地输入的、支撑脚的长度的测量。该测量通常根据容器的设计图（如果可用）输入并且经常可能是不精确的。另外，如果物位计停止工作或者没有被充分校准，那么这样的警报功能可能失效。如本发明的该实施例所建议的，通过改为使用物位计21来检测顶部5的位置，可以获得对与底部相接触的支撑脚的冗余检测。

雨水

通常，如果没有从顶部排出雨水的话，则雨水可能导致顶部下沉。为此，开放的浮置顶部通常具有排泄系统，该排泄系统包括安装在顶部5的中央的雨水排泄池28。从排泄池28引出将水传送到容器外部的软管29。

如果步骤S6中的处理表示顶部5浮置过深，则可能表明排泄系统没有正确地运行。可能需要用于测量排泄池28中的水位并且连接至相同的无线单元26的额外的传感器（未示出），以区分该情况与顶部浮置“过深”的其他情况。如果表示低的浮置顶部偏差与来自排泄池传感器的雨水排泄池已满的指示同时发生，则表明雨水排泄系统出了问题。这里，容器顶部监测系统20主要提供有关这种情形的细节。

本领域的技术人员认识到，本发明绝不限于上述优选实施例。相反地，在所附权利要求的范围内，许多修改和变型都是可能的。例如，物位计8、21的类型可以不同，并且物位计21的数量和位置也可以不同。此外，为了执行根据本发明的方法的步骤，可以以许多不同的方式来实现控制系统27的细节。

Claims (17)

1.一种用于识别容器的浮置顶部的运行中的不期望的状况的方法，所述方法包括以下步骤：

a）通过向所述容器中发射电磁传输信号并且接收由所述容器中的物品的表面反射的电磁回波信号，来确定所述物品的填充物位，

b）使用安装在所述顶部上的物位计来检测所述顶部上的参考位置与所述表面之间的参考距离，

c）形成作为所述参考距离与期望值之间的差的参考距离偏差，

d）将所述参考距离偏差与指定范围进行比较，

e）如果所述参考距离偏差在所述指定范围之外，则存储包括所述参考距离偏差和所述填充物位的数据集合，

f）针对多个时间点重复所述步骤a）至所述步骤e），

g）基于所存储的参考距离偏差和填充物位的数据集合，识别所述不期望的状况。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述指定范围是对称的，从而通过确定下式是否成立来执行所述步骤e）：

|D_n-D_n,exp|＞Th，

其中，D_n是所述参考距离，D_n，exp是所述期望值，Th是指定阈值。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述指定阈值在2cm至20cm的范围内。

4.根据权利要求2所述的方法，其中，所述指定阈值在3cm至6cm的范围内。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述指定范围是不对称的，从而通过确定下式是否成立来执行所述步骤e）：

Th_below＜D_n-D_n，exp＜Th_above，

其中，D_n是所述参考距离，D_n，exp是所述期望值，Th_below和Th_above是指定阈值。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述容器的填充期间应用第一指定范围，在所述容器的排空期间应用第二指定范围。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，在多个填充排空周期内执行所述步骤a）至所述步骤e），并且，其中，所述步骤g）包括：

确认所述偏差是在连续的填充排空周期内存储的，以及

将所述不期望的状况识别为容器壁与所述顶部之间的接合部的问题。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述步骤g）还包括：

确认所述偏差是针对变化的填充物位存储的，以及

将所述不期望的状况识别为所述容器壁与所述顶部之间的密封装置上的过多的或者不均匀的压力。

9.根据权利要求7所述的方法，其中，所述步骤g）还包括：

确认所述偏差是针对复现的填充物位存储的，以及

将所述不期望的状况识别为在与所述复现的填充物位相对应的位置处的机械不对称和永久油垢之一。

10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述步骤g）还包括：

确认所述偏差是针对所述容器的底部区域的填充物位存储的，以及

将所述不期望的状况识别为所述顶部的至少一个支撑脚与所述容器的底面相接触。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述步骤g）还包括：

确认所述参考距离超过预先限定的阈值，

将所述不期望的状况识别为所述顶部停留在所述支撑脚上从而在所述顶部下方形成气陷。

12.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述顶部的至少三个位置处执行所述步骤b）。

13.根据权利要求1所述的方法，其中，在短于0.1s的时间段内执行所述步骤a）和所述步骤b）。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，在短于0.01s的时间段内执行所述步骤a）和所述步骤b）。

15.一种用于识别容器的浮置顶部的运行中的不期望的状况的控制系统，所述系统包括：

接口，用于接收所述容器中的物品的填充物位，以及所述顶部上的参考位置与所述物品的表面之间的参考距离，

处理电路，用于形成作为所述参考距离与期望值之间的差的参考距离偏差，并将所述参考距离偏差与指定范围进行比较，

存储器，用于在所述参考距离偏差被认定为在所述指定范围之外的情况下存储包括所述参考距离偏差和所述填充物位的数据集合，

所述处理电路还用于分析多个所存储的参考距离偏差和填充物位的数据集合，以识别所述不期望的状况。

16.一种监测系统，用于监测容纳有液体物品的浮置顶部容器的浮置顶部，所述系统包括：

物位计，其被设置成通过向所述容器中发射电磁传输信号并且接收由所述容器中的物品的表面反射的电磁回波信号，来确定所述物品的填充物位，

安装在所述浮置顶部上的至少一个物位计，其被设置成检测所述顶部上的参考位置与所述表面之间的参考距离，以及

根据权利要求15所述的控制系统。

17.一种包括计算机程序代码的计算机程序产品，当在计算机上运行所述计算机程序代码时执行以下步骤：

接收容器中的物品的填充物位，

接收所述容器的顶部上的参考位置与所述物品的表面之间的参考距离，

形成作为所述参考距离与期望值之间的差的参考距离偏差，

将所述参考距离偏差与指定范围进行比较，

如果所述参考距离偏差被认定为在所述指定范围以外，则存储包括所述参考距离偏差和所述填充物位的数据集合，以及

对多个所存储的参考距离偏差和填充物位的数据集合进行分析，以识别不期望的状况。

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